Лекція 4 Умови функціонування систем мобільного зв"язку

4.1. Особливості поширення дециметрових радіохвиль, що впливають на умови функціонування систем зв"язку

Дециметрові радіохвилі – це хвилі довжиною від 1 м до 1 дм (від 0,3 до 3 МГц). Саме такі радіохвилі використовуються в стандарті GSM: (900 МГц або = 0,333 м; 1800 МГц або = 0,167 м; 1900 МГц або = 0,158 м). Ці хвилі (так саме, як і метрові, і сантиметрові електромагнітні хвилі) практично не відбиваються від іонізованих шарів атмосфери і в них не розсіюються. Тому вони поширюються лише прямолінійно в межах прямої видимості у виді земних хвиль (їхня дифракція виражена слабко) на невеликі відстані і не можуть поширюватися як іоносферні хвилі.

Ці хвилі багатократно відбиваються від навколишніх об'єктів і частково поглинаються в них (рис. 4.1). Тому в точці їхнього прийому відбувається суперпозиція безлічі сигналів, що прийшли по різних шляхах і мають різні амплітуди, фази, часи поширення, площини поляризації тощо. Внаслідок цього результуючий сигнал у точці прийому різко змінюється і може бути як вищим за середнє (медіанного) рівня, так і нижчим.

Спотворення результуючого сигналу, або так звана міжсимвольна інтерференція мають місце тоді, коли більш-менш синфазні складові сигналів з порівнянними амплітудами настільки відрізняються за різницею ходу, що символи одного сигналу накладаються (або, як часто говорять, "налазять") на сусідні символи іншого, що й обумовлює виникнення міжсимвольної інтерференції.

Залежність напруженості поля від відстані між передавальною і приймальною станціями носить спадний характер; при цьому напруженість поля має як швидкі, так і повільні завмирання щодо середнього (медіанного) значення, тобто середнє значення загасає, а миттєві значення – завмирають (рис. 4.2).

Рис. 4.1. Багатопроменеве поширення радіохвиль	Рис. 4.2. Залежність напруженості електромагнітного поля від відстані між передавальною і приймальною станціями

Таким чином, коливання рівнів (завмирання) прийнятого сигналу мають дві складові – повільну 1 та швидку 2, які відрізняються від середнього (медіанного) значення 3 (див. рис. 4.2).

Швидкі завмирання – це прямий наслідок багатопроменевого поширення радіохвиль. Їх прийнято називати релеєвськими завмираннями, тому що вони описуються релеєвськими законами розподілу. У результаті завмирань внаслідок багатопроменевості в точці прийому сигналу в приймальній станції виникають умови:

– кілька однотипних сигналів, зміщених по фазі, складаються так, що результуючий сигнал послабляється;

– за однакового рівня основного і відбитого сигналів, проте при їх протифазності результуючий сигнал наближається до нуля, що викликає переривання зв'язку.

Діапазон змінювання рівня сигналу у разі швидких завмирань може досягати 40 дБ, з яких приблизно 10 дБ – це перевищення над середнім рівнем і 30 дБ – провали нижче середнього рівня, причому глибокі провали зустрічаються рідше, ніж менш глибокі.

Період флуктуації залежить від швидкості переміщення РС. Частота завмирань глибиною (30... 10) дБ при швидкості V = 50 км/год складає 5...50 провалів у секунду, відповідно, а середня тривалість завмирань нижче рівня (30... 10) дБ при швидкості V = 50 км/год — порядку (0,2...2) мс.

Повільні завмирання зумовлені ефектом тіні, викликаним різними перешкодами (будинками, лісовими масивами, горами тощо), що порушують пряму видимість передавальною і приймальною станціями. Їхня інтенсивність не перевищує (5... 10) дБ.

Фактично повільні завмирання – це змінювання середнього рівня сигналу у разі переміщення РС, на які накладаються швидкі завмирання, викликані багатопроменевістю.

Основну неприємність при прийомі радіосигналів становлять швидкі завмирання, оскільки вони бувають досить глибокими, і при цьому відношення сигнал/шум падає настільки сильно, що корисна інформація може істотно спотворюватися шумами, аж до повної її втрати.

Для подолання швидких завмирань застосовують два основних методи:

1) Рознесений прийом, тобто одночасне використання двох чи більшої кількості приймальних антен.

2) Робота з розширенням спектра – використання стрибків по частоті, тобто розширення спектра; при цьому для зменшення міжсимвольних спотворень застосовуються еквалайзери – адаптивні фільтри.

Для боротьби з наслідками багатопроменевого поширення радіохвиль, а саме: для усунення помилок, зумовлених як завмиранням сигналів, так і міжсимвольною інтерференцією, використовується завадостійке канальне кодування: блокове і згорткове кодування, а також так зване перемежування.