21. Зависимость вероятности ошибки от количества приемо-передающих элементов

Получив результаты пунктов 5.1. и 5.2., можно сделать предположение, что одновременное увеличение количества приемных и передающих элементов будет приводить к росту вероятности ошибки на приеме, т.к. увеличение количества передатчиков сильно снижает надежность передачи. Исследуем эту ситуацию, проведя опыты для одинакового числа приемных и передающих элементов при прочих равных условиях (подобно предыдущим пунктам). Результаты моделирования приведены на Рисунках 5.3 – 5.4.

Известно, что при увеличении числа приемо-передающих элементов повышается пропускная способность канала, однако вероятность ошибочного приема повышается. Следовательно, необходимо принимать оптимальное решение по выбору количества элементов антенных решеток и пропускной способностью канала.

Рисунок 5.3 – Вероятность ошибки при различном числе антенных элементов

Рисунок 5.4 – Пропускная способность канала при различном числе антенных элементов

22. Исследование эффективности адаптивного алгоритма в системе связи на основе антенных решеток

Целью моделирования разработанного алгоритма являются определение количества битовых ошибок при передаче сигнала через канал связи и определение пропускной способности модели. Различные параметры каналы также могут оказывать существенное влияние на прохождение сигнала через многолучевой канал. Для того необходимо при различных параметрах модели канала оценить его влияния на вероятность ошибок при передаче данных. Для оценки эффективности разработанного алгоритма необходимо исследовать:

• Зависимость вероятности появления ошибочного бита от входного соотношения сигнал/шума в приемнике при различных конфигурациях модели канала. Эффективность модели будет исследоваться для следующих параметров:

• Число антенн на передающей и приемной сторонах;

• Число элементов АР в каждом из блоков приемной антенны;

• Межэлементное расстояние в антенне передатчика и приемника;

• Оценить среднюю пропускную способность через канал в зависимости от заданного отношения сигнал/шум для различных случаев обработки сигналов. Формула вычисления пропускной способности системы

,

где матрица канал представляет собой сумму коэффициентов канала каждого из путей

.

1. 4.7.1 Влияние количества антенн передатчика/приемника при адаптации на приеме. Количество антенн на передатчике влияет на количество параллельных потоков данных (каналов), что обеспечивает увеличение скорости передачи данных. Число антенн приемника влияет на вероятность ошибки при декодировании. С увеличением числа антенн приемника и передатчика, диаграмма направленности блока может быть точнее направлена на путь с наибольшей мощностью, что улучшит качество пространственно-временной обработки и декодирования переданных сигналов. При исследовании, используется тип модуляции QAM16 и разное количество антенн передатчика и приемника.

На рисунках 5.5 – 5.10 показана эффективность разработанного алгоритма при адаптации только на приеме и постоянном количестве антенных блоков (параллельных потоков данных) и разном количестве элементов в блоке. Поскольку количество каналов не меняется, пропускная способность системы увеличивается только за счет снижения вероятности битовой ошибки на приеме.

На рисунках 5.11 – 5.16 показана эффективность разработанного алгоритма при совместной адаптации на приеме и передаче. Пропускная способность системы значительно возрастает за счет увеличения количества каналов, однако увеличивается вероятность битовой ошибки на приеме. Система с адаптации в сравнении с неадаптированной показывает существенное снижение вероятности битовой ошибки.

Рисунок 5.5 – Вероятность появления битовой ошибки с адаптацией на приеме и без нее с S=2, U=4 (при числе блоков равном 2)

Рисунок 5.6 – Пропускная способность канала с адаптацией на приеме и без нее с S=2, U=4 (при числе блоков равном 2)

Рисунок 5.7 – Вероятность появления битовой ошибки с адаптацией на приеме и без нее с S=2, U=8 (при числе блоков равном 2)

Рисунок 5.8 – Пропускная способность канала с адаптацией на приеме и без нее с S=2, U=8 (при числе блоков равном 2)

Рисунок 5.9 – Вероятность появления битовой ошибки с адаптацией на приеме и без нее с S=2, U=16 (при числе блоков равном 2)

Рисунок 5.10 – Пропускная способность канала с адаптацией на приеме и без нее с S=2, U=16 (при числе блоков равном 2)

Рисунок 5.11 – Вероятность появления битовой ошибки с адаптацией на приеме и передаче (при числе блоков равном 8)

Рисунок 5.12 – Пропускная способность канала с адаптацией на приеме и передаче (при числе блоков равном 8)

Рисунок 5.13 – Вероятность появления битовой ошибки с адаптацией на приеме и передаче (при числе блоков равном 4)

Рисунок 5.14 – Пропускная способность канала с адаптацией на приеме и передаче (при числе блоков равном 4)

Рисунок 5.15 – Вероятность появления битовой ошибки с адаптацией на приеме и передаче (при числе блоков равном 2)

Рисунок 5.16 – Пропускная способность канала с адаптацией на приеме и передаче (при числе блоков равном 2)

2. 4.7.2 Влияние межэлементного расстояния антенной решетки при адаптации на приеме и передаче. На рисунках 5.17 – 5.19 показана зависимость эффективности применения адаптации к принятому сигналу от межэлементного расстояния антенной решетки. В случае использования адаптивной системы АР хорошая корреляция между антеннами в решетке позволяет более точно настроить ДН на путь с максимальной мощностью сигнала. При моделировании расстояние между соседними антеннами в МС постоянно и равно , а в БС меняется , , . При адаптации, чем больше расстояние между элементами АР, тем ниже вероятность появления битовой ошибки, потому что в системе сильная корреляция приводит к трудностям при различении сигналов, что влечет за собой ошибку при оценке принятых символов.

Рисунок 5.17 – Зависимость вероятности появления ошибки принятых сигналов при межэлементных расстояний АР равном

Рисунок 5.18 – Зависимость вероятности появления ошибки принятых сигналов при межэлементных расстояний АР равном

Рисунок 5.19 – Зависимость вероятности появления ошибки принятых сигналов при межэлементных расстояний АР равном

23. Выводы

Таким образом, разработана программа модели канала связи и алгоритма тестирования ошибок на приеме. С помощью этого программного комплекса получены результаты исследования канала связи на основе антенных решеток. Таким образом:

1. Разработана структурная схема алгоритма моделирования канала связи с учетом рэлеевских замираний и многолучевости.

2. Показана лицевая панель виртуальных приборов для моделирования.

3. Разработана структурная схема алгоритма тестирования ошибок на приеме с учетом возможности адаптации приемника и передатчика.

4. Созданные подпрограммы объединены в программный комплекс, предназначенный для моделирования канала связи и исследования его параметров.

5. Число элементов передающей антенной решетки не может быть больше числа элементов приемной антенной решетки, поскольку при этом существенно растет вероятность ошибок на приеме в результате суммирования кодов в совпадающие моменты времени.

6. Многолучевое распространение позволяет в среднем повысить качество приема сигнала.

7. Использование пространственной фильтрации в сложных условиях распространения сигналов повышается эффективность приема сигналов. Это достигается формированием диаграммы направленности каждого, которая ориентирует максимум в направлении источника полезного сигнала (путь) с наибольшей мощностью. Вероятность приема ошибочного символа снижается от 2,8 до 100 раз в диапазоне ОСШ от нуля до 8 дБ при числе элементов передающей и приемной АР, равном 16 (2 блока по 8 элементов в каждом).

8. При увеличении межэлементного расстояния приемной антенной решетки, эффективность разработанного алгоритма существенно возрастает, поскольку снижается корреляционная зависимость между каналами.