Радиосвязь,_радиовещание,телевидение2

нескольких сигналов, различающихся (разнесенных) по какому-либо параметру или координате, причем разнесение должно выбираться таким образом, чтобы вероятность одновременных замираний всех используемых сигналов была много меньше, чем какого-либо одного из них. Иными словами, эффективность разнесенного приема тем выше, чем менее коррелированы замирания в составляющих сигналах. Кроме того, важны техническая реализуемость и простота -ис пользуемого метода.

В принципе возможны как минимум пять вариантов разнесенного приема:

-с разнесением во времени (time diversity); при этом используются сигналы, сдвинутые во времени один относительно другого; метод сравнительно легко реализуем лишь в цифровой форме, и улучшение качества приема разменивается на пропускную способность канала связи;

-с разнесением по частоте(frequency diversity); при этом используются сигналы, передаваемые на нескольких частотах, т.е. платой является расширение используемой полосы частот;

-с разнесением по углу или по направлению(angle diversity или direction diversity); при этом прием производится на несколько антенн

срассогласованными (не полностью перекрывающимися) диаграммами направленности; в данном случае сигналы с выходов разных антенн коррелированы тем слабее, чем меньше перекрытие диаграмм направленности, но при этом одновременно падает и эффективность приема (интенсивность принимаемого сигнала), по крайней мере, для всех антенн, кроме одной;

-с разнесением по поляризации(polarization diversity), когда, например, две антенны принимают сигналы двух взаимно ортогональных поляризаций; практического значения этот вариант не имеет, поскольку в диапазоне СВЧ замирания на разных поляризациях сильно коррелированы;

-с разносом в пространстве (space diversity), т.е. с приемом сигналов на несколько пространственно разнесенных антенн; это единственный метод, находящий практическое применение, и именно он обычно имеется в виду, когда говорят о разнесенном приеме. Для метода пространственного разнесения или, с учетом сказанного выше, для разнесенного приема необходимы как минимум две приемные антенны, установленные с некоторым смещением одна относительно другой. Из общих соображений очевидно, что выигрыш от разнесенного приема тем больше, чем больше число используемых антенн, однако при этом возрастает и сложность технического решения. Поэтому практическое применение находит простейшая система с двумя приемными антеннами, и в основном в базовых станциях. В абонентских станциях сколько-нибудь широкого распространения разнесен-

ный прием не получил. Существенными характеристиками системы разнесенного приема являются расстояние между антеннами и способ совместного использования сигналов с выходов двух антенн. Ограничимся краткими сведениями об этих характеристиках, не углубляясь в более подробный анализ. С ростом расстояния между антеннами корреляция между флуктуациями уровня принимаемых ими сигналов падает, и в этом смысле чем больше разнос антенн, тем выше эффективность разнесенного приема. Но при этом возрастает и сложность технической реализации, так что практически разнос берется минимально возможным, при котором разнесенный прием уже достаточно эффективен. Реально с учетом как аналитических оценок, так и эмпирических данных разнос обычно составляет около десятка длин волн, т.е. несколько метров.

Что касается способов объединения сигналов с выходов двух антенн, то в принципе возможно как использование одного(более сильного) из двух сигналов, так и суммирование обоих сигналов– додетекторное (когерентное) или последетекторное, с равными весами или со взвешиванием, обеспечивающим получение максимума отношения сигнал – шум. В случае двух приемных антенн различие в эффективности этих способов относительно невелико, и на практике обычно применяется наиболее простой из них– выбор максимального из двух сигналов с коммутацией выхода соответствующего приемника на вход тракта последующей обработки.

Скачки по частоте. Использование скачков по частоте(frequency hopping), как мы уже упоминали ранее, является одним из методов расширения спектра, принципиально отличающимся от метода расширения спектра за счет модуляции прямой последовательностью (direct sequence), которая применяется в классическом методе CDMA.

Идея метода скачков по частоте состоит в том, что несущая частота для каждого физического канала периодически изменяется, .е. каждый физический канал периодически переводится на новый частотный канал. Поскольку релеевские замирания являются частотноселективными, то, если при работе на некоторой частоте имело место замирание, при изменении рабочей частоты на100–300 кГц замирания с большой вероятностью не будет. Следовательно, при достаточно частых изменениях частоты существенно снижается вероятность длительных замираний, и соответственно в сочетании с перемежением снижается вероятность групповых ошибок, а с одиночными ошиб-

ками можно успешно бороться при помощи помехоустойчивогока нального кодирования.

Различают медленные и быстрые скачки по частоте. При медленных скачках период изменения частоты много больше длительности символа передаваемого сообщения, а при быстрых скачках– много

Рис. 17.9. Структурная схема трансверсального эквалайзера

меньше длительности символа. В практике сотовой связи применение скачков по частоте предусмотрено стандартомGSM и в аппаратуре радиодоступа фирмы Tadiran используются медленные скачки с переключением частоты в каждом очередном кадре. Если учесть, что

вкадре каждому физическому каналу соответствует один слот, то для любого из физических каналов такая частота скачков эквивалентна смене частотных каналов с частотой слотов.

Эквалайзинг. Рассмотрим эквалайзинг – метод, используемый

вузкополосных TDMA-системах радиодоступа для компенсации межсимвольных искажений. Термин «эквалайзинг» заимствован из английского языка (equalizing – буквально выравнивание) и имеет в данном случае смысл компенсации той разности хода между составляющими лучами при многолучевом распространении, которая приводит к межсимвольной интерференции. Эквалайзер по своей сути– это адаптивный фильтр, настраиваемый таким образом, чтобы сигнал на его выходе был в возможно большей степени очищен от межсимвольных искажений, содержащихся во входном сигнале.

Простейшая реализация эквалайзера (рис. 17.9) на основе трансверсального фильтра.

о переданном символе с использованием тактового сигнала(ТС). На вход вычитателя подаются сигналы до и после принятия решения, и в результате на его выходе появляется сигнал ошибки, показывающий, насколько сигнал на выходе трансверсального фильтра отличается от принятого решения. И этот сигнал ошибки используется в генераторе управляющих сигналов для выработки весовых коэффициентов, подаваемых на отводы трансверсального фильтра. Согласно этой схеме трансверсальный эквалайзер представляет собой

схему с обратной связью с автоматической минимизацией ошибки на выходе вычитателя. Таким образом осуществляется компенсация межсимвольных помех, вызванных как трактом распространения, так и аппаратурой.

Рис. 17.12. Метод CDMA в координатах время–частота

2 раза. Заметим попутно, что разделение во времени может использоваться и для реализации прямых и обратных каналов дуплексной связи в одной и той же полосе частот(Time Division Duplex – TDD). Такое техническое решение находит применение в беспроводном телефоне. В сотовой связи обычно используется дуплексное разде-

ление по частоте (Frequency Division Duplex – FDD), т.е. прямые и обратные каналы занимают разные полосы частот, смещенные одна относительно другой.

Метод TDMA, однако, сам по себе не реализует всех потенциальных возможностей по эффективности использования спектра; дополнительные резервы открываются при использовании иерархических структур и адаптивного распределения каналов. Известное преимущество в этом отношении может иметь метод CDMA.

Множественный доступ с кодовым разделением. Множествен-

ный доступ с кодовым разделением(Code Division Multiple Access – CDMA) прост только на уровне феноменологического описания метода (рис. 17.12): в нем большая группа пользователей (например, от 30 до 50) одновременно использует общую относительно широкую полосу частот – не менее 1 МГц. По существу же метод CDMA достаточно сложен, и не только в отношении принципов построения, но и в плане практической реализации. Как и TDMA, метод CDMA может быть реализован только в цифровой форме.

Контрольные вопросы

1.Поясните принцип формирования сигнала четырехпозиционной относительной фазовой манипуляции.

2. Поясните принцип формирования сигнала гауссовской манипуляции

с минимальным сдвигом.

3.Приведите структурную схему модулятора для получения четырехпозиционной относительной фазовой манипуляции и поясните принцип его работы.

4.Приведите структурную схему модулятора для получения гауссовской манипуляции с минимальным сдвигом и поясните принцип его работы.

5.Приведите структурную схему демодулятора четырехпозиционной отно-

сительной фазовой манипуляции и поясните принцип его работы.

6. Приведите структурную схему демодулятора гауссовской манипуляции

с минимальным сдвигом и поясните принцип его работы.

7.Назовите причины замираний сигнала в сетях радиодоступа.

8.Назовите способы борьбы с влиянием замираний на качество приема сигналов.

9.Принцип организации множественного доступа с частотным разделением каналов связи.

10.Принцип организации множественного доступа с временным разделением каналов связи.

11.Принцип организации множественного доступа с кодовым разделением каналов связи.

Список литературы

1.Агафонов Л.К., Кураев Ю.А. Беспроводная технология на местных телефонных сетях. Экономические аспекты внедрения // Электросвязь. – 1997. – № 7. – С. 28–30.

2.Кисс Сурани. Hicom cordless эффективная беспроводная учрежденческая связь//

Электросвязь. – 1998. – № 3. – С. 40–41.

3.Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. – М.: ЭКО-Трендз, 1998. – 368 с.

4.Ратынский М.В. Основы сотовой связи. – М.: Радио и связь, 1998. – 248 с.

Глава 18. Стандарты беспроводного абонентского доступа

18.1.Стандарты систем беспроводных телефонов общего пользования

Внастоящее время системы беспроводных телефонов(СТ) составляют значительную конкуренцию сотовым системам связи. Так же, как и первое поколение аналоговых сотовых систем, системы беспроводных телефонов первоначально развивались в национальных рамках. Первые СТ, появившиеся в 70-х годах XX века в Европе, Азии и Северной Америке, работали в диапазоне частот27–50 МГц. Передача аналоговых речевых сообщений осуществлялась с помощью частотной модуляции, количество рабочих каналов не превышало десяти. Дальность связи по направлению«подвижная станция – базовая станция» составляла 200–300 м [1–5].

В1985 г. в Европе был разработан первый стандарт СТ1 на системы беспроводных телефонов в полосе частот900 МГц с 40 дуплексными каналами и частотным разделением каналов(FDMA). Связь осуществлялась только через индивидуальную базовую станцию через свой идентификационный код, общее количество которых – более миллиона. 40 дуплексных каналов оказалось недостаточно для -ис пользования беспроводных телефонов стандарта 1СТв деловой сфере. Поэтому в Германии, Австрии и Швейцарии был принят расширенный стандарт СТ1+ с удвоенным количеством дуплексных каналов – 80. Однако в этих стандартах не обеспечивалась секретность передачи речевых сообщений.

Следующее поколение систем беспроводных телефонов было разработано в Великобритании. Новый стандарт, получивший обозначение СТ2, обеспечивал конфиденциальность переговоров и лучшее, чем в СТ1, качество приема речевых сообщений.

Частотное разделение каналов уступило место временному дуплексному разделению (ТDD), при котором на одном временном интервале осуществляется передача пакета сообщения от абонента,

ана следующем интервале – прием пакета сообщения для этого абонента от базовой станции (рис. 18.1). Стандарт СТ2 принят за основу при создании системы Telepoint, предназначенной для одночастотной связи подвижных абонентов с абонентами фиксированной телефонной сети. Связь в системе Telepoint осуществляется в зоне радиопорта (базовой станции) с дальностью до 200 м.

Рис. 18.3. Структура кадра в стандарте DECT

Первая система цифровых беспроводных телефонов, близкая к DЕСТ, разработана и внедрена концерномEricsson (Швеция). Эта система получила название PRE-DECT, или DСТ-900.

Принципы пакетной передачи сообщений в стандартах DСТ-900 и DЕСТ показаны на рис. 18.2 и 18.3.

Внедрение систем беспроводных телефонов рассматривается в рамках реализации концепции персональной связиPCN (Personal Communication Network), предусматривающей предоставление услуг «всегда и в любом месте» при использовании легких малогабаритных абонентских терминалов в рамках микросотовых и пикосотовых сетей связи.

Фактором, сдерживающим внедрение единых технологий и стандартов, реализующих концепцию PCN, является ограниченность и несовместимость спектра частот, выделенного для этих целей в Европе, США и Японии. Европейское Сообщество (ЕС) выделило участки спектра частот для стандарта СТ2 – 864…868 МГц, для стандарта DECT – 1880…1900 МГц, для стандарта микросотовой персональной связи DCS 1800 – 1700…1880 МГц.

В США Федеральная комиссия связи(FCC) выпустила распоряжение, согласно которому службам персональной связи отводится полоса частот 220 МГц в диапазоне 1800…2200 МГц. В этом диапазоне компанией BELLCORE была разработана система беспроводной свя-

в нелицензируемых диапазонах, выделенных для промышленных, научных и медицинских целей (диапазон ISM).

Японские стандарты на цифровые сотовые системы подвижной радиосвязи предусматривают использование диапазонов800 и 1500 МГц. Японский центр исследований и разработок систем радио-