Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 5В071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникации. Алматы 2013
жүктеу/скачать 120,45 Kb.
|
технология беспроводной связи
| Пространственное разнесение. Этот метод наиболее широко используется из-за своей простоты и низкой стоимости. Он требует одной передающей антенны и нескольких приемных антенн. Расстояние между соседними приемными антеннами выбирается с таким расчетом, чтобы замирания из-за многолучевости в каждой ветви разнесения были некоррелированными.
Угловое разнесение. Это метод, который получил название разнесения по направлению, требует несколько направленных антенн. Каждая антенна независимо реагирует на волну, приходящую под определенным углом или с определенного направления, и формирует некоррелированные замирающие сигналы. Поляризационное разнесение. Этот метод позволяет реализовать только две ветви разнесения. Он использует тот факт, что сигналы, переданные с помощью двух ортогонально-поляризованных радиоволн, характерных для ОВЧ и УВЧ сухопутных систем подвижной радиосвязи, в точке приема имеют некоррелированные статистики замираний из-за многолучевости. Частотное и временное разнесение. Различия в частоте и/или времени передачи могут быть использованы для организации ветвей разнесения с некоррелированными статистиками замираний. Требуемый разнос по времени и частоте можно определить, исходя из имеющихся характеристик временного рассеяния и максимальной доплеровской частоты. Основное преимущество этих двух методов разнесения по сравнению с пространственным, угловым, поляризационным состоит в том, что для их реализации требуется лишь одна передающая и одна приемная антенны, а недостаток в том, что требуется более широкая полоса частот. Кодирование с исправлением ошибок может рассматриваться как один из вариантов временного разнесения в цифровых системах передачи. Следует отметить, что для всех перечисленных методов разнесения, за исключением поляризационного, в принципе не существует ограничения на количество ветвей разнесения. Например, в некоторых системах радиосвязи, работающих в диапазоне 2,4 ГГц, при организации пространственного разнесения используется до пяти приемных антенн. Разнесение позволяет существенным образом улучшить характеристики помехоустойчивости приема и надежность цифровых систем радиосвязи. Наличие двух ветвей разнесения позволяет снизить значение C/I с 30 дБ, соответствующее отсутствие разнесения, до 15 дБ при частоте ошибок на бит (BER), равной 10-3. При более низких значениях BER, например, BER = 10-6, выигрыш за счет разнесения составляет 30 дБ. Достаточно малогабаритные и относительно недорогие системы разнесения в настоящее время широко используются в системах мобильной радиосвязи, сотовой телефонии и передачи данных. Лекция 11. Системы с расширением спектра Цель лекции: изучение основных концепций построения беспроводных систем с расширенным спектром. Термин расширение спектра был использован в многочисленных военных и коммерческих системах связи. В системах с расширенным спектром каждый сигнал-переносчик сообщений требует значительно более широкой полосы радиочастот по сравнению с обычным модулированным сигналом. Более широкая полоса частот позволяет получить некоторые полезные свойства и характеристики, которые трудно достичь другими средствами. Расширение спектра представляет собой метод формирования сигнала с расширенным спектром с помощью дополнительной ступени модуляции, обеспечивающей не только расширение спектра сигнала, но и ослабление его влияния на другие сигналы. Дополнительная модуляция никак не связана с передаваемым сообщением. Широкополосные системы находят применение благодаря следующим потенциальным преимуществам: - повышенной помехоустойчивости; - возможности обеспечения кодового разделения каналов для многостанционного доступа на его основе в системах, использующих технологию CDMA; - энергетической скрытности благодаря низкому уровню спектральной плотности; - высокой разрешающей способности при измерениях расстояния; - защищенности связи; - способности противостоять воздействию преднамеренных помех; - повышенной пропускной способности и спектральной эффективности в некоторых сотовых системах персональной связи; - постепенному снижению качества связи при увеличении числа пользователей, одновременно занимающих один и тот же ВЧ канал; - низкой стоимости при реализации; - наличию современной элементной базы (интегральных микросхем). Рисунок 9 – Структура системы с прямым расширением спектра В соответствии с архитектурой и используемыми видами модуляции системы с расширенным спектром могут быть разделены на следующие основные группы: - с прямым расширением спектра на основе псевдослучайных последовательностей (ПСП), включая системы МДКРК; - с перестройкой рабочей частоты (с «прыгающей» частотой), включая системы МДКРК с медленной и быстрой перестройкой рабочей частоты; - множественного доступа с расширенным спектром и контролем несущей (CSMA); - с перестройкой временного положения сигналов («прыгающим» временем); - с линейной частотной модуляцией сигналов (chip modulation); - со смешанными методами расширения спектра. Прямое расширение спектра с помощью псевдослучайных последовательностей. На рисунке 9 приведена концептуальная схема системы с прямым расширением спектра на основе псевдослучайных последовательностей (а - передатчик сигналов с PSK и с последующим спектра, б - передатчик с расширением спектра в полосе модулирующих частот, в - приемник). В первом модуляторе осуществляется фазовая манипуляция (PSK) сигнала промежуточной частоты двоичным цифровым сигналом передаваемого сообщения d(t) в формате без возвращения к нулю (NRZ) с частотой следования символов fb = 1/Тb. В пределах одной соты системы подвижной радиосвязи, как правило, есть несколько абонентов, одновременно пользующихся связью, причем каждый из них использует одну и ту же несущую частоту fрч и занимает одну и ту же полосу частот Врч. Процесс формирования сигналов с расширенным спектром в системах с многостанционным доступом происходит в два этапа: модуляция и расширение спектра (или вторичная модуляция посредством ПСП). Вторичная модуляция осуществляется с помощью идеальной операции перемножения g(t)s(t). При таком перемножении формируется амплитудно-модулированный двухполосный сигнал с подавленной несущей. Первый и второй модуляторы можно поменять местами без изменения потенциальных характеристик системы. Сигнал g(t)s(t) с расширенным спектром преобразуется вверх до нужной радиочастоты. Поэтому в дальнейшем будем считать, что сигнал g(t)s(t) передается и принимается на промежуточной частоте, исключив из рассмотрения подсистемы преобразования частот вверх и вниз. Таким образом, на вход приемника поступает сумма М независимых сигналов с расширенным спектром, занимающих одну и ту же полосу РЧ. Если выбран ансамбль некоррелированных сигналов ПСП, то после операции сжатия спектра сохраняется лишь модулированный полезный сигнал. Все другие сигналы, являясь некоррелированными, сохраняют широкополосность и имеют ширину спектра, превышающую граничную полосу пропускания фильтра демодулятора. На рисунке 10 приведены упрощенные временные и спектральные диаграммы, качественно иллюстрирующие процессы расширения и сжатия спектра сигналов. В частности, в них отсутствует сигнал несущей. Концепция систем с расширенным спектром путем программной перестройки рабочей частоты во многом схожа с концепцией систем с прямым расширением спектра. Здесь генератор двоичной ПСП управляет синтезатором частот, с помощью которого осуществляется переход («перескок») с одной частоты на другую из множества доступных частот. Таким образом, здесь эффект расширения спектра достигается за счет псевдослучайной перестройки частоты несущей, значение которой выбирается из имеющихся частот f1,...,fN, где N может достигать значений несколько тысяч и более. Если скорость перестройки сообщений (скорость смены частот) превышает скорость передачи сообщений, то имеем систему с быстрой перестройкой частоты. Если скорость перестройки меньше скорости передачи сообщений, так что в интервале перестройки передается несколько битов, то имеем систему с медленной перестройкой частоты. Рисунок 10 - Диаграммы при расширении спектра На рисунке 11 изображены структурные схемы передающей и приемной частей системы с перестройкой частоты. В системах с расширенным спектром путем перестройки рабочей частоты последняя сохраняется постоянной в течение каждого интервала перестройки, но изменяется скачком от интервала к интервалу. Частоты передачи формируются цифровым синтезатором частот, управляемым кодом («словами»), поступающим в последовательном либо параллельном виде и содержащим m двоичных символов (битов) Каждому m-битовому слову или его части соответствует одна из M = 2m частот. Хотя для осуществления перестройки частот имеется M = 2m, m = 2, 3 частот, но не все из них обязательно используются в конкретной системе. Системы с расширением спектра путем программной перестройки рабочей частоты подразделяются на системы с медленной, с быстрой и со средней скоростью перестройки. В системах с медленной перестройкой скорость перестройки fh, меньше скорости передачи сообщений fb. Таким образом, в интервале перестройки, прежде, чем осуществится переход на другую частоту, могут быть переданы два бита сообщения или более (в некоторых системах свыше 1000). В системах со средней скоростью перестройки скорость перестройки равна скорости передачи. Наибольшее распространение получили системы с быстрой и медленной перестройкой рабочей частоты. Рисунок 11 - Система с программной перестройкой частоты Для синхронизации приемников при приеме сигналов с расширенным спектром может потребоваться три устройства синхронизации: - фазовой синхронизации несущей (восстановления несущей); - символьной синхронизации (восстановления тактовой частоты); - временной синхронизации генераторов, формирующих кодовые или псевдослучайные последовательности. Временная синхронизация обеспечивается в два этапа, в течение которых выполняются: - поиск (первоначальная, грубая синхронизация); - слежение (точная синхронизация). жүктеу/скачать 120,45 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|