Отчёт по практике на тему Методы борьбы с замираниями в условиях многолучевости на основе разнесенного приёма

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 11

1 Анализ предметной области 13

1.1 Многолучевое распространение 13

1.2 Разнесенный прием 15

1.3 Приемник разнесенных сигналов 17

1.4 Модель многолучевого канала 19

2 Теоретические исследования 21

3 Экспериментальные исследования 24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 32

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 33

Введение:

Методы повышения помехоустойчивости, применяемые в системах с кодовым доступом (Code Division Multiple Access — CDMA) при работе в условиях замираний и многолучевого распространения радиоволн, существенно отличаются от тех, которые используются при приеме узкополосных сигналов.

В радиосетях на базе технологий TDMA (Time Division Multiple Access — множественный доступ с временным разделением) и FDMA (Frequency Division Multiple Access — множественный доступ с частотным разделением) эффект многолучевости в определенном смысле неинформативен, поскольку их приемники всегда принимают только один луч (все остальные интерпретируются как помехи), а борьба с замираниями и многолучевыми искажениями сигнала в данном случае сводится к нивелированию влияния «ненужных» лучей (путем выделения луча с максимальной мощностью и устранения интерференции между приходящими лучами). В системах, построенных на основе технологии CDMA, напротив, принимается весь многолучевый сигнал и определяется мощность каждого луча, чтобы оптимальным образом суммировать их, повысив достоверность приема полезной информации. Такая обработка сигнала обычно выполняется с помощью приемника разнесенного сигнала или многоканального согласованного фильтра. Число лучей, принимаемых CDMA-приемником, обычно невелико – от 3 до 6.

При использовании методов разнесенного приема, т.е. приема одинаковых сигналов по нескольким каналам, появляется необходимость объединения этих сигналов с целью получить определенное преимущество по помехоустойчивости. При этом выигрыш имеет место в двух направлениях: во-первых, в уменьшении влияния замираний сигналов; во-вторых, в увеличении отношения «сигнал/шум» (С/Ш) после объединения [1, 2].

Объединение может проводиться как до детектирования, так и после детектирования. Преимущества в обоих случаях возникают из-за того, что в складываемых сигналах полезная составляющая (при додетекторном сложении — после предварительного фазирования разнесенных сигналов) складывается синфазно, а составляющие шумов в различных разнесенных сигналах, будучи независимыми, складываются со случайными взаимными фазовыми сдвигами, т.е. «по мощности». При одинаковой мощности шумов и равенстве уровней полезных составляющих это может дать выигрыш до 3 дБ.

Считается, что сложение сигналов до детектирования имеет преимущество по сравнению с последетекторным сложением. Это обусловлено в основном пороговыми явлениями при демодуляции, когда при уменьшении входного отношения «сигнал/шум» ниже некоторого порога после демодуляции выходное отношение С/Ш начинает снижаться существенно быстрее, чем на входе демодулятора. При этом, поскольку во время додетекторного сложения отношение С/Ш повышается, то пороговые явления наступают позднее, в чем и проявляется выигрыш.

Однако, несмотря на распространенность подобного подхода, результаты обработки разнесенных сигналов в некоторых случаях можно улучшить, используя одновременно и додетекторное, и последетекторное сложение. В случае применения аналоговых сигналов этот вопрос рассматривался в [3] для частотной модуляции. Дополнительные возможности предоставляют особенности обработки цифровых сигналов.

Заключение:

В результате анализа мировой практики предметной области, наиболее эффективным методом борьбы с многолучевыми замираниями является так называемое разнесение сигнала. Сравнение вышеперечисленных стандартов показало преимущества системы CDMA.

Увеличенная емкость каждой соты, упрощенное частотное планирование сети (при добавлении новых сот), соизмеримое с проводными каналами качество связи (широкополосный сигнал мало подвержен промышленным импульсным помехам, коих в условиях города немало) и ее защищенность (кодированный сигнал по умолчанию) — даже этот далеко не полный список преимуществ CDMA делает эту технологию современной точкой отсчета для дальнейшего развития беспроводного доступа.

Применение предлагаемого метода позволяет обеспечить помехоустойчивость, близкую к оптимальному сложению, но не требует сложно реализуемых на практике фазовой автоподстройки и регулировки весовых коэффициентов.

Фрагмент текста работы:

1 Анализ предметной области

1.1 Многолучевое распространение

Чаще всего многолучевость возникает как результат многократного отражения передаваемого сигнала от зданий и других препятствий на пути распространения радиоволн. Отраженные сигналы могут интерферировать с прямым лучом (луч 1), имеющим наибольшую интенсивность. Сигналы разных лучей сдвинуты по времени друг относительно друга, что обусловлено различной длиной трассы их прохождения. Поскольку всегда существует несколько путей распространения радиоволн от передатчика к приемнику, то в точке приема разные копии одного и того же сигнала интерферируют друг с другом, создавая глубокие замирания радиоволны, которые в основном и влияют на качество передачи информации и пропускную способность системы.

Кроме эффекта многолучевости при реализации подвижной связи порой возникают доплеровские сдвиги частоты, обусловленные перемещением абонента в процессе сеанса. Вообще говоря, сигналы разных лучей могут иметь различные амплитуды, начальные фазы, задержки и доплеровские сдвиги частоты.

Частотно-временные сдвиги сигналов в многолучевом канале связи вызывают так называемые селективные, т.е. зависящие от времени или частоты, замирания.

При частотно-селективных замираниях отдельные составляющие принимаемого сигнала имеют разные амплитуды и сдвиги начальной фазы, но главное, что разброс задержки сигнала (т. е. разность хода лучей по времени) соизмерим со значением 1/F (F – полоса частот передаваемого сигнала) или превышает его. Этот вид замираний приводит к искажению формы спектра и, как следствие, к снижению качества связи. Однако характер замираний на близко расположенных частотах практически одинаков, а степень корреляции сигналов достаточно высока, поэтому искажения начинают проявляться лишь в том случае, если полоса передаваемого сигнала превышает ширину так называемой полосы когерентности канала – Bc (т. е. сигнал «перехлестывает» область частот, в которой отдельные спектральные составляющие коррелированы). Таким образом, чем шире спектр передаваемого сигнала, тем в большей степени он подвержен частотно-селективным замираниям.

Конкретное значение коэффициента корреляции зависит от применяемого метода обработки сигналов в кодеке и модеме и может изменяться от 0,5 до 0,9. Пороговое значение коэффициента корреляции на границе полосы Bc обычно принимается равным 0,7.

Если разность хода лучей соизмерима со временем передачи одного символа T (или длительностью элемента сигнала), то при многолучевом распространении возникают не только частотно-селективные замирания, но и наложение друг на друга соседних по времени элементов сигнала. А этот эффект приводит к появлению межсимвольных искажений (МСИ). Обычно для оценки ширины спектра служит так называемая база сигнала В = 2FT. Если значение B мало (а значит, величины 1/F и T одного порядка), то частотно-селективным замираниям будет сопутствовать МСИ. При больших значениях базы сигнала возможны случаи, когда разность хода лучей соизмерима с величиной 1/F, но значительно меньше длительности элемента T. Тогда влияние МСИ почти неощутимо.

Замирания, при которых характеристики канала связи изменяются с течением времени, вызывая искажение формы передаваемых символов, называются временными селективными замираниями. Сопровождающие их искажения проявляются лишь тогда, когда длительность информационной посылки начинает превышать время когерентности Tc (интервал, в пределах которого любые отсчеты сигнала взаимозависимы, а вне его в значительной степени декоррелированы). Время когерентности определяется величиной разброса доплеровской частоты в канале связи, которая зависит от скорости перемещения подвижного объекта.