Помехоустойчивость различных видов модуляции при воздействии замираний

1. При многолучевом распространении радиоволн амплитуда принимаемых сигналов изменяется случайным образом вследствие различных условий распространение или характеристик среды передачи, изменением индекса рефракции, дополнительным затуханием из-за дожды и снега. Радиоканалы функционирующие в таких условиях называют многолучевым каналам с замираниями. При передаче через такие каналы сигналов гармонической формы с постоянной амплитудой, то сигнал на входе приемника, т.е. принимаемый сигнал, будет иметь случайно изменяющие амплитуду и фазу, т.е. описываются следующим математическим выражением

При этом во многих случаях изменение амплитуды сигнала можно моделировать релеевским случайным процессом, а полная фаза сигнала можно считать случайной величиной подчиняющийся равномерному закону распределения на интервале . В этом случае квадратурные составляющие сигналы и можно рассматривать как статистически независимые случайные процессы с нулевым средним значением подчиняющийся Гассову - нормальному закону распределения и одинаковыми дисперсиями. Такая модель является вполне приемлемой, т.к. принимаемый сигнал представляет собой сумму большого числа независимых отраженных или рассеянных составляющих. Такой модель радиоканала называют моделью медленных релеевских замираний, при этом отношение сигнал/помеха подчиняется экспоненциальному закону.

2. Многолучевой канал можно рассматривать как эквивалентный четырехполюсника с коэффициентом передачи . При действии нескольких лучей сигнала на такой канал комплексная огибающая принимаемого сигнала определяется следующим выражением

,

где, - количество лучей принимаемого сигнала.

3. Многолучевые каналы в зависимости от количества принимаемых лучей, если называется радиоканалом с постоянными параметрами, если , то канал с переменными параметрами.

Основными числовыми характеристиками многолучевых каналов являются: рассеивание во времени; полоса когерентности по частоте; рассеяние по частоте; время когерентности.

4. В зависимости от принципа объяснения замираний в радиоканалах можно различать следующие модели радиоканалов:

а) модель Кларка при гладких замираниях;

б) Допплеровский модель Кларка, при перемещении приемника и передатчика относительно друг-друга;

в) имитационное моделирование многолучевого канала при рассеянии принимаемого сигнала по частоте и по времени;

г) модели каналов для испытания оборудований сотовой связи, при этом радиоинтерфейс должен обеспечивать достаточно высокое качество передачи данных в достаточно сложных условиях распространения радиоволн: в условия плотной многоэтажной застройки; во многих случаях при отсутствии прямой видимости между передающей и приемной антенной; при быстрым перемещении приемного устройства - абонентского терминала, т.е. при достаточно сложных условиях распространения сигнала до поступления на вход приемника. При этом, необходимо выбирать модель который охватывает влияние всех факторов на принимаемый сигнал.

5. При приеме сигналов через многолучевые радиоканалы необходимо различать:

а) статические искажения имеющие место при неизменных параметрах трассы распространения сигнала;

б) дружные замирания, когда для всех лучей сигнала текущий коэффициент передачи приблизительно одинаковое, в случае ;

в) селективные замирания, когда отдельные составляющие спектра принимаемого сигнала передается через радиоканал с существенно различными коэффициентами передачи, в случае ;

г) медленные замирания, когда длительность элементарного сигнала , при котором за время ЧХК меняется незначительно;

д) быстрые замирания, при условии .

6. За счет многолучевости принимаемого сигнала, в зависимости от длительности переходных процессы определяемых ЧХК появляется межсимвольная интерференция, наложение отдельных элементарных сигналов друг на друга.

7. Для увеличения помехоустойчивости приема через радиоканал с многолучевостью принимают различные сигналы и методы приема

а) применение широкополосных сигналов (ШПС) одним из основных достоинств таких сигналов является их устойчивость к замираниям в радиоканалах. С этой точки зрения целесообразно использовать сигналы с расширенными спектром, рекомендуется и широко используются OFDM сигнал с многими взаимно-ортогональными несущими.

б) рекомендуется использовать передачу сигналов с большой скорость (т.е. с малой длительностью) в той же полосе , путем увеличения длительности сигнала в n раз и уменьшения полосы пропускания под каналов соответственно n раз, т.е. параллельная передача элементов сигнала через n квадратурных каналов. При этом значительно уменьшается межсимволные интерференции.

8. При медленных дружных замираниях рекомендуется использовать разнесенный прием сигнала на антенны которые находятся друг от друга на расстоянии не менее (10…20), где - длина вольны принимаемого полезного сигнала.

9. При медленных замираниях также, рекомендуется передача одного и того же сообщения на двух или более частотах одновременно, при этом частоты должны отличатся на величину , где - полоса частот где медленно меняется амплитуда составляющих лучей.

10. При мажоритарной совместной обработке на каждом определенном интервале времени используется сигнал только ток одной ветви, на которой отношение С/Ш происходит остальные. Если отношение С/П на выходе данного канала ухудшается, устройство совместной обработки переход к приему сигнала с другой ветви, где в данной момент имеется наибольшее отношение С/П. Такой способ приема и обработки называется способом автовыбора.

11. При когерентном приеме многолучевых сигналов обеспечивается помехоустойчивость на 8…10 дБ больше по сравнению с некогерентным.

12. Для ослабления влияния замираний на помехоустойчивость кроме пространственного и частотного разнесения принимаемых сигналов, рекомендуются более современные методы разнесение, условие разнесения, поляризационное разнесение, временное разнесение и разнесение с разделением лучей.

13. При медленных замираниях принимаемого сигнала по релеевскому закону, в случае использования ЧМ-2, ФМ-2 и -ОКФМ модулированных сигналов и при некогерентной демодуляции при присутствии флуктуационной помехи типа белого шума (при значениях от 5 до 30 дБ) отличаются в 10 раз. При этом наиболее помехоустойчивыми является сигнал ОФМ, далее -КФМ и ЧМ-2.

14. Использовании многопозиционного ФМ и ОФМ сигналов при медленных замираниях помехоустойчивость возрастает увеличением позиционности сигнала. При отношениях дБ вероятность ошибки увеличивается с увеличением порядка позиции, переход от М=2 на М=32 постепенно приводить к уменьшению вероятности ошибочного приема на один порядок т.е. в 10 раз (на 20 дБ).

15. В целом в зависимости от характера - числовых характеристик замираний необходимо выбрать той или иной способ модуляции, метод разнесенного приема и метод когерентного и некогерентного приема, при которой обеспечивается помехоустойчивость близкий к потенциальному.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ