Адаптивная коррекция (Adaptive Equalization)

Поволжский государственный университет

 телекоммуникаций

И информатики

Кафедра «Мультисервисные сети и информационная безопасность»

РЕФЕРАТ

По дисциплине «Системы и сети мобильной связи»

«Способы борьбы с негативный воздействием на радиосигнал»

                                                                                                                Выполнила:

                                                                                                                студентка гр.Ск-03у

                                                                                                                Шихранова О.Ю.

                                                                                                                Проверил:

                                                                                                                преподаватель

                                                                                                                Фирстова Т.В.

Самара 2012

Содержание

Введение ……………………………………………………………………….… 3

1 Решение проблем, возникающих при передаче сигнала……………………..5

1.1 Перемежение (Interleaving)………………………………………….....6

1.2 Разнесенный прием……………………………………………...……..7

1.3 Адаптивная коррекция (Adaptive Equalization)…………………..…11

1.4 Перескоки по частоте (Frequency Hopping)…………………………13

1.5 Помехоустойчивое кодирование в цифровых системах сотовой

связи……………………………………………………………………16

2 Контрольные вопросы…………………………………………………………18

Введение

Влияние технологий мобильной связи на нашу жизнь переоценить невозможно. Мобильная связь рассматривается в настоящее время как необходимость, а технологии мобильной связи являются наиболее востребованными и быстро растущими. Системы мобильной связи эволюционировали в очень короткое время. Рассматривая вопросы эволюции систем мобильной связи, мы приходим к понятию «поколений».

Системы первого поколения (1G) были аналоговыми, реализованными на достаточно надежных сетях, но с ограниченной возможностью предложения услуг абонентам. Кроме того, они не позволяли осуществлять роуминг между сетями.

Системы мобильной связи второго поколения (2G) являются цифровыми. Они привнесли существенные преимущества с точки зрения предложения абонентам усовершенствованных услуг, повышения емкости и качества. Система GSM относится к технологии 2G. Возросшая потребность в беспроводном доступе в Интернет привела к дальнейшему развитию системы 2G. Так появилась система, называемая 2.5 G. Примером технологии 2.5 G является GPRS (General Packet Radio Services) – стандартизованная технология пакетной передачи данных, позволяющая использовать оконечное устройство мобильной связи для доступа в Интернет. Другими появившимися со временем стандартными и опциональными свойствами цифровых сетей мобильной связи являются свойства Интеллектуальной сети (IN). Свойства системы позиционирования (определения местоположения) подвижных объектов, SMS (услуги службы коротких сообщений) и разработки в программном обеспечении системы сигнализации и сетевого управления.

Поскольку существует несколько систем 2G, использующих несовместимые технологии и работающих в различных частотных спектрах, они не могут завоевать массовый рынок на долгосрочный период. Эти факторы привели к концепции систем третьего поколения (3G), которые позволят осуществлять связь, обмен информацией и предоставлять различные развлекательные услуги, ориентированные на беспроводное оконечное устройство.

Примером системы 3G является Универсальная система мобильной связи (UMTS).

Таким образом, GSM является основополагающей технологией, на которой  росли, технологии предыдущих и существующих систем мобильной связи и на которой будут отрабатываться, будущие направления развития в области связи.

Но при всем этом существуют и определенные проблемы по передаче радиосигналов, такие как затухание сигнала, теневые зоны, замирание сигнала, временные задержки и другие. Ниже перечисляются некоторые из известных способов борьбы с этими проблемами.

Решение проблем, возникающих при передаче сигнала

При цифровой передаче данных качество переданного сигнала выражается в терминах «сколько некорректных битов информации было принято». Названием термина, характеризующего качество принятой информации, является частота ошибок по битам (BER – Bit Error Ratio). Bit Error Ratio определяет процентное отношение количества неправильно принятых битов к общему количеству переданных битов информации.

Рисунок 1 Процесс интерливинга

Данное отношение должно быть как можно ниже. В общем случае, данное отношение невозможно свести к нулю, это связанно с тем, что путь распространения радиоволн постоянно меняется. Это особенно важно в течение передачи данных по сравнению с передачей речи, для которой приемлемо более высокое количество BER, чем для данных.

Канальное же кодирование используется для обнаружения и коррекции ошибок в принимаемом потоке битов. Данное кодирование добавляет биты к сообщению, осуществляя избыточность сообщения, позволяя не только обнаруживать неправильные биты, но и исправлять.

Перемежение (Interleaving)

Чаще всего на практике битовые ошибки появляются последовательно друг за другом. Это связанно с тем, что долговременные глубокие замирания воздействуют сразу же на несколько последовательных битов информации. Канальное кодирование эффективно используется в случаях появления одиночных ошибок и последовательностях короткой длины. В связи с этим, применение только канального кодирования не применимо в условиях появления длинных последовательностей ошибок.

Поэтому для избегания ошибочного приема битов вводится процесс Interleaving–интерливинга или перемежения. Этот процесс позволяет разбить последовательные биты сообщений так, чтобы эти биты не передавались последовательно друг за другом.

Рассмотрим в качестве примера блок сообщения, который может состоять из четырёх битов (1234). Если четыре таких последовательных блока передаются и один теряется, причём интерливинг отсутствует, то количество ошибок BER для всего сообщения составит 25%, а для потерянного сообщения 100%. И в этом случае восстановить его становится практически невозможным.

Если используется интерливинг, как показано на рисунке 2, то бит каждого блока может быть передан не последовательным способом. Если при передаче информации теряется один блок, то общее количество ошибок также составляет 25%. Однако такая потеря информации приводит к потере информации в каждом блоке, причём количество BER для каждого блока составляет 25%. Данная ситуация считается более приемлемой, чем ранее, так как вероятность определения и восстановления канальным кодером становится больше.

Рисунок 2 Процесс интерливинга

Рисунок 3 Принятые блоки с учётом интерливинга

Разнесенный прием

Замирание - одно из самых существенных искажений, вносимых радиоканалом. Напомним, что замирание может быть охарактеризовано не только в частотной (гладкое и селективные замирание), но и во временной области (медленное и быстрое замирание). Существует несколько способов минимизации влияния замираний на производительность системы. В общих чертах: если существует возможность приема нескольких реплик переданного сигнала по разным каналам, то высока вероятность того, что хотя бы один из каналов обеспечит требуемое качество сигнала в приемнике. Прием сигналов по разным каналам и надлежащее их суммирование называется разнесенным приемом. Разнесение бывает явное и неявное.

Первый случай - применение явного разнесения. Используется избыточная передача сигнала. Пример - передача одного и того же сигнала на двух различных соответствующим образом разнесенных несущих частотах. Это позволяет приемнику детектировать два отдельных сигнала, а затем их суммировать.

Во втором случае - неявного разнесения - сигнал передается только один раз, но благодаря естественным свойствам среды распространения и специальным методикам приема становится возможным создать несколько каналов. Пример использования неявного разнесения - RAKE-приемник, который выделяет сигналы, пришедшие различными путями по каналу с многолучевым распространением, и суммирует их оптимальным способом.

Существует несколько типов разнесенного приема, используемых в некоторых системах радиосвязи:

- пространственное разнесение;

- частотное разнесение;

- временное разнесение;

- многолучевое разнесение;

- поляризационное разнесение.

В подвижной связи разнесение может применяться как в передатчике, так и в приемнике. Поэтому вводятся термины разнесение при передаче и разнесение на приеме. Важно, чтобы расстояние должно быть не меньше, чем половина длины волны. Сложение сигналов ветвей разнесения должно производиться на векторной основе. Здесь возможно несколько технических решений. Управляющий блок проверяет отношение сигнал/шум в каждой ветви разнесенного приема и направляет на выход сигнал того канала отношение сигнал-шум которого наибольшее. При оптимальном весовом суммирования сигналы различных ветвей выравниваются по фазе, "взвешиваются" и усиливаются пропорционально их уровню. Таким образом, на выход сумматора подается сигнал с максимальным отношением сигнал/шум. Этот метод требует оценки амплитуды сигнала, принятого каждой из ветвей. Для упрощения реализации сигналы ветвей после выравнивания фаз могут суммироваться с равными весовыми коэффициентами. Этот метод называется равновесным суммированием.

Пространственное разнесение позволяет существенно повысить производительность систем подвижной связи ценой усложнения аппаратного обеспечения - по крайней мере, часть приемной цепи придется продублировать. Поэтому пространственное разнесение используется, как правило, в базовых станциях. Предварительное фазирование приводит к когерентному сложению, максимизирующему отношение сигнал/шум как при оптимальном весовом, так и при равновесном суммировании.

В основе частотного разнесения лежит передача одного и того же сигнала на двух достаточно далеко разнесенных частотах. Разнесение частот должно быть достаточным для того, чтобы процессы замирания в обоих каналах не коррелировали друг с другом. Такая схема разнесения требует привлечения дополнительных спектральных и аппаратных ресурсов.

Временное разнесение используется в каналах с относительно быстрым замиранием. Если посылать один и тот же сигнал несколько раз через достаточные промежутки времени, то замирания в каждом временном интервале не будут коррелировать друг с другом. При этом повторяемые сигналы можно будет соответствующим образом суммировать в приемнике при условии, что не все из них подверглись замираниям. Передачу одних и тех же символов несколько раз можно рассматривать как простейший код с повторением. Как нам известно, существуют намного более эффективные коды. По сравнению с простым повторением коррекция ошибок с достаточно глубоким перемещением дает лучшие результаты. Тем не менее, для успешной работы приемника с временным разнесением необходимо, чтобы период перемещения превышал длительность замирания. Если замирание медленное, то придется применять очень глубокое перемещение, что приведет к появлению неприемлемой задержки передачи данных. В качестве разновидности временного разнесения можно также рассматривать технологию ARQ. Разнесенный прием в ней реализуется в виде повтора блоков, запрашиваемого приемником при помощи сообщения NAK. Временным разнесением также можно считать прием сигналов, искаженных межсимвольной интерференцией, при котором приемник принимает решения о каждом информационном символе по фрагментам сигнала, собранным за достаточно большой промежуток времени.

Многолучевое разнесение используется в широкополосных системах, если приемник может различить компоненты принимаемого сигнала, прибывающие различными путями. Это возможно в случае, когда вносимые различными путями относительные задержки не превышают длительности чипа расширяющей последовательности, и расширяющая последовательность - "белая". Сигналы различных лучей выделяются при помощи корреляционной обработки, с должным образом синхронизированной расширяющей последовательностью, затем базируются, умножаются на весовые коэффициенты и складываются. Последняя операция фактически представляет собой оптимальное весовое суммирование. Такой приемник называется RAKE.

Поляризационное разнесение является видом явного разнесения. Обычно используется в радиосистемах передачи информации по линии прямой видимости - сигнал передается и принимается в двух взаимно ортогональных поляризациях. Этот способ не представляет большой ценности для систем подвижной связи. Вместо этого в базовых станциях может применяться неявное поляризационное разнесение. Пользователь может ориентировать переносной терминал практически как угодно. Поэтому подвижная станция может передавать сигнал с изменяющимся углом поляризации. Как следствие, использование в базовых станциях антенн с ортогональной поляризацией позволяет существенно улучшить прием сигнала.

Описанные технологии в основном относятся к разнесенному приему сигнала. Только частотное разнесение требует дублирования некоторых блоков передатчика и одновременно требует разнесения и приема и передачи. Существует также другой способ реализации разнесенной передачи. Передатчик базовой станции передает задержанные копии одного и того же сигнала с набора антенн, разнесенных в пространстве. Таким образом, между каждой передающей антенной и приемником создается несколько ветвей разнесения. Если передающие антенны разнесены на достаточно большое расстояние, то каждая ветвь характеризуется независимым замиранием. Приемник подвижной станции, который может справиться с межсимвольной интерференцией, принимает комбинированный сигнал, состоящий из ослабленных и задержанных копий передаваемого сигнала. Существует большая вероятность, что не все сигналы независимых каналов были ослаблены замиранием и приемник способен выполнить детектирование сигнала, искаженного межсимвольной интерференцией; это позволяет повысить качество приема. Описанный метод дублирования сигнала в передатчике базовых станций системы GSM реализован на практике.

Адаптивная коррекция (Adaptive Equalization)

Адаптивная коррекция – метод, специально разработанный для решения проблем, связанных с временной дисперсией сигналов.

Работа данного метода заключается в следующем:

1) За основу данного метода берется набор априорно известных битов информации, называемый тестовой последовательностью (training sequence). Данная последовательность известна как BTS, так и MS. BTS дает команду MS включить одну из этих последовательностей в передачу полезной информации по направлению к BTS.

2) MS включает в передаваемое сообщение по направлению к BTS тестовую последовательность (на рисунке 4, данная последовательность показывается буквой “S”). Однако, при передаче сообщения через радиоэфир, последнее может быть искажено (потеря нескольких бит информации).

3) BTS принимает сообщение от MS и проверяет тестовую последовательность внутри передаваемого сообщения. После того, как сообщение принято, BTS сравнивает принятую тестовую последовательность с тестовой последовательностью, которую должна была использовать MS по указанию BTS. Если существует отличие между двумя тестовыми последовательностями, это означает, что проблемы в радиоэфире воздействовали не только на тестовые последовательности, но так же и на полезную информацию.

4) После установления различия в тестовых последовательностях, BTS начинает процесс восстановления потерянной полезной информации. Для этого она использует апостериорную информацию о повреждениях внутри тестовой последовательности.

Рисунок 4 Адаптивная коррекция

Поскольку BTS делает предположения о радиоэфире на основе тестовых последовательностей, то результат адаптивного восстановления потерянной информации не может быть 100%, но удачным.

Несмотря на это применение такого метода, дает достаточно хорошие результаты восстановления сигнала. К примеру, в качестве адаптивного эквалайзера в системе GSM