Скляр Б. Цифровая связь (2003) (1151859), страница 230
Текст из файла (страница 230)
15.4.2.1. Аналогия со спектральным расширением а каналах с замираниями Рассмотрим причину, по которой сигнал испытывает спектральное расширение при распространении или приеме подвижной платформой, и то, почему спектральное расширение (называемое также скоростью замирания в канале) является функцией скорости движения. Для объяснения этого явления можно воспользоваться следующей аналогией. На рис.
15.13 показана манипуляция цифрового сигнала (такая, как амплитудная или частотная манипуляция), где тон соз 2я/д, определенный в интервале — < г <, характеризуется в частотной области импульсами (+/,). Такое представление в частотной области является идеальным (т.е. нулевая ширина полосы частот), поскольку тон — это одна частота с бесконечной длительностью.
В практических приложениях при передаче цифрового сигнала происходит включение и выключение (манипуляция) сигналов с требуемой скоростью. Манипуляция может рассматриваться как умножение тона бесконечной длительности на рис. 15.13, а на идеально прямоугольную функцию манипуляции (коммутации) на рис. 15.13, б. Описание такой коммутационной функции в частотной области имеет вид ывс/т (см, приложение А, табл.
А.1). На рис. 15.13, в показан полученный в результате умножения тон соз 2л/г, теперь ограниченный по длительности. Результирующий спектр получается путем свертки спектральных импульсов (рис. 15.13, а) с функцией з!ас/Т (рис. 15.13, б); этот результирующий расширенный спектр показан на 15.13, в. Далее видно, что если передача сигналов происходит с более высокой скоростью, которой соответствует прямоугольник меньшей длины (рис. ! 5.13, г), то для результирующего спектра сигнала (рис.
15.13, д) характерно большее расширение спектра. Изменение состояния канала с замиранием является в какой-то мере аналогом амплитудной модуляции цифровых сигналов. Канал ведет себя как коммутатор, "включающий и выключающий" сигнал. Чем выше скорость изменения состояния канала, тем большее расширение спектра испытывает сигнал, распространяющийся по такому каналу. Зто неточная аналогия, поскольку включение и выключение сигналов может привести к разрыву фазы, в то время как для типичных рассеивающих элементов при многолучевом распространении характерна непрерывность фазы. зчз и Частота Время сов вегг г — сес 1 Ес в) Синусоида сов 2ягсг г г 2 2 б) Манипуляция в) Цифровой г) Быстрая манипуляция Ес О Ес Ш Цифровой Рис. 15.13. Аналогия между расиеирением спенгпра при замирании и рааиире- нием слененро манипулированного цифрового сигнала 15.4.2.2.
Категории ухудшения характеристик вследствие нестацнонарной природы канала, рассматриваемые в области доплеровского сдвига Говорят, что в канале имеет место быстрое замирание, если скорость передачи символов 11Т, (приблизительно равная скорости передачи сигналов или ширине полосы частот и') меньше скорости замирания 11Тс (приблизительно равной 1л), т.е. быстрое замирание характеризуется следуюшими соотношениями: (15.30) (15.31) Т,> Т. (1532) (15.33) Т,ст В уравнении (15.22) показано, что вследствие дисперсии сигнала ширина полосы когерентности ~~ устанавливает верхний предел скорости передачи сигналов, при которой отсутствует часготно-селективное искажение.
Аналогично в уравнении (15.32) показано, что в результате доплеровского расширения скорость замирания в канале Тл устанавливает нижний предел скорости передачи сигнала, при которой отсутствует искажение, связанное с голля тц Канапысзамноаниями Наоборот, в канале имеет место медленное замирание, если скорость передачи сигналов больше скорости замирания. Таким образом, чтобы избежать искажения сигнала, вызванного быстрым замиранием, нужно создать канал, который будет подвержен медленному замиранию, что обеспечивается за счет большей скорости передачи сигнала по сравнению со скоростью замирания. быстрым замиранием. Для систем связи высоких частот, если телетайпное сообшение или сообщение в азбуке Морзе было передано с низкой скоростью передачи данных, в каналах часто наблюдаются характерные особенности быстрого замирания.
В то же время большинство современных наземных каналов мобильной радиосвязи чаше всего можно охарактеризовать как каналы с медленным замиранием. Уравнений (15.32) и (15.33) недостаточно лля описания желаемого поведения канала. Лучшим способом задания требований для избежания быстрого замирания было бы условие И'»Д (или Т, «Г). Если это условие не удовлетворено, то случайная частотная модуляция (бсйоепсу шодц1айоп — РМ), вызванная переменными доплсровскими сдвигами, будет существенно ухудшать характеристики системы.
Эффект Доплера приводит к частому появлению неустранимых ошибок, которые нельзя компенсировать простым увеличением Е~/Уо [24). Это частое появление неустранимых ошибок наиболее резко выражено во всевозможных схемах передачи, использующих модуляцию фазы несущей. Отдельный отраженный доплеровский путь (без рассеивающих элементов) регистрирует мгновенный сдвиг, традиционно вычисляемый как Д= )УХ. Однако комбинация отраженных и многолучсвых компонентов порождает довольно сложную временную зависимость мгновенной частоты, которая может вызвать колебания частоты, сильно превышающие х)тХ при восстановлении информации детектором мгновенной частоты (когорый является нелинейным устройством) [25[.
На рис. 15.14 показано, как это происходит. В результате движения переносного устройства в момент времени г, отраженный вектор поворачивается на угол 6, в то время как суммарный вектор поворачивается на угол ф, который приблизительно в четыре раза больше О. Скорость изменения фазы в момент времени, близкий к этому конкретному периоду замирания, приблизительно равна скорости изменения отраженной доплеровской фазы, умноженной на 4. Следовательно, сдвиг мгновенной частоты г(фйй был бы в 4 раза больше отраженного доплеровского сдвига. Образование резких максимумов мгновенных сдвигов частот в моменты времени, близкие к сильному замиранию, подобно появлению "шелчков" или "пиков", характерных для сигнала РМ.
На рис. 15.15 продемонстрирована серьезность этой проблемы. На рисунке показан график зависимости частоты появления однобитовых ошибок от Е~/И, для передачи сигнала го4 с модуляцией 1)ОРВК на частоте У = 850 МГц для различных моделируемых скоростей переносного устройства [2б[. Должно быть ясно, что при высоких скоростях кривая характеристики спускается до уровня частоты появления ошибок, который может быль недопустимо высок.
В идеале, когерентный демодулятор, который захватывает и отслеживает информационный сигнал, должен был бы гасить влияние такого шума частотной модуляции, таким образом исключая влияние доплеровского сдвига. Однако при больших значениях Д восстановление несущей реализовать сложно, поскольку нужно построить очень широкополосные (по отношению к скорости передачи данных) схемы фазовой автоподстройки частоты (р)газе-1ос)с 1оор — РЫ., ФАПЧ).
Для приложений речевой связи с частотой появления ошибок в интервале от 10 з до 10 ' учитывается большое значение доплеровского сдвига, которое считается равным по порядку величине 0,01 х И'. Следовательно, во избежание искажений, вызванных быстрым замиранием, и частого появления неусгранимых ошибок, вызванных эффектом Доплера, скорость передачи сигнала должна превышать скорость замирания в 100-200 раз [27[. Точное значение зависит от типа молуляции сигнала, строения приемника и требуемой частоты появления ошибок [1, 25-29[.
Девериан (13ачапап) [29[ показал, что система, отслеживающая частоту, может посредством дифференциальной манипуляции с минимальным сдвигом (г)!Йсгепг!а! пвп!пшт-з)вй )геу!пд — !)МААК) 15.4. Нвстю~ион~пнпа снизить (но не устранить) частоту появления неустранимых ошибок в мобильных систе- мах связи. Рис.
15. 14. Комбинация отрансенного и многолучевого компонентов моакет давать балыиее колебание частоты, чем к и/Л. (Источник: запопмо Р. 1пиангапеоиз Ртбиепсу 4уеси !и а 13орр1ег Зсаиеппб Епч1пьнтепа 1ЕЕЕ 1п1е|пабопа! Соп(егепсе оп Сопаппьпсапопа, Капе 7 — 10, 1987, рр. 1458-14665 1Оо 10 ' 1О а й 1О-а т ш-ь 10-а ш-а о 1О 20 ЗО 40 БО бо 70 бо Бь/но !дб1 Рис. 15.15. Зависимость вероаиности частоты появления ошибки ат ЕьПо для саины яl4 РОРВК при разных скораапях двизкеншс (.= 850 МГц, Н,т 24 х 10' сшнволов/с.
(Источник: Ршьб К, Варрароп Т. 5. ат1 77юта В. Рнгбгтс Яти!опон/осх/4 13МРВК Мобйе йЫю Соттитсапоп ((зтх Тпо-Вар апд Меаиннтет-Вахед (нези!хе Втролж Медей. 1ЕЕЕ 1оигпа1 оп Бе1ссьеб Аьааа !и Соппппп!са11оп, Чо!. !1, и. 3, Арп1, !993, рр. 393-405) Г 1К К нн м С чиМИОПНИЯМИ 1 5.4.3. Релеевский канал с медленным и амплитудным замиранием При дискретном многолучевом канале с комплексной огибающей я(г), описываемой уравнением(15.3), демодулированный сигнал (шумом пренебрегаем) описывается уравнением (15.10), которое повторно приводится ниже. г(г) = Яа„(г)е ~ ~'"и'е[г — т„(г)]ело '"' (15.34, а) гЩ=а(1)ЕЩе ехп Ятх~-п,(1) (15.34, б) Далее для простоты вместо а(Т) будем писать а.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
