Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Принципы построения сотовых мобильных систем радиосвязи 14
1.1. Анализ развития сотовой связи 14
1.2. Характеристики цифровых сотовых сетей подвижной связи 19
1.3. Структуры сотовой мобильной сети связи 22
1.4. Выводы 27
Глава 2. Характеристики радиоканалов сотовых мобильных систем связи 28
Введение 28
2.1. Статистические характеристики радиоканалов 30
2.1.1. Оценка ослабления сигнала вследствие затуханий 30
2.1.2. Интервал задержек 40
2.1.3. Интервал доплеровских частот 42
2.2. Статистические характеристики быстрых и медленных замираний сигнала 43
2.3. Полоса когерентности и интервал корреляции замирающего сигнала 50
2.4. Методы повышения эффективности передачи сообщений в информационном радиоканале 55
2.5. Выводы 57
Глава 3. Математическая модель замираний радиосигнала 5 8
3.1. Статистические характеристики огибающей сигнала с учётом быстрых и медленных замираний 58
3.1.1. Плотность вероятности огибающей с учётом быстрых и медленных замираний 58
3.1.2. Модель замираний радиосигнала первого вида 62
3.1.3. Плотность вероятности огибающей сигнала для экспериментальных функций плотности вероятности быстрых и медленных замираний 65
3.1.4. Модель замираний радиосигнала второго вида 70
3.1.5. Оценка точности описания замираний моделями первого и второго вида 72
3.2. Анализ влияния быстрых и медленных замираний на помехоустойчивость приёма цифровых сообщений 76
3.2.1. Средняя вероятность ошибочного приёма для модели замираний первого вида 76
3.2.2. Средняя вероятность ошибочного приёма для модели замираний второго вида 80
3.3. Анализ надёжности связи в каналах с быстрыми и медленными
замираниями 83
3.3.1. Коэффициент запаса для модели замираний второго вида... 85
3.3.2. Коэффициент запаса для модели замираний первого вида... 89
3.4. Выводы 93
Глава 4. Влияние канала синхронизации на качество приёма сообщений при наличии замираний 94
Введение 94
4.1. Модель цифровой системы передачи информации 96
4.2. Результаты имитационного моделирования влияния замираний на качество приёма сообщений при идеальной и реальной синхронизации 101
4.3. Алгоритм не следящей системы тактовой синхронизации 105
4.4. Выводы 130
3 аключение 131
Список литературы
- Характеристики цифровых сотовых сетей подвижной связи
- Статистические характеристики быстрых и медленных замираний сигнала
- Плотность вероятности огибающей сигнала для экспериментальных функций плотности вероятности быстрых и медленных замираний
- Результаты имитационного моделирования влияния замираний на качество приёма сообщений при идеальной и реальной синхронизации
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Приоритетным направлением развития современной теории и техники передачи информации является исследование и разработка телекоммуникационных систем, в частности, радиосистем подвижной связи: наземной, авиационной, морской.
Это обусловлено изменением набора услуг, предоставляемых абонентам сетей связи, при соответствующем увеличении номенклатуры передаваемых сообщений. Действительно, современные каналы и сети связи во многих случаях обеспечивают передачу мультимедийной информации, включающей формируемые компьютерами сообщения; текст, видео, графики - а также телевизионные и телефонные сообщения. В зависимости от вида информации для передачи мультимедиа требуются каналы связи с пропускной способностью от 64кбит/сек до 2,048мбит/с и выше.
Передача информации в системах связи с подвижными объектами имеет специфические особенности, возникающие вследствие использования в мобильных станциях слабонаправленных приёмо-передающих антенн, осуществляющих приём (передачу) сигналов под малыми углами места.
Принципиальной особенностью, наблюдаемой в большинстве радиосистем подвижной связи, является прием сигналов в условиях быстрых и медленных замираний. Быстрые замирания огибающей сигнала на входе приёмника вызваны интерференцией сигналов, приходящих на вход приёмника различными путями со случайными задержками, амплитудами и доплеровскими смещениями частоты. Медленные замирания вызываются ослаблением среднеквадратического значения сигнала вследствие изменения условий распространения сигналов в радиоканале.
Таким образом, принципиальным вопросом теории и проектирования радиосистем связи с подвижными объектами является исследование влияния одновременно быстрых и медленных замираний на помехоустойчивость приёма цифровых сообщений, существенно ограничивающих скорость передачи информации.
В радиосистемах подвижной связи, работающих в различных диапазонах частот, замирания возникают вследствие различных причин, но всегда приводят к снижению качества приёма сообщений, для компенсации которого требуется значительное увеличение отношения сигнал/шум на входе приёмника, даже при использовании специальных способов борьбы с замираниями, например, кодирования, оптимального приёма и др.
Особенно сильно воздействие замираний проявляется в радиосистемах подвижной связи в городских условиях, когда прямой сигнал между базовой и мобильной станцией отсутствует и на входе приёмника формируется сигнал в результате интерференции переотраженных сигналов. В настоящие время разработаны методики, позволяющие оценить ослабление сигналов в этих радиосистемах. В основе методик лежат эмпирические модели взаимодействия передаваемого сигнала с застройкой трассы распространения, которые позволяют определить усреднённое значение медианной мощности принимаемого сигнала, используя асимптотические формулы, полученные по результатам экспериментальных измерений. Каждая из известных моделей: Окамуры-Хата, Ли, Кся-Бертони и др., описанных достаточно подробно в работах: Уильям К. Ли «Техника подвижных систем связи» - М.: Радио и связь, 1985, Прокис Д. «Цифровая связь»: - М.: Радио и связь, 2000, В.Ю.Бабков «Системы связи с кодовым разделением каналов»- СПб.: ГУТ, 1999, Весоловский К. «Системы подвижной радиосвязи» - М.: Горячая линия-телеком, 2006 и др., обеспечивают адекватность для определённых условий распространения. В указанных моделях статистические характеристики замираний и природа их возникновения не учитываются, входят в набор эмпирических усредненных показателей. В то же время, не зная степени негативного влияния замираний, нельзя оценить эффективность применяемых способов борьбы с ними, например оптимального приёма и др.
Следует отметить, что в радиосистемах связи с подвижными объектами иного назначения, например в авиационных, анализ помехоустойчивости с учётом одновременного влияния быстрых и медленных замираний в известной автору литературе отсутствует.
Отсутствуют обобщенные для различных радиосистем методики оценки качества приёма сообщений с учётом только статистических характеристик математической модели замираний сигнала.
На основании изложенного можно считать тему данной диссертационной работы актуальной. Цель диссертационной работы и задачи исследования.
Целью диссертационной работы является исследование влияния одновременно быстрых и медленных замираний сигнала в радиоканале на помехоустойчивость приёма цифровых сообщений в радиосистемах связи с подвижными объектами.
Результаты анализа, выполненного с использованием разработанных в диссертации методик, основаны на параметрах радиоканалов сотовых систем связи, в которых снижение качества превосходит соответствующее снижение качества во многих системах подвижных связи. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи.
Разработка математической модели замираний сигнала, описывающей безусловную функцию плотности вероятности огибающей сигнала на входе приёмника с учётом статистических характеристик радиоканала, полученных экспериментально.
Получение аналитических выражений средней вероятности ошибки для алгоритма оптимального поэлементного приёма на фоне белого шума сигналов относительной фазовой модуляции (ОФМ) при одновременном воздействии быстрых и медленных замираний, задаваемых разработанной математической моделью.
Разработка обобщенной для различных радиоканалов методики оценки качества приёма сигналов, основанной на аналитической оценке коэффициента запаса по энергетике для обеспечения требуемой вероятности ошибки при заданной надёжности связи в условиях быстрых и медленных замираний.
4. Исследование помехоустойчивости поэлементного приёма сигналов ОФМ с учётом одновременного воздействия замираний на информационный канал и на следящие схемы синхронизации по несущей и по тактам методами статистического имитационного моделирования на разработанной модели радиолинии. Достоверность полученных научных результатов.
Обоснованность результатов обеспечена строгим и корректным использованием адекватного математического аппарата. Высокая точность полученных математических моделей подтверждается малыми среднеквадратическими значениями отклонений моделей от истинных величин. Достоверность результатов подтверждается соответствием результатов исследований, полученными аналитическими методами и статистическим моделированием. Для случая приема сигнала на фоне белого шума при наличии замираний и идеальной синхронизации, результаты статистического моделирования соответствуют результатам расчета помехоустойчивости, приведенными в литературе.
Объект исследования. Объектом исследования являются радиосистемы подвижной связи, осуществляющие передачу информации при условии быстрых и медленных замираний принимаемого сигнала.
Методы исследований. В диссертационной работе использована классификация и обобщение различных экспериментальных статистических характеристик радиоканалов, определяющих параметры сигналов на входе приёмника, на основе которых аналитическими методами создаётся математическая модель, описывающая сигнал с учётом воздействия быстрых и медленных замираний.
Методами теории оптимального приёма решаются задачи анализа помехоустойчивости радиосистемы подвижной связи и оценки качества приёма сообщений.
Результаты работы проверяются экспериментально в результате статистического имитационного моделирования.
В диссертационной работе для решения поставленных задач использовались методы и математический аппарат теории случайных процессов, теории оптимального приёма, теории систем передачи информации, теории следящих систем, а также теории аппроксимации.
Для расчета оценочных характеристик использовались компьютерные программы, информационные технологии и специализированные прикладные программные продукты.
Источником исходной статистической информации являлись данные и рекомендации Международного комитета по радиосвязи (МККР), а также материалы периодической печати и источники Internet.
Научная новизна исследований, проведенных в диссертационной работе, состоит в следующем:
Разработана методика анализа влияния на помехоустойчивость радиосистем одновременно быстрых и медленных замираний для широкого класса радиоканалов подвижной связи, основанная на полученных в диссертации и ранее отсутствовавших в литературе формулах, аппроксимирующих безусловную плотность вероятности огибающей замирающего сигнала.
Аналитическими методами для двух моделей замираний, описывающих плотности вероятности огибающей сигнала на входе приёмника при наличии быстрых и медленных замираний, получены выражения зависимостей средней вероятности ошибки от отношения сигнал/шум и формулы коэффициента запаса по энергетике в зависимости от надёжности связи.
На разработанной модели радиосистемы проведено исследование влияния подсистемы синхронизации на вероятность ошибочного приёма сообщений при наличии замираний принимаемого сигнала и методами статистического моделирования получены зависимости вероятности ошибки от отношения сигнал/шум при воздействии замираний на информационный канал и следящие схемы синхронизации.
Предложен алгоритм не следящей системы тактовой синхронизации, позволяющий входить в синхронизм без применения сигнала преамбулы и при наличии длительных последовательностей импульсов одинокого знака. Практическая ценность работы и использование ее результатов.
Полученные в диссертации формулы коэффициента запаса позволяют проектировать радиосистемы подвюкной связи, выбирая параметры передающего устройства и характеристики приемо-передающей антенн.
Полученные в диссертации результаты позволяют оценить потери в помехоустойчивости приёма сигналов при одновременном воздействии быстрых и медленных замираний, что даёт возможность определить эффективность методов борьбы с этими замираниями.
Создана модель радиолинии, позволяющая выполнить статистическое исследование помехоустойчивости посимвольного приёма сигналов ОФМ при воздействии замираний на информационный канал и канал синхронизации, которая может быть использована, как в научных исследованиях, так и в учебном процессе.
Результаты работы могут быть использованы в научно-исследовательских и проектных организациях при разработке новых и развитии существующих систем подвижной связи. Апробация результатов работы.
Результаты диссертации докладывались на заседании кафедры 402 Московского авиационного института (государственного технического университета), а также на конференции молодых ученых ФРЭ ЛА МАИ «Информационные технологии и радиоэлектронные системы» в мае 2006г и получили положительную оценку.
Характеристики цифровых сотовых сетей подвижной связи
На настоящий момент разработаны три стандарта систем с макросотовой топологией сетей и радиусом сот, соответствующим максимальной дальности связи в радиальных системах (около 35 км): - общеевропейский стандарт Global System for Mobile Communication GSM; - американский стандарт ADS (D-AMPS); - японский стандарт цифровой сотовой связи JDC. К наиболее важным требованиям к системам мобильной связи стандарта GSM относятся: переход к работе в диапазоне частот 900 МГц (890...915 МГц для базовых станций и 935...960 МГц для мобильных); полная совместимость всех систем и обеспечение возможности вызова любого абонента простым набором номера; возможность передачи данных, телекса, телетекста; высокая эффективность использования радио-спектра и возможность массового производства портативной приемопередающей аппаратуры; использование эффективных методов определения местоположения подвижных абонентских станций.
В сети мобильной связи, доступ мобильной станции к сети изменяется в пределах зоны обслуживания. В результате, идентификатор мобильной станции не несет информации о местоположении данной станции. Механизм определения местоположения необходим для эффективной доставки вызовов. Существующие стандарты (в том числе и GSM) для управления расположением требуют, чтобы каждая мобильная станция (МС) периодически сообщал о своем расположении в сети. Базы данных сохраняют информацию о расположении каждого мобильной станции и эта информация отыскивается при каждом вызове. Методы управления, используемые на практике, основываются на применении централизованной структуры построения баз данных для хранения информации о принадлежности терминала к данной сети и о месте его расположения. 1.3. Структуры сотовой мобильной сети связи.
Зона действия системы сотовой мобильной связи делится на ячейки (соты) и в каждую из них устанавливается базовая приемопередающая станция. Мобильная станция внутри ячейки связывается с базовой станцией посредством радиоканала. Граница ячейки определена мощностью и частотой несущего колебания базовой станции, и сигналы соседних ячеек могут накладываться друг на друга в областях, близких к границам [52,63,74,75].
Общая архитектура сети системы подвижной связи Как видно из рис 1.1.: базовые приемо-передающие станции соединены с контроллером базовой станции (КБС), главной функцией КБС которого является управление радио ресурсами базовых станций (выделением и распределение радиоканалов). Контроллер базовой станции соединен с центром коммутации мобильной связи (ЦКМС), который обеспечивает функции коммутации, регистрации передвижения и передачу вызова и соединен с основной проводной сетью (телефонная сеть общего пользования) и с сигнальной сетью. Существующие схемы управления расположением основаны на двухуровневой иерархии баз данных, т.е. двух типах регистров: регистре положения и регистре перемещения.
Информация о каждом пользователе (тип предоставляемых услуг, составление счетов, расположение абонента и т.д.) хранится в файле, размещенном в регистре положения.
Число регистров перемещения и их размещение может изменяться в зависимости от сети. Каждый регистр перемещения хранит информацию о мобильной станции, которая обслуживается данной сетью.
Разделить обслуживаемую территорию на ячейки (соты) можно двумя способами: либо основанным на измерении статистических характеристик распространения сигналов в системах связи, либо основанным на измерении или расчете параметров распространения сигнала для конкретного района.
При реализации первого способа вся обслуживаемая территория разделяется на одинаковые по форме зоны и аналитически определяются их допустимые размеры и расстояния до других зон, в пределах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния.
Статистические характеристики быстрых и медленных замираний сигнала
Существуют три основных механизма, воздействующих на распространение сигнала в системах мобильной связи.
1. Отражение происходит тогда, когда распространяющая электромагнитная волна сталкивается с гладкой поверхностью, размер которой гораздо больше длины волны радиочастотного сигнала.
2. Дифракция встречается тогда, когда путь распространения между передатчиком и приемником преграждается плотным телом, размеры которого велики по сравнению с длиной волной, что вызывает появление вторичных волн, образующихся позади преграждающего тела. Дифракция - это явление, которое является причиной того, что распространение радиочастотной энергии от передатчика к приемнику происходит в обход пути прямой видимости между ними. Ее часто называют затенением, поскольку дифрагированное поле может достичь приемника, даже если оно затенено непроницаемой преградой.
3. Рассеяние встречается тогда, когда радиоволна сталкивается с любой неровной поверхностью или с поверхностью, размеры которой порядка Я или меньше, что приводит к распространению (рассеянию) или отражению энергии во всех направлениях. В городской местности обычные препятствия, вызывающие рассеивание сигнала — это фонарные столбы, уличные знаки и листья. Название «рассеивающий элемент» применимо к любым препятствиям на пути распространения, которые являются причиной отражения или рассеяния сигнала.
В связи с этими причинами, флуктуация амплитуды узкополосного сигнала, в общем случае содержат три компонента: быструю, определяемую интерференцией копий сигнала, пришедших в точку приема по многим путям; медленную, вызванную затенением трассы распространения рельефом, растительностью и местными предметами; очень медленную, соответствующую изменениям дальности связи и рефракционных свойств атмосферы.
Очевидно, что для неподвижного объекта флуктуации энергетических параметров сигнала, обусловленных изменением свойств рефракции атмосферы, будут медленными.
Быстрые флуктуации амплитуды сигнала наблюдаются уже при перемещении МС на незначительные расстояния (доли и единицы длины волны несущего колебания). Так, например, в условиях крупного города в диапазоне частот 800 МГц при перемещении МС на расстояния от 2 до 20 м амплитуда сигнала быстро флуктуировала, но ее среднее значение изменялось незначительно (не более чем на 4...9%) [3]. Часть пространства перемещения МС с указанными свойствами, характеризующимися примерным постоянством энергетических параметров сигнала, определяется как локальная зона.
Таким образом, размеры локальной зоны в условиях крупного города составляют около 20 м для диапазона частот 800 МГц.
При перемещении МС на расстояния, превышающие размеры локальной зоны, локальные средние значения быстрых флуктуации сигнала, описывается медленно изменяющиеся случайной функцией, плотность вероятности которых описывается логнормальным законом распределения. Зона, при перемещении в которой МС выполняется условие постоянства медианного значения локальных средних значений быстрых флуктуации параметров сигнала называется глобальной зоной (рис.2.4). Размеры глобальной зоны для среднепересеченной местности составляют примерно 500... 2000 м [3].
Здесь на медленные флуктуации локального среднего значения амплитуды накладываются её быстрые флуктуации. Флуктуации рассматриваются относительно поступательного перемещения МС в глобальной зоне. Величина Д/ характеризует размеры локальной зоны, где по определению выполняется условие постоянства медианного значения ит = const.
Ввиду большого разнообразия трасс распространения радиосигнала в городе, расчет мощности принимаемого сигнала и его описание возможно только с помощью статистических методов, опирающихся на экспериментальные данные.
При условии медленных и быстрых замираний информационный сигнал на входе приемника описывается случайным узкополосным нестационарным процессом, а его огибающая, реализация которой приведена на рис.2.5, может быть представлена случайной функцией где Ас- амплитуда сигнала на входе приемника; рм(0 - случайная составляющая коэффициента передачи радиоканала, описывающая медленные замирания. jus(0 - случайная составляющая коэффициента передачи радиоканала, описывающая быстрые замирания. Значение функции //м(0 может рассматриваться как локальное среднее, полученное для определенного момента /, в результате усреднения случайного процесса juE(t)
Плотность вероятности огибающей сигнала для экспериментальных функций плотности вероятности быстрых и медленных замираний
В формуле безусловной плотности вероятности огибающей при наличии медленных и быстрых замираний (3.4) используются истинные функции плотности вероятности, полученные в результате экспериментальных исследований. Для описания быстрых замираний используется закон Релея, при описании медленных замираний - логарифмически-нормальный закон (3.3). В результате подстановки в (3.4) условной функции плотности вероятности W [у], описываемой формулой (3.1), при т,=1и функции логнормального закона W{z) описываемой формулой (3.3), получим интеграл:
Данный интеграл вычисляется на компьютере с помощью стандартных программ, при условии ограничения верхнего предела интегрирования величиной z0=1000, с шагом дискретизации величины у, равным Ду = 0.1. Результаты вычисления приведены в виде таблицы.3.2 и на рис.3.3.
В модели замираний второго вида используем аппроксимацию функции плотности вероятности W{y), полученную в результате численного интегрирования формулы (3.10).
Как показано в [61], функция плотности вероятности W(y), существующая при положительных значениях аргумента 0 - оо, достаточно точно аппроксимируется первым членом ряда Лагерра, который совпадает с гамма-распределением. ?а + 1 WM = -77TT Уар{ \ (ЗЛ1) Р Г(а + 1) где действительные числа # -1 и /? 0 представляют параметры распределения и Г(а + 1) -гамма-функция. Параметры гамма-распределения а и J3 определяются согласно [61] через среднее значение ту и дисперсию а2у по формулам: 2 2 a=-i-l И J3 = -Z Первый и второй начальные моменты плотности вероятности гамма-распределения определяется выражениями [61]. М{ = (а + 1)0, М[ = (а + \){а + 2)р2. Аппроксимируем функцию плотности вероятности, полученную в результате численного интегрирования формулы (3.10) для значения z0 = 1000 функцией (3.11).
Как и ранее, при аппроксимации приравняем начальные моменты распределения, полученного численным методом М1 и М2, и моменты Ml и М г распределения (3.11). После элементарных преобразований получим: л - a=u±z . (3.12) Результаты вычисления выражения (3.12) для случая т2 =ЪДБ,а2 =6дБ, г2 =\0дБ, приведены ниже в таблицах.3.9-3.12. В таблицах N - интервал существования величины у, на котором укладывается N = Ny/Ay значений у с шагом Ду = 0.1. Из приведенных выше результатов видно, что выбранная аппроксимация может быть использована для больших значений т2 =15дБ, т.к параметры гамма-распределения а и /? удовлетворяют граничным условиям а -\ и /? 0. Чтобы показать, насколько вторая модель аппроксимации для т2 = 10ДБ , а2 = 6дБ, т2 = ЪДБ эффективен, проведем сравнение функции плотности вероятности W(y) (3.10), полученной в результате численного вычисления интеграла и гамма-распределения Wr(y) (3.11), аппроксимирующего формулу (3.10). Для оценки близости совпадения двух функций используем критерий среднего квадрата y2= Tl[W{y,)-Wr{y,)\2. (3.13) TV /=о
1. Для случая: тх = 1, среднеквадратическое значение а2 = 10дБ, при условии Л =1000, с шагом Ли = 0.1, величина погрешности равна o-2=7xl0"4. Оценим точность описания первой модели замираний, при использовании аппроксимации логнормального закона m-распределением путём сравнения выражений (3.7) и (3.9) с выражением функции плотности вероятности, полученной численно в результате вычисления интеграла (ЗЛО) для т2 = 6 дБ, Т2 = ЪдБ . Для оценки точности совпадения двух функций используем критерий среднего квадрата ошибки (3.13).
1. Для случая: щ=1, среднеквадратическое значение а2&6дБ- при условии Л =1000 с шагом Ау = 0Л, величина погрешности совпадения W2{y) (3.10) и W2{z) (3.7) равна а2 =\0 4.
Среди различных показателей для описания помехоустойчивости радиосистемы с учётом замирания часто используется средняя вероятность ошибки р0, определяемая следующим выражением [67]: pQ=]p(z)xW(z)dz, (3.14) о где p{z) - вероятность ошибочного приёма символа при отсутствии замираний;. W{z) - плотность вероятности параметра z.
Вероятность ошибки при оптимальном когерентном приёме двоичных противоположных цифровых сигналов с относительной фазовой модуляцией (ОФМ) определяется выражением [58] р = \-Ф2[Ш), (3.15) ф =:тЫ где - Ш Г ( гг\\ v 2У ехр V dt - интеграл вероятности [60]; ,2 РЛ h = —— отношение энергии сигнала мощностью Рс к спектральной плотности iV0 шума на бит информации длительностью т на входе приёмника.
Так как вычисление интеграла (3.14) при подстановке в формулу (3.14) выражения (3.15) сопровождается значительными математическими трудностями, используем верхнюю оценку (3.15) формулой, справедливой для вероятности ошибки при некогерентном приёме ОФМ сигналов: , І72=0.5ехр(-/г2).
Результаты имитационного моделирования влияния замираний на качество приёма сообщений при идеальной и реальной синхронизации
Замирания сигнала на входе приёмника оказывают негативное влияние как на информационный канал, так и на подсистему синхронизации. Исследованию помехоустойчивости приёма замирающих сигналов в информационном канале при идеальной синхронизации посвящено большое число работ [61,67]. В то же время исследование влияния замираний на качество работы следящих схем синхронизации в известных автору источниках не рассмотрено.
Отсутствуют исследования, посвященные анализу влияния схем синхронизации на вероятность ошибочного приёма замирающих сигналов в цифровых радиолиниях.
Аналитическое решение этих задач сопряжено со значительными математическими трудностями, т.к при случайных изменениях отношения сигнал/шум на входе следящих схем синхронизации, вызванных замираниями, возрастает вероятность срыва синхронизации и переход схемы в нелинейный режим. Используемые при этом показатели: число перескоков фаз, вероятность срыва синхронизации, среднее время слежения - описывают работу при определённых приближениях, не связанных с характеристиками замираний [61].
В диссертации на разработанной имитационной модели проводятся исследования помехоустойчивости радиолинии в различных режимах.
Помехоустойчивость радиолинии определяется величиной частоты появления ошибки (BER), измеряемой на выходе приёмной части радиолинии.
Замирания сигнала имитируются в результате модуляции сигнала случайной функцией, плотность вероятности которой описывается законом Релея.
Исследуется влияние быстрых замираний в радиоканале, которые по отношению к сигналу является общими. Интервал корреляции случайной функции, описывающей замирания Ат»т, значительно превосходит длительность информационного импульса т. Скорость передачи информации в имитационной модели значительно превосходит скорость передачи в реальных радиолиниях сотовой мобильной связи, что позволяет значительно сократить время измерения каждого значения вероятности ошибочного приёма при статистических исследованиях.
В процессе моделирования исследуются следующие режимы работы радиолинии, каждый из которых завершается измерением BER. 1. Воздействие белого шума на вход информационного канала при идеальной синхронизации. 2. Воздействие белого шума на вход информационного канала и на подсистему синхронизации. 3. Воздействие белого шума и замираний на вход информационного канала при идеальной синхронизации. 4. Воздействие белого шума и замираний на вход информационного канала и на подсистему синхронизации.
Подсистема синхронизации включает схему синхронизации по несущей (ССН) и схему тактовой синхронизации (СТС). Исследование помехоустойчивости радиолинии при идеальной синхронизации позволяет получить исходные зависимости, в результате сравнения которых с зависимостями, полученными аналитическим методом в известных источниках, можно сделать вывод об адекватности созданной модели и в то же время оценить влияние схем синхронизации на помехоустойчивость радиолиний. 4.1 Модель цифровой системы передачи информации. Функциональная схема модели цифровой системы передачи информации приведена на рис.4.1. Источником информации является генератор импульсов с равновероятным появлением символов «О» и «1».
Для борьбы с эффектом обратной работы в модели используется относительная фазовая модуляция (ОФМ). При формировании сигнала ОФМ модулируемым параметром является не абсолютное значение фазы несущей, а разность фаз несущего колебания двух соседних символов Ар = (р} -# ,_,, которая меняется по следующему закону: при передаче символа "О" - фаза несущей изменяется на 180 относительно фазы предыдущей посылки, при передаче символа "1" - фаза несущей не меняется Aq = 180,при передаче" )" 0,при передаче"!"
Предварительно информационный видео-сигнал кодируется в дифференциальном кодере в соответствии с правилом: При этом k-ая посылка информационного видео-сигнала формируется в результате сложения по модулю 2 текущей посылки и предыдущей, снимаемой с линии задержки (ЛЗ) на длительность информационного импульса г =ТС.
На выходе дифференциального кодера используется обычный классический модулятор ФМ, выполняющий фазовую манипуляцию на 180 несущего колебания преобразованным информационным сигналом.
В приемной части модели используется оптимальный поэлементный когерентный прием сигнала ОФМ, реализуемый в демодуляторе и дифференциальном декодере (рис 4.1), устраняющем эффект обратной работы. В демодуляторе используется интегратор с синхронным разрядом в конце информационного импульса. Схема принятия решения выносит решение в соответствии с критерием максимума апостериорной вероятности.
