Підвищення пропускної здатності за допомогою систем МІМО

Размещено на http://www.allbest.ru/

Перелік скорочень і термінів

LTE - Long-Term Evolution;

IEEE - Institute of Electronical and Electronics Engineers;

MIMO - Multiple Input-Multiple Output (технологія заснована на використанні систем в яких використовуються декілька прийомних та декілька передавальних антен);

QAM - Quadrature Amplitude Modulation (квадратурно-амплітудна модуляція КАМ);

АР - антенна решітка;

АТО - антитерористична операція;

АЦП - аналого-цифровий пристрій;

ВЗ - вузол зв'язку;

ВСЗ - відношення сигнал завада;

ППС - пристрій перетворення сигналу;

РРЗ - радіорелейний зв'язок;

РТЗ - радіотехнічне забезпечення;

УКХ - ультракороткохвильовий;

ФАПЧ - фазова автопідстройка частоти;

ЦАП - цифро-аналоговий перетворювач;

ЦАР - цифрова антенна решітка;

ЦПОС - цифровий процесор обробки сигналів.

Вcтуп

В умовах проведення антитерористичної операції (АТО) на сході України виникла необхідність модернізації систем та засобів військового зв'язку. В умовах інформатизації та розвитку інформаційно-комунікаційного простору не викликає сумніву необхідність створення автоматизованих систем управління Збройних Сил України, які будуть функціонувати за допомогою сучасних засобів зв'язку та автоматизації Важливим елементом осучаснення військових систем та засобів зв'язку є підвищення пропускної здатності каналів.

Пропускна здатність може бути збільшена за допомогою розширення смуги частот або підвищення випромінюваної потужності. Тим не менш, застосовність цих методів має недоліки, так як через вимоги біологічного захисту та електромагнітної сумісності підвищення потужності і розширення смуги частот обмежена. Тому якщо в системах зв'язку можливі підвищення випромінюваної потужності і розширення смуги частот не забезпечують необхідну швидкість передачі даних, то одним з найефективніших способів рішень цієї проблеми може бути застосування адаптивних антенних решіток зі слабко корельованими антенними елементами. Системи зв'язку, які використовують такі антени, отримали назву MIMO систем (Multiple Input Multiple Output).

Технологія МІМО базується на використанні декількох антен на прийомній стороні та декількох антен на передавальній стороні і дозволяє значно підвищити пропускну здатність та завадостійкість систем зв'язку у порівнянні з традиційною системою з однією приймальною і однією передавальною антенами (SISO).

Перевага технології MIMO полягає у підвищенні швидкості передачі даних шляхом розподілу інформаційного масиву на декілька потоків, кожний з яких передається окремим елементом фазованої антенної решітки (АР) або цифрової АР (ЦАР). При розгортанні таких систем радіозв'язку на полі бою можуть бути утворені мережі радіозв'язку, які характеризуються вищою пропускною здатністю у порівнянні із класичними радіомережами.

Мета даної роботи полягає в підвищенні пропускної здатності каналів та збільшення швидкості передачі інформації і надійності функціонування системи військового радіозв'язку за рахунок застосування технології MIMO.

1. Аналіз доцільності використання технології МІМО у військових системах зв'язку

антена зв'язок канальний матриця

Досвід проведення АТО вказує на потребу вдосконалення системи військового зв'язку. Цього вдосконалення можна досягти шляхом використання сучасних технологій, що використовуються або плануються до використання в сучасних системах мобільного зв'язку.

На сьогоднішній день використання технології MIMO в системах зв'язку визначається стандартами ІЕЕЕ (Institute of Electronical and Electronics Engineers) 802.11 a, ІЕЕЕ 802.11 n, ІЕЕЕ 802.16, DVB-S, DAB та іншими. В даному розділі проведено аналіз особливостей технології MIMO та показана доцільність її використання в сучасних системах та засобах радіозв'язку.

1.1 Аналіз особливостей технології MIMO

Суть технології МІМО подібна до методу рознесеного прийому, коли на приймальному боці створюються декілька некорельованих копій сигналу за рахунок рознесення антен у просторі, за поляризацією, рознесення сигналів за частотою або у часі. В системах з МІМО реалізується просторове мультиплексування: потік даних на передачі розбивається на два або більше підпотоків, кожний з яких передається та приймається за допомогою різних антен.

В даних системах і на передавальній, і на приймальній стороні використовуються багатоелементні антени або антенні решітки (АР), в результаті чого енергія зосереджується в напрямку одного абонента і формується відповідна діаграма направленості (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 - Структура MIMO системи

Системи радіозв'язку (СРЗ) з використанням технології МІМО забезпечують наступні преваги:

- розширення зони покриття радіосигналами та згладжування в ній "мертвих зон";

- використання декількох незалежних шляхів розповсюдження сигналу, що підвищує ймовірність успішної роботи при впливі селективних завмирань;

- підвищення пропускної спроможності ліній зв'язку за рахунок формування фізично різних каналів (рис. 1.2);

- підвищення завадостійкості СРЗ (рис. 1.3) [1].

Рисунок 1.2 - Залежність пропускної спроможності від відношення сигнал/завада при різній кількості передавальних та приймальних антен

Рисунок 1.3 - Залежність ймовірності бітової помилки від відношення сигнал/шум для різної кількості антен

1.2 Пропускна здатність МІМО каналу

В умовах проведення АТО важливою вимогою до військових систем зв'язку є збільшення пропускної здатності при високій якості обслуговування користувачів (малої ймовірності бітової помилки) в складних умовах багатопроменевого просторового каналу з глибокими завмираннями сигналів. Одним з найбільш перспективних шляхів її вирішення є використання антенних решіток як на приймальному, так і на передавальному кінцях лінії зв'язку, тобто MIMO-системи.

Окрім пропускної здатності важливою характеристикою системи є ймовірність бітової помилки. Для характеристики пропускної здатності MIMO-систем, визначення параметрів каналу зв'язку знаходить використання спектральне розкладення канальної матриці H або кореляційної матриці. Замість розкладення за власними векторами та власними значеннями може використовуватися розкладення за сингулярними векторами та значеннями. При цьому для формування багатопроменевої діаграми спрямованості використовують власні вектори кореляційної матриці. Сформовані на їх основі підканали називають власними.

Власні підканали в MIMO системі є незалежними. Тому в кожному з них можна реалізувати різну швидкість передачі даних, що дасть можливість зменшити ймовірність бітової помилки за рахунок зменшення швидкості передачі в енергетично слабких підканалах. Однак, при реалізації такого підходу необхідно мати різні пристрої кодування/декодування і модуляції/демодуляції в різних підканалах, що може значно ускладнити MIMO систему.

Відношення сигнал/завада (ВСЗ) у власних підканалах визначається сингулярними числами матриці H. У найбільш характерному для міських умов багатопроменевому каналі з релеївськими завмираннями сигналів сингулярні числа є випадковими і можуть значно відрізнятися одне від одного. Тому ймовірність бітової помилки буде також різною для різних підканалів і енергетично більш слабкі підканали вноситимуть основний внесок в імовірність бітової помилки всієї MIMO-системи.

З метою зменшення ймовірності бітової помилки в сучасних системах стільникового зв'язку разом з різними способами кодування інформації використовується адаптивне регулювання потужності передавача. Кожна базова станція і кожен користувач оцінюють ВСЗ і порівнюють його з деяким заданим порогом. Отримані результати аналізуються і порівнюються внаслідок чого на інший кінець лінії передається команда на збільшення або зменшення потужності. Такий підхід є ефективним для боротьби з завмираннями сигналів, проте його використання призводить до збільшення середньої потужності, особливо важливому в умовах глибоких завмирань. Інший спосіб, заснований на використанні адаптивної модуляції та кодування.

Методи оцінки та підвищення пропускної здатності бездротових каналів МІМО-систем розглядаються в ряді публікацій вітчизняних та іноземних вчених. Проте залишилося не розглянутим питання щодо оцінки пропускної здатності каналів антенних систем МІМО в залежності від відстані між передавачем та приймачем, кількості та характеру завад на шляху розповсюдження радіосигналу тощо. Тому в даній роботі пропонується розрахувати оцінку ефективної швидкості передавання інформації при передачі по обох підканалах в конфігурації (2Ч2), в залежності від вищезгаданих параметрів, при цьому забезпечуючи необхідне співвідношення сигнал/завада на вході приймача для зменшення імовірності виникнення бітової помилки.

Розглянемо MIMO-систему, що складається з M передавальних і N приймальних антен, і припустимо, що багатопроменевий просторовий канал є частотно-неселективним. Тоді поширення сигналів можна описати
(NЧM)- розмірною матрицею H, що складається з коефіцієнтів передачі між m-й передавальною і n-й приймальною антенами. Для оцінки матриці H використовуються максимально правдоподібні оцінки або оцінки, засновані на пошуку мінімуму середньоквадратичної помилки. При цьому матриця H оцінююється з деякою помилкою через вплив власного шуму приймальних пристроїв та зміни стану каналу між двома послідовними оцінками. Будемо розглядати потенційні характеристики MIMO системи, відповідні точно відомої матриці H (рис.1.4).

Рисунок 1.4 - Формування власних каналів MIMO системи

В просторовому декодері, який описується (NЧK)- розмірною матрицею U = (, стовпцями якої є сингулярні вектори канальної матриці H, здійснюється перетворення прийнятих сигналів. Вектор вихідного сигналу декодера має вигляд . В результаті відповідної підстановки отримаємо, що

Y= (1.1)

де = - вектор вихідних шумів.

Матриці v і u кодера та декодера виберемо так, щоб вони збігалися з відповідними матрицями власних векторів у сингулярному розкладенні канальної матриці H виду H=U1/2VH. Тоді матриці U=( і V=( складаються з власних векторів матриць та , відповідно, - діагональна матриця, що містить сигнальні (ненульові) власні числа матриць або . Власні числа розташовуються у порядку спадання, тобто ??…?. Так як , то вектор вихідного сигналу можна подати у вигляді .

Матриця діагональна, а вихідні власні шуми некорельовані між собою. Кореляційна матриця власних шумів <, де - одинична матриця розмірності NЧN, <...> - знак статистичного усереднення. Матричне рівняння може бути подане у вигляді К незалежних скалярних рівнянь

(i=1, 2, …, K). (1.2)

Останнє означає, що передача вхідних символів через власні підканали відбувається незалежно. Статистично незалежними є також вихідні власні шуми. На рис. 1.5 зображені графіки залежності пропускної здатності антенних систем МІМО з різною кількістю передавальних та приймальних антен від співвідношення сигнал/завада [3].

Рисунок 1.5 - Пропускна здатність антенних систем МІМО для різних канальних матриць

На рис. 1.5 представлений один випадок, проте при моделюванні за допомогою програмного пакету MathCad (або Mathlab), задаючи випадкові параметри канальної матриці Н можна показати, що в загальному випадку пропускна здатність каналу антенної системи МІМО залежить від значень канальної матриці, які в реальних умовах зазвичай є невідомими.

Пропускна здатність MIMO-системи з паралельною передачею даних по власним підканалам залежить (при заданій потужності передавача, обраній швидкості кодування і бітового завантаження m символу) від ймовірності бітової помилки рі та від числа K сформованих підканалів. З одного боку, зі збільшенням K пропускна здатність збільшується. Однак, з іншого боку, збільшення числа підканалів означає використання енергетично більш слабких підканалів, що призведе до збільшення ймовірності бітової помилки і, відповідно, до зменшення пропускної здатності системи. Тому існує оптимальне число власних підканалів, при якому пропускна здатність MIMO-системи буде максимальною.

Для характеристик пропускної здатності можуть бути отримані щільності ймовірності ранжованих власних чисел і ? матриці . У випадку MIMO системи з конфігурацією (M2) маємо наступні вирази для обчислення інтегральних функцій розподілу ранжованих власних чисел 1 і 2 (1>2):

(1.3)

(1.4)

- гама-функція;

- неповна гама-функція [2].

Згідно приведеного математичного апарату у дослідженні, можна зробити висновок, що пропускна здатність МІМО систем 2Ч2 збільшується у 2,5 рази в порівнянні зі звичайними багатоканальними системами.

2. Розробка та обґрунтування структурної схеми приймального і передавального трактів

Радіопередавальний пристрій - це пристрій, який формує радіосигнал з заданими характеристиками, необхідними для роботи радіотехнічних систем та передає інформацію на відстань за допомогою радіохвиль.

Задачею будь-якого радіопристрою є здійснення наступних фізичних процесів:

– генерація електромагнітних коливань в заданій ділянці радіодіапазону;

– управління параметрами електромагнітних коливань(амплітудою, частотою, фазою, поляризацією і т.д.) по закону передачі інформації;

– випромінювання радіосигналів в простір за допомогою антен, зв'язаних з генератором електромагнітних коливань безпосередньо, чи через лінію зв'язку.

Радіопередавальні пристрої використовуються не тільки для створення радіосигналів, призначених для передачі інформації, а і в системах радіонавігації, дистанційного зондування земної поверхні та інших цілей.

Розглянемо структурну схему радіопередавального тракту системи МІМО (рис. 2.1). Схема містить мережевий контролер, послідовно-паралельний демультиплексор, процесори обробки модульованих сигналів (кодер), ЦАП, модулятори, підсилювачі потужності та дві передавальні антени.

Мережевий контролер - це спеціалізований процесор, який реалізує протокол доступу до середовища передачі. Пам'ять мікропрограм містить програму управління мережевим контролером. Своя оперативна пам'ять використовується для тимчасового зберігання кадрів даних.

Рисунок 2.1 - Структурна схема передавального тракту системи МІМО

У багатоантенних системах з декількома просторовими каналами, мається на увазі, що при кількості числа передавальних антен не більше числа прийомних, можна отримати швидкості передачі інформації, які близькі до граничних без адаптації, при умові що параметри каналу відомі в передавачі.

Послідовно-паралельний демультиплексор виконує цей розподіл. Кожен підпотік після кодування і модуляції випромінюється окремою антеною. Всі з підпотоків випромінюються одночасно в одній і тій же смузі частот. Для всіх підпотоків можуть використовуватися ідентичні коди і модулятори. Демультиплексори використовують для комутації окремих ліній і багаторозрядних шин, перетворення послідовного коду в паралельний. Як і мультиплексор, демультиплексор включає в себе дешифратор адреси. Сигнали дешифратора керують логічними вентилями, дозволяючи при цьому передачу інформації тільки через один з них. Демультиплексор виконує функцію, обернену мультиплексору, який ми розглянемо у структурній схемі радіоприймального тракту.

Кодер джерела призначений для усунення надлишковості на передачу. Надмірність призводить до того, що за заданий проміжок часу буде передано менше повідомлень і, отже, менш ефективно використовуватиметься канал передачі дискретних повідомлень. Декодер джерела здійснює декомпресію повідомлень на прийомі.

Кодер каналу призначений для підвищення вірності передачі. З цією метою використовується надлишкове кодування, що дозволяє на прийомі виявляти або навіть виправляти помилки. Часто кодер і декодер каналу називають пристроями захисту від помилок (ПЗП).

З метою узгодження кодера каналу і декодера каналу з неперервним каналом зв'язку (середовищем, в якій здійснюється, як правило, передача безперервних сигналів) використовуються на передачі та прийомі пристрої перетворення сигналів (ППС). В окремому випадку це модулятор і демодулятор.

Цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) призначений для перетворення числа у вигляді двійкового коду у напругу або струм, пропорційний значенню цифрового коду [1].

Модулятор в радіотехніці і телекомунікації, пристрій, що здійснює модуляцію, - управління параметрами високочастотного електромагнітного переносника інформації відповідно до електричних сигналів повідомлення, що передається. Модулятор є, головним чином, складовою частиною передавальних пристроїв електрозв'язку і радіомовлення. Залежно від того, який параметр гармонійних коливань або хвиль змінюється, розрізняють амплітудну, частотну, фазову або змішану (наприклад, при одно смуговій передачі) модуляцію коливань. При імпульсно-кодовій модуляції переносником інформації служить регулярна послідовність електричних імпульсів, параметрами яких (амплітуда, ширина, частота або фаза повторень) управляють за допомогою відповідних типів імпульсних модуляцій. Модулюючі електричні сигнали повідомлення, що передається, можуть мати найрізноманітнішу форму: від простих і повільних телеграфних посилок у вигляді крапок і тире або коливань звукового діапазону частот при передачі мови і музики до складних, таких, що швидко змінюються, вживаних в телебаченні або в багатоканальному дротяному і радіорелейному зв'язку. Часто у функцію модулятора входить також посилення модулюючих коливань.

Підсилювач потужності призначений для основного підсилення сигналу, який через передавальні антени випромінюється в простір з необхідним рівнем потужності.

Для швидкої та якісної передачі інформації було запропоновано сигнал QAM-64, який дозволяє передавати інформацію зі швидкістю до 300 Мбіт/cек. В сучасних телекомунікаційних мережах широке застосування знаходить амплітудно-фазова чи квадратурна амплітудна модуляція (КАМ, QAM - Quadrature Amplitude Modulation, її також називають квадратурно-імпульсною). Квадратурно-амплітудна модуляція заснована на передачі одним елементом модульованого сигналу n біт інформації, де n = 4…8 (тобто використовуються 16…256 дискретних значень амплітуди та фази). Цей вид маніпуляції, власне кажучи, являє собою з'єднання АМ і ФМ, у зв'язку з чим його ще називають амплітудно-фазовою маніпуляцією (АФМ).

Квадратурно-амплітудна модуляція (КАМ) англ. Quadrature Amplitude Modulation (QAM)) - різновид амплітудної модуляції сигналу, яка являє собою суму двох несучих коливань однієї частоти, але зміщених по фазі один відносно одного на 90°, кожне з яких промодулювали по амплітуді своїм модулюючим сигналом

, (2.1)

де I(t) та Q(t) - модулюючі сигнали, - несуча частота.

При квадратурній амплітудній модуляції змінюється як фаза, так і амплітуда несучої сигналу. Застосовуються QAM 4-го рівня і вище (QAM-4, QAM-16 , QAM-64 і т.д.). Проте для надійного розрізнення цих значень амплітуди потрібний малий рівень завад (наприклад, при допустимій імовірності викривлення символу співвідношення сигнал/завада повинно бути не менше 12 дБ). Це дозволяє збільшити кількість кодованих в одиницю часу біт і при цьому істотно підвищити завадостійкість їх передачі по каналу зв'язку. Наразі число кодованих інформаційних біт на одному бодовому інтервалі (в одному узагальненому символі) може досягати 7…9, а число позицій сигналу (можливих комбінацій одиниць і нулів) в сигнальному просторі - 256...512 [2].

Після розгляду структурних елементів тракту радіопередачі, проаналізуємо елементи структурної схеми радіоприймального тракту системи МІМО (рис. 2.2).

Радіоприймач (радіоприймальний пристрій) - пристрій, призначений для приймання електромагнітних хвиль радіодіапазону (тобто з довжиною хвилі від декількох тисяч метрів до частин міліметра) з наступним перетворенням інформації, яка у них зберігається до вигляду, в якому вона може бути використана. У найзагальнішому вигляді принцип роботи радіоприймача виглядає так: коливання електромагнітного поля (суміш корисного радіосигналу і перешкод різного походження) наводять у антені змінний електричний струм; отримані таким чином електричні коливання фільтруються для відділення необхідного сигналу від перешкод; з сигналу виділяється (детектується) корисна інформація; отриманий в результаті сигнал перетворюється у вид, придатний для використання: звук, зображення на екрані телевізора, потік цифрових даних, безперервний або дискретний сигнал для управління виконавчим пристроєм.

Аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) призначений для перетворення напруги або струму в число, представлене зазвичай у двійковий код.

У цифрових пристроях часто виникає необхідність передати цифрову інформацію від m різних пристроїв до n приймачів через канал загального користування. Для цього на прийомному тракті встановлюють пристрій, званий мультиплексором, який відповідно до коду адреси підключає до каналу одне з джерел інформації, а на виході каналу пристрій DM (демультиплексор) забезпечує передачу інформації до приймача, що має цифровий адресу. Тобто мультиплексом - це комбінаційний пристрій, призначений для підключення одного з n вхідних сигналів до загального виходу у відповідності з кодом адреси. Мультиплексор фактично являється функціональним вузлом цифрової системи, призначений для комутації (перемикання) інформації від одного з m адресованих входів на загальний вихід.

Рисунок 2.2 - Структурна схема приймального тракту системи МІМО

3. Розробка та обґрунтування функціональної схеми приймального і передавального трактів

Розглянемо функціональну схему приймального і передавального тракту системи МІМО та обґрунтуємо елементи, що входять до схеми (рис. 3.1).

Мережевий процесор - пристрій, здатний обробляти вхідні і вихідні пакети зі швидкістю їх передачі, тобто в реальному часі. Зазвичай вони реалізуються у вигляді з'ємної плати, що містить, крім кристала мережевого процесора, пам'ять і допоміжну логіку. До плати підключається одна або кілька мережевих ліній. Процесор отримує з лінії пакети, обробляє їх, після чого передає по іншій лінії, якщо це маршрутизатор, або відправляє в головну системну шину (тобто в шину PCI), якщо це кінцевий пристрій, яким може бути, наприклад, персональний комп'ютер. Мережевий процесор оптимізований для швидкої обробки великої кількості вхідних і вихідних пакетів. Це означає, що по кожній з мережевих ліній проходять мільйони пакетів в секунду, а маршрутизатор повинен підтримувати десятки таких ліній. Настільки серйозних показників можна досягти лише на процесорах з високим ступенем внутрішнього паралелізму. Крім того, в процесор обов'язково входять кілька РРЕ-контролерів (Protocol/Programmable/ Packet Processing Engine - програмована система обробки пакетів і протоколів), кожна з яких складається з RISC-ядра (можливо, модифікованого) і внутрішньої пам'яті невеликого об'єму для зберігання програми та кількох змінних [5].

Цифрові процесори обробки модульованих сигналів переважають в області кодування сигналів, мови і зображення. Вони дуже зручні для реалізації фільтрів, перетворень і багатьох інших задач обробки сигналів. Найбільш важливою їх властивістю є гнучкість програмного забезпечення. Якщо знайдена більш ефективна схема кодування або виданий новий стандарт, ЦПОС може бути негайно застосовано для їх реалізації.

Рисунок 3.1 - Функціональна схема системи МІМО

Більшість схем кодування вимагають величезної продуктивності. Зокрема, для кодування зображень необхідні значно більші обчислювальні ресурси, ніж для багатьох інших задач обробки сигналів. Сигнальні процесори, сконструйовані для забезпечення дуже високої продуктивності. Процесор, з чотирма вдосконаленими ЦПОС і провідним RISC-процесором на тому ж кремнієвому кристалі, може забезпечувати 2 мільярди операцій за секунду.

Опорний тактовий сигнал, що поступає на вхід інтегрованих трансіверів, подається на внутрішні схеми ФАПЧ. В високочастотної ФАПЧ (RFPLL) базової станції проводиться множення його частоти з коефіцієнтом, необхідним для отримання частоти гетеродину. Цей коефіцієнт може досягати восьмидесяти і більше, тому для підтримки високої якості прийому/передачі фазовий шум опорного тактового сигналу повинен бути дуже малий.

Опорний тактовий сигнал також повинен бути синхронізований із зовнішнім опорним синхро-сигналом. З проблемою синхронізації тісно пов'язана завдання «утримання частоти» (holdover). Якщо опорний синхросигнал пропадає (наприклад, сигнал супутника GPS кожен день протягом деякого періоду часу блокується будівлею), то опорний тактовий сигнал не повинен відхилятися від теоретичного значення частоти опорного синхросигналу.

В якості підсистеми базової станції використовується інтегрований 2Ч2 MIMO-трансівер. Як зазначалося раніше, для його роботи необхідний опорний тактовий сигнал з частотою 32...48 МГц. Для синхронізації цього тактового сигналу з опорним синхросигналом потрібна гнучка схема ФАПЧ з чудовими показниками фазового шуму. Для даної задачі ідеально підходить чотирьох/восьмиканальна схема формування або синхронізації мережевих тактових сигналів. Вихід джерела опорного синхро-сигналу підключається до одного з входів опорної частоти, а тактовий сигнал з малим фазовим шумом подається на вхід системного тактового сигналу мікросхеми. Значення частоти вихідного тактового сигналу програмно вибирається з діапазону 32…48 МГц, необхідного для роботи. Деякі генератори мережевих тактових сигналів можуть працювати з досить широким діапазоном вхідних частот, що дозволяє використовувати різні варіанти опорних синхросигналів і тактових сигналів з низьким фазовим шумом. Грамотний вибір вхідних частот дає можливість спростити структуру системи, зменшити її вартість, забезпечити найкращі показники прийому та передачі і досягти відповідності необхідним специфікаціям утримання частоти. Для забезпечення синхронізму між вихідним тактовим сигналом і опорним синхросигналом, використовується не аналогова, а цифрова схема фазового автопідстроювання частоти (DPLL, digital phase - locked loop). За рахунок цього в системі досягаються чудові показники утримання частоти, які обмежені лише дрейфом джерела системного тактового сигналу. Більш того, показники фазового шуму вихідних тактових сигналів визначаються фазовим шумом системного тактового сигналу, а не синхросигналу. Це дозволяє пристрою працювати від синхросигналу зі значним шумом, не передаючи його на вихід.

Висновки

В результаті роботи запропоновано використання систем заснованих на МІМО-технології для розробки перспективних систем та засобів військового зв'язку.

Проаналізувавши пропускну здатність системи, було встановлено, що швидкість передачі даних можна збільшити в 2,5 рази. Так, маючи бездротову систему зв'язку з швидкістю передачі даних 75 Мбіт/cек. за допомогою системи МІМО можливо отримати швидкість прийому інформації до 150 Мбіт/cек. з достовірністю, не нижче заданої. Саме тому технологію МІМО доцільно використовувати у підрозділах зв'язку та РТЗ ПС, а саме: для передачі службової та оперативної інформації між бойовими постами стаціонарних, а особливо рухомих ВЗ (при швидкому розгортанні, наприклад), між об'єктами зв'язку та РТЗ у зоні аеродрому.

Основні результати роботи полягають в наступному:

проведено аналіз сучасних систем радіозвязку, що використовують технологію МІМО;

здійснено розробку та обґрунтування структурної та функціональної схем радіопередавального та радіоприймального трактів системи радіозв'язку (передачі даних), основаної на використанні технології MIMO;

впровадження технології MIMO дозволить підвищити швидкість передачі інформації для MIMO системи 22 (з кількістю антенних елементів на передавальній та приймальній стороні, рівною двом) приблизно в 2 рази.

Отже, за результатами досліджень відображених в роботі можна зазначити, що технологія МІМО, яка все частіше застосовується у сучасних системах зв'язку, як цивільних так і військових, є перспективним напрямком для їх розвитку. Використання МІМО-систем є доцільним заходом для підвищення пропускної здатності та завадозахищеності каналу, особливо в умовах проведення АТО.

Перелік джерел посилання

1. Бакулин М.Г., Варукина Л.А., Крейделин В.Б. Технология MIMO, принципы и алгоритмы - М: Горячая линия - Телеком, 2014. - 214 с.

2. Гурський Т.Г. Перспективи застосування технології МІМО та цифрових антенних решіток у військових системах радіозв'язку/ Т.Г. Гурський, К.М. Гриценюк, А.В. Шишацький, П.В. Жук// Збірник наукових праць ВІТІ - 2017 - №9.

3. Крейнделин В.Б., Варукина Л.А. Методы обработки сигналов в системах с пространственно-временным кодированием - М:МТУСИ, 2009 - 31 с.

4. Методичні рекомендації щодо виконання атестаційних робіт (проектів)/ затверд. г-л/м-р Алімпієв А.М., ХУПС - 2015.

5. Алімпієв А.М. Застосування досвіду АТО для підготовки фахівців зв'язку, РТЗ, А та ІС : навч. посібн. / А.М. Алімпієв, О.І. Кушнір, К.С. Васюта та ін. - Х.: ХУПС, 2016. -326 с.

6. Інформація та документація. Звіти у сфері науки і техніки. Структура та правила оформлення. ДСТУ 3008:2015: національний стандарт України / В. Земцева, Ю. Поліщук, Р. Санченко та ін. - К: ДП «УкрНДНЦ», 2016. - 26 с.

Размещено на Allbest.ru