Скляр Б. Цифровая связь (2003) (1151859), страница 142

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 142)

Данная система связи не синхронизирована. В то же время полоса пропускания приемника должна быль достаточно широкой, чтобы включать не только ин- формационный сигнал, но и любые флуктуации несущей, возникавшие вследствие эффекта Доплера' или дрейфа опорной частоты передатчика.

Зто требование к полосе пропускания передатчика означает, что на детектор поступает дополнительная энергия шума, превышаиицая энергию, которая теоретически требуется для передачи информации. Несколько более сложные приемники, содержащие систему слежения за частотой несущей, могут включать узкополосный фильтр, центрированный на несущей, что позволит значительно снизить шумовую энергию и увеличить принятое отношение сигнал/шум. Следовательно, хотя обычные радиоприемники вполне подходят лля приема сигналов от больших передатчиков на расстоянии несколько десятков километров, они могут оказаться недееспособными при менее качественных условиях.

Для цифровой связи компромиссы между производительностью и сложностью приемника часто рассматриваются при выборе модуляции. В число простейших цифровых приемников входят приемники, разработанные для использования с бинарной схемой ГЯК с некогерентным детектированием. Единственные требования — битовая синхронизация и сопровождение частоты. Впрочем, если в качестве модуляции выбрать когерентную схему ВРБК, то можно получить ту же вероятность битовой ошибки, но при меньшем отношении сигналГшум (приблизительно на 4 дБ). Недостатком модуляции ВРБК является то, что приемник требует точного отслеживания фазы, что может представлять сложную конструкторскую проблему, если сигналы обладают высокими доплеровскими скоростями' или для них характерно замирание (см. главу 15).

Еше один компромисс между ценой и производительностью затрагивает кодирование с коррекцией ошибок. В предьщузцих главах было установлено, что при использовании подходящих методов зашиты от ошибок возможно значительное улучшение производительности.

В то же время цена, выраженная в сложности приемника, может быть высока. Для надлежащей работы блочного декодера требуется, чтобы приемник выполнял блочную синхронизацию, кадровую или синхронизацию сообщений. Зта процедура является дополнением к обычной процедуре декодирования, хотя существуют определенные коды коррекции ошибок, имеющие встроенную блочную синхронизацию 11). Сверточные коды таске требуют некоторой дополнительной синхронизации для патучения оптимальной производительности. Хотя при анализе производительности сверточных кодов часто делается предположение о бесконечной длине входной последовательности, на практике это не так Поэтому для обеспечения минимальной вероятности ошибки декодер должен знать начальное состояние (обычно все нули), с которого начинается информационная последовательность, конечное состояние и время достижения конечного состояния.

Знание момента окончания начального состояния и достижения конечного состояния эквивалентно наличию кадровой синхронизации. Кроме тото, декодер должен знать, как сгруппировать символы канала для принятия решения при разветвлении. Зто требование также относится к синхронизации. Приведенное выше обсуждение компромиссов велось с точки зрения соотношения между производительностью и сложностью отдельных каналов и приемников.

Стоит от- Отклонение частоты, воспринимаемой приемником„от частоты, переданной передатчиком, которое возникает вследствие относительного двизкения передатчика и приемника. Если пренебречь эффектами второго и более высоких порядков, смещение частоты оГ равно У9с, где )г — относительная скорость (положительная, если расстояние между приемником и передатчиком сокращается), Гь — номинальная частота, а с — скорость света.

'Скорость изменения доплеровского смешения частоты. Зта скоросп накладывает ограничение на возможности системы слежения за частотой несущей. метить, что способность синхронизировать также имеет значительные потенциальные последствия, связанные с эффективностью и универсальностью системы. Кадровая синхронизация позволяет использовать передовые, универсальные методы множественного доступа, подобные схемам множественного доступа с предоставлением каналов по требованию (детпапг( аищпшепг пш1йр!е ассезз — ОАМА). Кроме того, использование методов расширения спектра — как схем множественного доступа, так и схем подавления интерференции — требует высокого уровня синхронизации системы. (Методы расширения спектра подробно рассмотрены в главе 12.) Далее будет показано, что зти технологии предлагают возможность создания весьма разносторонних систем, что является очень важным свойством при изменении системы или при воздействии преднамеренных или непреднамеренных помех ат различных внешних источников.

10.1.3. Подходи предположения Со времени первой редакции текста было сделано, по крайней мере, два значительных открытия в области синхронизации. Одно — использование методов работы с дискретными данными для обработки сигналов (в том числе — синхронизации). Другое — это публикация нескольких работ о синхронизации (2-4). В данной главе мы не будем пытаться охватить весь материал, связанный с синхронизацией.

Нашей задачей является выработка широкого интуитивного понимания данного вопроса, а не перечисление методов проектирования синхронизаторов. Следовательно, мы будем подразумевать использование традиционных аналоговых разработок, считая, что те же принципы применимы и к системам обработки дискретных данных, даже если реализация синхронизаторов будет отличаться. Схемы ФАПЧ коммерчески доступны в виде относительно небольших чипов или являются частью большего устройства обработки сигналов. Предполагается, что читатель, интересующийся современными реализациями описанных принципов, способен определить, как они применяются к дискретным данным. 10.2. Синхронизация приемника Все системы цифровой связи требуют определенной синхронизации сигналов, поступающих в приемник. В данном разделе рассматриваются основы синхронизации различных уровней.

Обсуждение начинается с рассмотрения основных уровней синхронизации, требуемых для когерентного приема, — частотной и фазовой — и краткого обсуждения структуры и принципов работы схем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Затем рассматривается символьная синхронизация. В некоторой степени символьная синхронизация требуется всем цифровым операциям приема (кагерентным и некогерентным).

В финальной части раздела описывается кадровая синхронизация приемника и методы ее получения и поддержания. 10.2.1. Чвстотнаяифвзоввя синхронизация Практически ва всех схемах синхронизации имеется определенная разновидность контура фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). В современных цифровых приемниках опознать этот контур может быть трудно, но его функциональный эквивалент присугствует пракпгчески всегда Схема базового контура ФАПЧ показана на рис. 10.1. Контуры ФАПЧ самоуправляемы, причем управляющим параметром является фаза локально генерируемой копии поступающего несущего сигнала.

Контуры ФАПЧ состоят из трех основных компонентов: детектора фазы, контурного фильтра и генератора, управляемого напряжением (ГУН). Детектор фазы — это устройство, измеряюшее различия фаз поступающего сигнала и локальной копии. Если поступающий сигнал и его локальная копия изменяются относительно друг прута, то зта разность фаз (или рассогласование по фазе) — это зависимый от времени ситная, поступаюший на контурный фильтр.

Контурный фильтр регулирует отклик контура ФАПЧ на эти изменения сигнала. Качественно спроектированный контур должен иметь возможносп отслеживать изменения фазы поступаюшего сигнала и не должен быль чрезмерно восприимчив к шуму приемника. ГУН вЂ” это устройспю, создаюшее копию несушей. Данный генератор, как можно догадаться из названия, является генератором синусоидального сигнала, частота которого управляется уровнем напряжения на входе устройства На рис. 10,1 детектор фазы показан как умножитсль, контурный фильтр описывается собственной импульсной харастеристикойЯт) и ее Фурье-образом Р(от). Контурный детектор фил~ тр фазы Генератор, управляемый напряжением Рис.

Ий Схема контура 4ювовой овтонодстройки частоты ГУН вЂ” это генератор, выходная частота которого является линейной функцией входного напряжения (в определенном рабочем диапазоне частот). Положительное входное напряжение приведет к тому, что выходная частота ГУН будет выше неуправляемого значения «то, тогда как отрицательное напряжение приведет к тому, что частота ГУН будет меньше этого значения. Синхронизация по фазе достигается путем подачи фильтрованной версии разности фаз (т.е.

рассогласования по фазе) между входным сигналом т(т) и выходным сигналом с ГУН х(т), на вход ГУН (на рис. 10.1 эта функция обозначена как у(т)). Для современных цифровых приемников детектор рассогласования может быть сложнее математически, чем это показано на рис. 10.1. Например, детектор рассогласования может представлять собой набор корреляторов (согласованных фильтров), каждый из которых служит для сопоставления с некоторым значением сдвига фаз, с последуюшей подачей на вход ГУН взвешенной суммы сигналов с выходов этих корреляторов.

Выход весовой функции может представлять собой оценку рассогласования по фазе. Подобная функция может быть математически очень сложной, но ее легко аппроксимировать, используя современные цифровые технологии. ГУН не обязательно должен быть генератором синусоидааьного сигнала, он может быть реализован как постоянная память, указатели которой управляются таймером и выходом устройства оценки рассогласования по фазе. Контур обратной связи не обязательно должен быть непрерывным (как на рис. 10.1), а коррекция фазы может производиться только один раз на кадр или один раз на пакет, в зависимости от структуры сигнала.

Характеристики

Список файлов книги