Методы передачи и приема сигналов
1.1. Модем ofdm и его применение для передачи и приема сигналов в многолучевом канале
При мобильном приеме распространение радиоволн между приемником и ТВ станцией может быть, как однолучевым, так и многолучевым при многократных отражениях от препятствий с доплеровским смещением.
Профиль многолучевых задержек мощности характеризуется средним временем задержки Т и максимальным временем взаимного запаздывания лучей Тmax (интервал рассеяния сигнала во времени). Для систем вещания в случае обширной зоны возможны задержки эхо-сигнала до 100 мкс в холмистой местности. При таких условиях в зависимости от соотношения между Тmax и шириной полосы частот канала F радиоканал может быть частотно-селективным (если выполняется условие FТmax≥1) или неселективным (при выполнении неравенства FТmax<1), когда в канале наблюдаются замирания.
Замирания сигнала - это процесс, когда у сигнала, случайным образом скачет амплитуда и фаза. То больше амплитуда, то меньше.
Сплошной линией показаны быстрые замирания, пунктирной медленные. Медленные замирания происходят из-за затенения (5-10дБ), быстрые из-за многолучевого распространения. Получается, что амплитуда постоянно скачет на десятки дБ.
Наличие замираний требует ввести специальное определение для характеристики среднего уровня принимаемого сигнала и степени отклонения мгновенных значений уровня от указанного среднего значения. Наиболее распространенным является выражение среднего уровня в медианных значениях напряженности поля. Медианным принято называть такой уровень сигнала, который превышается в течение 50% времени приема. Этот уровень принято обозначать через Ем или Е0,5.
Глубину замираний можно оценить весьма условно. Уровень замирающего сигнала может быть оценен только статистически, замирания представляют собой нестационарный случайный процесс. Нельзя под глубиной замираний понимать отношение максимального к минимальному значению напряженности поля за время Т, т.е. Емакс/Емин, т.к. отдельные пики могут достигать весьма больших значений, однако с малой вероятностью. С другой стороны, глубокие минимумы могут маскироваться шумовым фоном.
Поэтому обычно под глубиной замираний понимают отношение (Е0,1/ Е0,9), выраженное в децибелах по отношению к 1 мкВ/м, то есть разность (20log Е0,1-20logЕ0,9) дБ/мкВ/м. Через Е0,1 и Е0,9 обозначены уровни поля, превышаемые соответственно в течение 10% и 90% времени наблюдения Т.
Канал связи является многолучевым, т.е. частотно-селективным. Если в таком канале максимальное время взаимного запаздывания лучей Тmax соизмеримо с длительностью элементарного сигнала ТS, то возникает перекрытие во времени сигналов, следующих друг за другом. Это явление, именуемое межсимвольной интерференцией (МСИ), приводит к взаимной зависимости полезных сигналов, принимаемых приемником на смежных тактовых интервалах, что существенно усложняет демодуляцию таких сигналов. Уровень МСИ и степень их влияния на качество приема зависит от отношения Тmax/ТS.
От искажений сигнала, обусловленных МСИ, нельзя избавиться увеличением мощности передатчика, поскольку с ростом ОСШ на выходе приемного фильтра вероятность ошибок уменьшается лишь до некоторого предела — несократимой вероятности ошибки. Эта вероятность ошибки увеличивается с ростом отношения Тmax/ТS и не может быть уменьшена за счет повышения мощности передатчика.
Полный набор средств пассивной борьбы с замираниями сигнала в многолучевом канале реализован в стандартах цифрового телевидения DVB-T/Н. Здесь используется многочастотная система кодированных сигналов с ортогональным частотным распределением (COFDM):
- мультиплексирование с ортогональным частотным разделением;
- многоуровневое кодирование;
- иерархическая модуляция.