Ипатов В. Широкополосные системы и кодовое разделение сигналов (2007) (1151883), страница 65
Текст из файла (страница 65)
2.19) не снижает остроты проблемы: цифровой вариант подобного фильтра с памятью ЬЬ должен оперировать, по крайней мере, с десятью отсчетами на чип, выполняя 1023 суммирования в течение одного интервала дискретизации (менее 100 нс). Мобилизация столь внушительного аппаратнопрограммного ресурса для выполнения лишь одной из многочисленных задач навигатора ОР8 не представляется коммерчески рациональной, по крайней мере, с учетом текущих технологических тенденций.
Чтобы обойти упомянутые реализационные проблемы, на практике процедуры частотно-временного оценивания в широкой зоне неопределенности часто выполняются в виде двух последовательных этапов. Задачей первого из них, называемого поиском (поискол« кода), является грубое измерение нужных параметров и выдача их предварительных оценок для инициализации второго этапа, называемого аетосопровождекиел«или слежением. Этот второй этап, обычно выполняемый специальными петлями слежения за кодом и частотой, вырабатывает точные частотно-временные оценки, которые далее напрямую используются мест- ~~( 324 Глава 8. Поиск и автосопровождснис широкополосных сигналов ным эталоном для сведения сжимающей опоры с ПРО-кодом принятого сигнала.
Однако, для «втягивания» в состояние слежения, схемы автосопровождения нуждаются в первичных целеуказаниях, например, в знании временнбго положения принятого сигнала с точностью до длительности чипа или около того. Как уже указывалось, для этого и необходим этап поиска, в процессе которого начальная неопределенность сигнальных параметров сокращается до диапазона, достаточного для начала слежения. Относительно мягкие требования к точности оценивания на этапе поиска позволяют снизить количество вычисляемых статистик и, как результат, упростить аппаратно-программную реализацию. Возвращаясь к примеру 8.1, ослабление требования к допустимой погрешности временного измерения до длительности чипа обернется вдесятеро меньшим числом корреляторов в схеме рис. 2.18 или вдесятеро меньшей необходимой скоростью обработки в согласованном фильтре.
Вместе с тем, основным направлением ресурсосбережения при поиске является частичная или полная замена параллельного вычисления решающих статистик последовательным. Рис. 8.1. Зона поиска и по- ложенив сигнала на плоскости время — частота г« Ь« тв Для объяснения последнего тезиса будем трактовать неизвестные запаздывание т и частотный сдвиг Р как координаты сигнала на частотновременнбй плоскости. Предположим, что диапазоны начальной неопределенности по параметрам т и Р составляют т„и Р„соответственно, и что в результате поиска они должны сократиться до дт и 6Р. Тогда, как показано на рис. 8.1, сигнал располагается в пределах одной из М прямоугольных бт х бР ячеек, где М = Я т )1 (бРбт).
Процедура поиска должна выяснить, в какой из М ячеек содержится сигнал, т.е. осуществить проверку М конкурирующих гипотез (см. 8 2,8). При оптимальной 1МП) проверке следовало бы вычислить М корреляций (2.74) для значений т и Р, отвечающих центрам ячеек, и принять решение в пользу пары 1,т, Р), для которой корреляция превышает остальные. Типичные поисковые процедуры, однако, опираются на факт долговременного присутствия 8.2.
и . ° .д « г 325) сигнала на входе приемника, позволяющий вычислять лишь несколько (а не все М) корреляций за один раз. Если все они достаточно малы, то принимается решение, что среди тестируемых ячеек истинная (т. е. содержащая сигнал) отсутствует, и проверке подвергается следующая группа ячеек. Подобная процедура продолжается до тех пор, пока некоторая корреляция не окажется настолько большой, чтобы с надлежащей надежностью декларировать присутствие сигнала в соответствующей ей ячейке.
Это завершит процедуру, после чего начнут работать петли слежения, используя для инициализации выработанные поиском оценки. Разнообразные алгоритмы и стратегии поиска составили предмет многих исследований (см., например, библиографию в (77]). Ограничим тематику нижеследующего обсуждения некоторыми приоритетными аспектами, начав с анализа простейшего варианта процедуры поиска. 8.2. Последовательный поиск 8.2.1. Модель алгоритма При последоептпельпом поиске тестируется лишь одна ячейка за один шаг, т.
е. вычисляется единственная корреляция наблюдения и местной копии сигнала, имеющей некоторый конкретный частотно-временной сдвиг. Уровень корреляции затем анализируется с целью принятия решения об истинности или ложности проверяемой ячейки. Принятие решения может базироваться на различных критериях. Например, поиск может продолжаться до тех пор, пока все ячейки внутри области неопределенности (см.
рис. 8.1) не будут протестированы. При этом в памяти можно сохранять максимальное значение корреляции, полученное вплоть до текущего шага, вместе с соответствующими ему значениями т и г'. Тогда после последнего шага ячейка, признаваемая истинной, выявляется автоматически, поскольку ее координаты хранятся в памяти, и процедура поиска завершается простым их считыванием. Данная стратегия эквивалентна МП оценке, модифицированной так, что все корреляции вычисляются не одновременно, а одна за другой с использованием сегментов сигнала, последовательно сменяющих друг друга на входе приемника.
В практических структурах приемников, однако, чаще реализуется другая версия последовательного поиска, в которой значение корреляции на текущем шаге сравнивается с порогом [б, 9, 771. Если корреляция выше порога, принимается решение об истинности текущей ячейки и поиск заканчивается. В противном случае поисковая система переходит к проверке следующей ячейки и т. д. С точки зрения анализа показателей качества не имеет значения, сколько параметров неизвестно и подлежит оценке в ходе поиска: и время, ~32б Г б. Л «Р б б и частота (или еще какой-либо параметр), либо что-то одно из них.
Существенно только общее число проверяемых ячеек. Тем не менее, чтобы придать обсуждению максимальную прозрачность, предположим, что поиск сводится лишь к оценке запаздывания, а частота известна априори с приемлемой точностью. На рис. 8.2 представлена структура, реализующая последовательный поиск в оговоренных условиях. При периодичности кода ПРС максимальная зона неопределенности по запаздыванию займет не более одного периода, так как задержки, большие периода, выйдут за диапазон однозначности. В этом свете термин «фаза» вполне оправдан как синоним задержки периодического кода (2, 6, 9], а переход от одной ячейки к следующей в области неопределенности означает просто изменение фазы опорной копии кода.
Когда текущая корреляция ниже порога, управляющая логика предписывает местному генератору увеличить фазу реплики з(б — т) на его выходе на один чип или долю чипа, и устройство переходит к анализу следующей ячейки. Если же текущая корреляция превышает порог, управляющая логика сигнализирует об окончании поиска, а генератор сохраняет фазу кода, отвечаюпбую ячейке, объявленной истинной. Ниже анализируются характеристики вышеупомянутого алгоритма с использованием результатов [78]. Читатель, нуждающийся в более глубоком проникновении в тему, может обратиться к (6, 9, 77, 79-81]. Значение фазы Рис.
8.2. Последовательный поиск фазы кода ПРС 8.2.2. Вероятность правильного завершения поиска и среднее число шагов Для упрощения анализа (без серьезного ущерба для общности) предположим, что местная копия кода смещена относительно принятого сигнала на целое число длительностей чипа.
Тогда при периоде кода А возможно всего Х значений фазы кода, только одно из которых является истинным. Иными словами, имеется самое большее Л ячеек поиска, и каждый переход от ячейки к ячейке означает приращение фазы кода на одну длительность чипа. Весьма часто тестирование всех этих Х ячеек оказывается ненужньпи благодаря надежной априорной информации, сокращающей область поиска до М < Л ячеек.
Начнем с предположения, что поиск стартует 8.2. л д а 327)) с наименее благоприятной пустой ячейки области неопределенности, т. е. наиболее удаленной от истинной. Рис. 8.3 поясняет допущение: первое прибытие в истинную ячейку (черный кружок) возможно только после беспрепятственного прохождения М вЂ” 1 пустых ячеек (белые кружки). г з М-1 М М вЂ” 1 М 1 (У---- аб)-----К~ — + ---- --+9- — --вФ--- — К)--а. ---- --+О-----вФ-----К1. 1 †р , 1 — р , , 1 — р 1 — р 1 — р 1 — р л /, я ~д ~6 ,'ч ,'ч ,'ра ,'ч й~:=~~й.-'"~$41Ф4Ф'-Й Рис.
8.3. Последовательный поиск кода в области неопределенности нз М ячеек Для надежного контраста между уровнями корреляций в пустой и истинной ячейках система поиска в каждой ячейке должна вычислять корреляцию на достаточно продолжительном временнбм интервале, который мы назовем временем анализа. Какими бь! ни были зто время и порог, решения о том, истинна ячейка нли нет, не могут быть абсолютно безошибочными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
