Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Влияние многолучевого распространения радиоволн на характеристики канала связи 7
1.1. Математические модели распространения радиоволн и селективных замираний, использующиеся при анализе работы систем сухопутной подвижной связи 7
1.2. Анализ влияния селективных замираний на характеристики систем связи и методы, использующиеся для улучшения этих характеристик 19
1.3. Анализ работы существующих систем связи в условиях многолучевого распространения радиоволн 33
Глава 2. Экспериментальное исследование параметров корреляции селективных замираний 40
2.1. Структурная схема и технические характеристики измерительной установки, использованной для проведения экспериментального исследования 40
2.2. Условия проведения, методика и результаты экспериментального исследования 43
Глава 3. Адаптивные алгоритмы работы системы связи в условиях многолучевого распространения волн 45
3.1. Алгоритмы адаптации при связи с неподвижным объектом 45
3.2. Алгоритмы адаптации при связи с подвижным объектом, основанные на коррелированности селективных замираний в системах с временным разделением каналов 54
Глава 4. Пути реализации алгоритмов адаптации в существующих и перспективных системах связи 66
4.1. Алгоритм адаптивного распределения ресурсов системы исследования 66
4.2. Вопросы аппаратурной реализации алгоритмов адаптации в существующих и перспективных системах связи 77
4.3. Вопросы применения адаптивных алгоритмов 83
Заключение 86
Список использованной литературы 88
- Анализ влияния селективных замираний на характеристики систем связи и методы, использующиеся для улучшения этих характеристик
- Условия проведения, методика и результаты экспериментального исследования
- Алгоритмы адаптации при связи с подвижным объектом, основанные на коррелированности селективных замираний в системах с временным разделением каналов
- Вопросы аппаратурной реализации алгоритмов адаптации в существующих и перспективных системах связи
Введение к работе
Системы сухопутной подвижной связи (системы сотовой связи, бесшнуровой телефонии, беспроводного доступа, радиотелефонные удлинители и т.п.) в настоящее время получили широкое распространение. Все они работают в условиях многолучевого распространения волн и подвержены влиянию селективных замираний, что снижает их пропускную способность, уменьшает зону обслуживания и требует увеличения затрат на создание инфраструктуры. В настоящее время широкое применение нашли системы, использующие различные методы разнесения для уменьшения отрицательного влияния селективных замираний. К таким методам относятся временное, частотное и пространственное разнесение [10, 16, 51]. С развитием технологии обработки сигналов и вычислительной техники появилась возможность дальнейшего совершенствования этих методов за счет использования адаптивных алгоритмов [10]. Необходимость совершенствования систем связи, работающих в условиях многолучевого распространения волн, и появившиеся для этого возможности определяют актуальность темы работы.
Целью данной работы является разработка и исследование методик и адаптивных алгоритмов, улучшающих энергетические характеристики канала связи за счет учета коррелированности замираний сигнала в частотной и временной областях.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
1. Исследование влияния селективных замираний на системы сухопутной подвижной связи. Анализ применимости методов временного, частотного и пространственного разнесения.
2. Разработка и изготовление измерительного оборудования, предназначенного для построения математической модели пространственной картины поля, создаваемого неподвижным радиомаяком, имитирующим базовую станцию системы связи. Экспериментальное исследование влияния подвижности окружающей среды на характеристики канала связи.
3. Разработка алгоритмов адаптивного распределения ресурсов системы, основанных на учете коррелированности замираний сигнала. 4. Тестирование алгоритмов на математической модели пространственной картины поля, создаваемого неподвижным радиомаяком, построенной на основе полученных экспериментальных данных.
5. Исследование возможностей реализации алгоритмов адаптации в существующих и перспективных системах связи.
• амплитуда огибающей замирающего сигнала распределена по закону Релея или по логнормальному закону с известными из других исследований параметрами [29];
• процесс флуктуации амплитуды огибающей замирающего сигнала стационарен и коррелирован на интервале адаптации;
• характерная полоса когерентности селективных замираний в зависимости от условий распространения радиоволн известна из результатов других исследований [10, 16, 51].
Оценка влияния подвижности среды проводилась на основе экспериментальных данных, полученных путем наблюдения уровня принимаемого от неподвижного радиомаяка сигнала неподвижным приемником. Оценка эффективности рассматриваемых алгоритмов производилась путем их тестирования на математической модели пространственной картины поля неподвижного радиомаяка, имитирующего базовую станцию системы связи, построенной на основании экспериментальных данных.
В работе использовались математический аппарат теории вероятности, теории помехоустойчивости и математическое моделирование. Справедливость исходных теоретических предположений подтверждается экспериментальными данными и результатами тестирования алгоритмов. Обоснованность научных положений и достоверность результатов.
Справедливость полученных результатов подтверждается совпадением с теоретическими в предельных случаях и результатами тестирования разработанных алгоритмов. Научная новизна работы.
1. Предложены и исследованы, как теоретически, так и экспериментально, алгоритмы адаптивного распределения ресурсов в системе сухопутной подвижной связи с временным и частотным разделением каналов, учитывающие коррелированность замираний принимаемого радиосигнала.
2. Экспериментально исследовано влияние подвижности окружающей среды на характеристики канала связи и на работу предложенных алгоритмов.
Практическая значимость.
Получены результаты, позволяющие увеличить пропускную способность сотовых систем связи на величину порядка 25-50%, а также увеличить площадь зоны обслуживания систем беспроводного доступа на 60-70%.
Работа состоит из введения, четырех глав и заключения. В первой главе рассматриваются основные характеристики селективных замираний и влияние многолучевого распространения радиоволн на характеристики систем связи. Во второй главе приведено техническое описание измерительного оборудования, которое применялось в проводимом в рамках данной работы экспериментальном исследовании, условия проведения, методика и результаты экспериментального исследования. В третьей главе предлагаются и анализируются алгоритмы адаптации для случаев связи с неподвижным и подвижным объектами. В четвертой главе рассматривается алгоритм адаптивного распределения ресурсов в системе связи, базирующийся на рассмотренных ранее алгоритмах адаптации, возможности и предполагаемые результаты его использования в современных системах связи.
Анализ влияния селективных замираний на характеристики систем связи и методы, использующиеся для улучшения этих характеристик
Рассмотрим, как влияют селективные замирания на характеристики систем связи. Сначала остановимся на системах с низкой скоростью передачи информации в канале. Низкой будем считать такую скорость, при которой среднее время разности прихода сигналов существенно меньше длины информационного бита, т.е. системы с канальной скоростью до нескольких сотен кбит/с (более точный критерий будет сформулирован далее). Предположим, что в системе используются узкополосные сигналы. Тогда ширина спектра сигнала меньше полосы корреляции, и можно считать, что амплитуда всех спектральных компонентов сигнала флуктуирует одинаково.
Качество работы канала связи в цифровой системе можно характеризовать вероятностью ошибок в канале связи Ре. В случае наличия замираний сигнала отношение сигнал/шум (у) и, следовательно, Ре изменяются во времени. Поэтому используют понятие средней вероятности ошибок (\Ре)). В случае релеевских замиранийгде р(у) плотность вероятности распределения Релея (1.1.4").Для различных видов принимаемых сигналов в [16] получены следующие выражения для средней вероятности ошибок в канале связи с релеевскими замираниями:
Кроме того, на вероятность ошибок в канале с замираниями влияет соотношение скорости передачи в канале связи (Rd) и среднеквадратической разности времени прихода сигналов (А) [16,20]. При уменьшениидлительности информационного бита ( / ) по отношению к А, в потокеданных возникает межсимвольная интерференция, которая вызывает появление дополнительных ошибок. При этом, при стремлении среднего отношения сигнал/шум к бесконечности, суммарная вероятность ошибок стремится к некоему постоянному остаточному уровню. На Рис. 1.2.1 приведен график зависимости остаточной вероятности ошибок от отношения среднеквадратической разности времени прихода сигналов к длительности информационного бита для случая некогерентного приемника ФМн-2 и релеевских замираний.
Также имеет значение еще один источник ошибок, вызванный дополнительными шумами, связанными со случайной ЧМ, возникающей при движении станции в случае наличия многолучевого распространения волн [10,16,51]. Эти шумы сосредоточены в низкочастотной части спектра и увеличивают вероятность ошибок при низкой скорости в канале связи. Вероятность этих ошибок определяется соотношением канальной скорости и Vгде и - частотамаксимальным доплеровским сдвигом (fd r o)c 7ь С несущей, v - скорость движения подвижной станции).Зависимость результирующий вероятности ошибок, учитывающая все три компоненты, от отношения длительности информационного бита к среднеквадратической разности времени прихода сигналов для случая некогерентного приемника ФМн-2 и релеевских замираний при различных средних отношениях сигнал/шум приведена на Рис. 1.2.2 [16]./../ Таким образом, при допустимой вероятности ошибок в канале связи порядка единиц процентов и движении подвижного объекта со скоростями до 100км/ч при работе в реальных условиях (Табл. 1.1.1) диапазон канальных скоростей от 1.5кбит/с до 300кбит/с наиболее благоприятен с точки зрения минимизации влияния селективных замираний на характеристики систем. Следует отметить, что в существующих системах подвижной связи, как правило, используются канальные скорости из этого диапазона.
Уточним понятие низкой канальной скорости. Низкой канальной скоростью будем считать такую скорость, при которой ошибки, вызванные межсимвольной интерференцией не преобладают в общем потоке ошибок.
Часто, при анализе работы систем связи и их частотном планировании используется несколько иной подход. Системы связи, как правило, характеризуются пороговым отношением сигнал/помеха на входе приемника, при котором вероятность ошибок в канале связи не превышает некоего номинального значения. При этом налагается дополнительное требование того, чтобы вероятность снижения отношения сигнал/помеха ниже порогового значения не превышала заданной величины (pthr). Для этого необходимо, чтобы среднее отношение сигнал/помеха (в дБ) было больше порогового на величину Ам, определяемую, при логнормальном законе флуктуации сдисперсией сг2, следующим уравнением:при условии, что уровень помех неизменен. Если уровень помех также флуктуирует, что имеет место в системах сотовой связи, где помеха представляет собой сумму сигналов от сот, в которых используются одинаковые частоты, то величина энергетического запаса должна быть увеличена [29].
Некоторые преимущества по устойчивости к влиянию селективных замираний имеют системы связи, использующие сигналы с расширенным спектром [ 10,14,16,18,31,39]. Такие сигналы можно условно поделить на следующие категории:? сигналы с прямым расширением спектра (direct sequence), формируемые с использованием внутриимпульсной модуляции;? сигналы с медленными скачками по частоте (frequency hopping), в которых несущая медленно, по сравнению со скоростью передачи информации, скачкообразно изменяется по некоторому псевдослучайному закону.
В первом случае для организации множественного доступа, как правило, используется комбинации кодового и частотного разделения каналов, а во втором - временного и частотного.
Важным свойством таких сигналов является поражение селективным замиранием не всего спектра, а только его части, в том случае если эффективная ширина спектра сигнала больше полосы корреляции замирания. На Рис. 1.2.3 [18] приведены кривые зависимости энергетического проигрыша L в канале связи от разности времени прихода сигналов за счет влияния селективных замираний при следующих условия:? рассматривается интерференция двух сигналов с отношением амплитуд 0.7;? приемник неподвижен и находится в минимуме пространственной картины поля;? /0 =900 МГц - частота несущей;? А/ ФКМ =1.6 МГц - ширина спектра ФКМ сигнала;? А/ ФМ =25 кГц - ширина спектра ФМ сигнала;? s=25 кБит/с - скорость потока информации;? допустимая вероятность ошибок в канале связи 0.02.графиков можно сделать ряд выводов [18]: 1. В зависимости от разности хода существуют три характерные области; область эффективной работы, где энергетический проигрыш в дБ составляет не более половины по сравнению с проигрышем в случае узкополосного сигнала без скачков по частоте; область неэффективности (При малых разностях хода ширина провала АЧХ селективного замирания становится больше ширины спектра сигнала.);
Условия проведения, методика и результаты экспериментального исследования
Радиоприемник находился в поле, создаваемом неподвижным радиомаяком. Для того чтобы приблизить условия распространения волн, в которых проводился данный эксперимент, к реальным, в качестве радиомаяков использовались базовые станции реальных сотовых сетей связи стандартов AMPS и D-AMPS (частота порядка 870МГц). При этом велось наблюдение за уровнем принимаемого сигнала в т.н. контрольном канале, постоянно передающем служебную информацию. Кроме того, такое решение позволяет минимизировать затраты на проведение эксперимента за счет исключения затрат на изготовление радиомаяка и аренду крыш зданий.
Измерения проводились в следующих условиях:1. прием сигнала неподвижным объектом в пригородной зоне,2. прием сигнала неподвижным объектом в условиях городской застройки,3. прием сигнала внутри автомобиля, движущегося в условиях городской застройки со скоростью порядка 40км/ч,4. прем сигнала внутри автомобиля, движущегося по МКАД в час-пик в потоке транспорта со скоростью порядка 80км/ч.
В случае 1 и 2 велось наблюдение за флуктуациями уровня принимаемого от неподвижного радиомаяка сигнала неподвижным приемником в условиях пригородной зоны и городской застройки. Целью данных измерений являлось получение экспериментальных данных, с помощью которых можно бы было количественно оценить влияние подвижность окружающей среды на прием сигнала неподвижным объектом. Такая оценка будет проведена в следующей главе.
В случае 3 и 4 измерения проводились при периоде дискретизации Т=0.5мс и частоте среза ФНЧ около 800Гц. При этом, так как размер временного слота в системе GSM, получившей наибольшее распространение в настоящее время, также составляет порядка 0.5мс (реально 0.4мс) [12,13,37], можно считать, что значение одного отсчета процесса флуктуации уровня соответствует значению амплитуды принимаемого сигнала в течение одного временного слота. Причем амплитуду принимаемого сигнала при этом можно считать постоянной на этом интервале времени, т.к. он по крайней мере в несколько раз меньше характерной длительности наиболее вероятных замираний с глубиной до ЮдБ ((1.1.23), Рис. 1.1.7) при скоростях движения объекта до 100км/ч. Антенна радиоприемного устройства находилась в салоне автомобиля. Привязки определенных файлов измерений к конкретному месту и времени проведения этих измерений не производилось. Суммарный объем полученной информации составил порядка 107 отсчетов. Полученные в результате этих измерений данные будут использоваться в следующей главе при оценке качества работа алгоритма адаптации при связи с подвижным объектом.
Достоверность полученных результатов подтверждается тем фактом, что среднеквадратическое отклонение для процесса флуктуации уровня сигнала, принимаемого на подвижном объекте, вычисленное для каждой реализации процесса, составляло 5.5-7.0дБ, что в пределах статистической погрешности совпадает с теоретическим значением для релеевского процесса (1.1.13) и результатами других экспериментов [28,29].
Результатами измерений являлись файлы, в которых содержались значения последовательных отсчетов напряжения на выходе ФНЧ, включенного после логарифмического детектора, отстоящие друг от друга во времени на период дискретизации Т. Эти файлы сохранялись затем на жестком диске PC. Из сохраненных данных путем подстановки в (2.1.1) получались последовательные отсчеты уровня принимаемого сигнала в логарифмическом масштабе. Т.е. сохраненные данные представляли собой электронную модель пространственной картины поля. Полученные результаты использовались затем для моделирования движения объекта в поле радиомаяка на персональном компьютере (PC).
Подвижность или неподвижность объекта может рассматриваться только совместно с условиями окружающей среды. Окружающая среда сама по себе обладает какой-то подвижностью, что лишает, с точки зрения многолучевого распространения волн, понятие неподвижного объекта практического смысла. В данном параграфе сначала будет рассмотрен идеализированный случай связи с неподвижным объектом в неподвижной среде, а затем будут сделаны определенные поправки на ее подвижность.
Неподвижность как среды, так и объекта означает неизменность импульсной характеристики канала связи и, следовательно, частотной характеристики селективного замирания. Эти характеристики могут быть сначала определены (измерены), а затем считаться известными. Таким образом, алгоритм адаптации состоит из двух последовательных операций: 1. измерение импульсной или частотной характеристик канала связи, 2. использовании методов устранения межканальной интерференции, основанных на априорном знании характеристик радиоканала (см. параграф 1.2) в случае использования в системе связи сверхширокополосных сигналов и кодового разделения, либо выбора частотного канала с максимальным коэффициентом передачи в случае использования узкополосных сигналов. Оценим выигрыш в уровне принимаемого сигнала при выборе частотного канала с максимальным коэффициентом передачи. Пусть Вс полоса когерентности замирания, a AF- выделенная для работы системы полоса частот. Тогда в этой полосе можно разместить порядка независимых частотных каналов, т.е. каналов, в которых замирания происходят независимо, где [х] означает целую часть числа
Алгоритмы адаптации при связи с подвижным объектом, основанные на коррелированности селективных замираний в системах с временным разделением каналов
Подвижность объекта означает то, что импульсная характеристика канала связи и, следовательно, частотная характеристика селективного замирания изменяются с течением времени. Адаптивный должен отслеживать эти изменения.
В случае использования сверхширокополосных сигналов и кодового разделения каналов для работы приемника, устраняющего влияние межканальной интерференции, вызванной многолучевым распространением волн, необходимо знание импульсных характеристик каналов связи. В случае передачи данных в направлении от подвижной станции к базовой - это порядка 2KL параметров, где К - количество каналов, L - количество трасс распространения, таких, что приходящие по ним сигналы разрешаются приемником по времени прихода (параграф 1.2). В случае же передачи данных в направлении от базовой станции к подвижной, который более интересен для рассмотрения (параграф 1.2) - порядка 2L параметров, т.к. сигналы всех каналов распространяются по одним и тем же трассам, если излучаются одной и той же антенной базовой станции, причем уровни сигналов, передаваемых по всем каналам, должны быть одинаковыми, вследствие наличия проблемы «ближний-далекий» в системах связи с кодовым разделением каналов [8,10,14]. Причем L, в общем случае, составляет величину порядка базы использованных сигналов [10]. Т.е. адаптивный алгоритм, в этом случае, должен одновременно отслеживать изменение десятков-сотен параметров, характеризующих условия распространения радиоволн.
В то же время, системы с узкополосными сигналами практически не подвержены межканальной интерференции вследствие многолучевого распространения волн (параграф 1.2). Вместо этого, при правильном выборе величины канальной скорости (Рис. 1.2.2), наблюдаются только флуктуации уровня принимаемого сигнала. Можно предполагать, что в самом процессе флуктуации содержится некоторая дополнительная информация о том, как уровень сигнала будет изменяться в будущем, которую можно извлечь с помощью экстраполирующего фильтра [34]. При этом в системах связи, использующих временное разделение каналов, появляется возможность перераспределить ресурс системы таким образом, чтобы передача данных в направлении от базовой станции к подвижной происходила в те моменты времени, когда коэффициент передачи канала связи максимален. Для этого подвижная станция должна вести наблюдение за процессом флуктуации уровня принимаемого сигнала, экстраполировать его на некоторое время вперед и сообщать базовой станции номера предпочтительных временных слотов. Заметим, что в данном случае нужно отслеживать изменение лишь одного параметра - уровня принимаемого сигнала. Т.е. процесс, для которого выполняется экстраполяция, является скалярным. На основе результатов экстраполяции можно также динамически управлять мощностью передатчиков. Если в качестве физической модели селективных замираний рассматривать интерференцию сигналов, приходящих на вход приемника по различным трассам распространенияи считать, что подвижностью среды по сравнению с подвижностью приемника можно пренебречь, то можно предположить, что процесс флуктуации уровня принимаемого сигнала при малых перемещениях подвижного объекта связан с периодическим изменением фаз сигналов, приходящих по различным трассам. При этом можно ожидать, что процесс флуктуации уровня принимаемого сигнала окажется стационарным и коррелированным и использовать коррелированность данного процесса для его экстраполяции.
Заметим, что данные предположения требуют обязательной экспериментальной проверки, т.к. кроме фаз сигналов может изменяться их амплитуда и, более того, их состав: одни лучи могут появляться, другие исчезать. Поэтому анализ принципиальной возможности использования данного подхода и оценка возможного выигрыша может производиться только на основе экспериментальных данных, полученных в реальных условиях распространения волн.
При дальнейшем изложении в данном параграфе будем считать, что процесс флуктуации уровня принимаемого на подвижной станции сигнала стационарен и коррелирован на интервале адаптации.
Экстраполяция случайного процесса щк]} основана на знании его корреляционной функции Rs(r) [34]. Пусть экстраполяция осуществляется на основе М предыдущих отсчетов сигнала. Оценку А;-ого отсчета представим как
Вопросы аппаратурной реализации алгоритмов адаптации в существующих и перспективных системах связи
Анализ возможностей реализации алгоритмов в системах связи требует рассмотрения следующих факторов; наличие соответствующих аппаратурных средств в существующем оборудовании связи и возможности их добавления, дополнительные вычислительные затраты и их соотношение с вычислительными возможностями существующего оборудования связи, возрастание объема передаваемой в канале связи служебной информации. возможности внесения логических изменений в протоколы различного уровня систем связи.
Для реализации алгоритмов необходимы следующие аппаратурные средства: измеритель уровня принимаемого сигнала, средства для быстрой перестройки рабочей частоты, средства для регулировки излучаемой мощности в абонентском оборудовании; измеритель уровня принимаемого сигнала, средства для регулировки излучаемой мощности, использование пространственного разнесения (разнесенного приема) в оборудовании базовой станции.
Измеритель уровня принимаемого сигнала имеется как в базовом, так и в абонентском оборудовании современных систем связи (например, стандарта GSM [12,13]). Кроме того, стандарт GSM предполагает использование скачков по частоте, что означает наличие средств для быстрой перестройки рабочей частоты в абонентском оборудовании. Адаптивная регулировка мощности также используется в современных системах связи: с шагом 1дБ и диапазоном регулировки порядка 84дБ - в стандарте IS-95 [37] и с шагом 2дБ и диапазоном регулировки порядка 20дБ - в стандарте GSM [37,12,13]. Использование пространственного разнесения на базовой станции также технически возможно и предусмотрено в современных системах связи (параграфы 2.2 и 2.3).
Таким образом, можно считать, что необходимые аппаратные средства имеются в современном оборудовании связи.
Дополнительные вычислительные затраты в абонентском оборудовании связаны с работой экстраполирующего фильтра. Они складываются из следующих составляющих: вычисление корреляционной функции процесса флуктуации уровня принимаемого сигнала, вычисления коэффициентов экстраполирующего фильтра, экстраполяции процесса, сортировка временных слотов в порядке предпочтительности использования.
Наилучшие результаты получаются при вычислении корреляционной функции в окне из порядка 1000 отсчетов (параграф 3.2). Быстрый алгоритм вычисления свертки сводится к вычислению трех БПФ (порядка 3 #log2 N элементарных операций) и выполнению N перемножений [23,42,45]. Исходя из этого, для оценки вычислительных затрат на DSP [1] будем считать, что корреляционная функция вычисляется за порядка 3-Nlog2 N, т.е. 30000 тактов.
Оценим затраты на вычисление коэффициентов фильтра. Ниже приведен фрагмент программы на языке С [26,54], реализующий вычисление коэффициентов по алгоритму Левинсона [23,34].Строка А выполняется M раз (M - порядок фильтра). Общее количество
М тактов составляет А/ — . В строке В выполняется операция деления, котораятребует порядка 15-20 тактов на DSP. В строке С реализуется операция умножения, требующая 1 такта. Общее количество тактов составляет М.
МСтроки D и Е требуют по М — тактов каждая.Таким образом, суммарные затраты на вычисление коэффициентовэкстраполирующего фильтра составляют порядка А/1 — Мл- 201 тактов, что при
М- 100 составляет порядка 17000 тактов. Косвенным подтверждением данной оценки является тот факт, что время, потраченное на вычисление коэффициентов экстраполирующего фильтра порядка 100 и время, потраченное на прямое вычисление свертки порядка 100 (требует строго А/2 тактов при вычислении на DSP) при вычислении на PC соотносились как 1.8:1 (Данные получены средствами Watcom Profiler Version 11.0 [15]).
Вычисление корреляционной функции и коэффициентов фильтра должно быть произведено за интервал времени, на которое осуществляется экстраполяция процесса, т.е. за время порядка 50мс. Т.е. вычислительные затраты составляют порядка IMips.
Экстраполяция процесса осуществляется путем вычисления свертки порядка М. Прямое (медленное) вычисление свертки требует А/2 тактов, т.е. 10000 тактов . Быстрое вычисление свертки требует порядка 3A/log2 М тактов, т.е. порядка 2000 тактов.
Затраты на медленную сортировку отсчетов составляют также порядка 10000 тактов, а на быструю - порядка 2000 тактов.
Экстраполяция и сортировка должны быть выполнены за время, не превышающее длительности одного кадра, т.е. 5мс. Тогда вычислительные затраты составляют порядка 4Mips при использовании медленных алгоритмов и порядка IMips - при использовании быстрых алгоритмов.
Исходя из полученных результатов, будем считать значение 3Mips оценкой сверху для средних вычислительных затрат на реализацию алгоритма адаптации при связи с движущимся объектом на абонентской станции. Дополнительные вычислительные затраты на базовой станции пренебрежимо малы, т.к. там требуется лишь распределить ресурс между абонентами в соответствии с поступившими от них заявками по алгоритму параграфа 4.1.
Вычислительные затраты на работу современных речевых кодеков, которые работают в современных системах связи, составляют порядка 20Mips [12,13,31,37]. Поэтому возрастание затрат на 3Mips можно считать приемлемым.
Возрастание объема передаваемой информации связано с необходимостью передачи на базовую станцию порядка предпочтительности использования временных слотов. Т.к. каждой абонентской станцией будет использоваться порядка 10% всех временных слотов, то, с учетом возможных конфликтов между различными абонентами (параграф 4.1), достаточно передавать лишь первые в порядке предпочтительности использования 20% от общего количества номеров слотов. Для нумерации 100 слотов достаточно 7 бит информации. Тогда передача порядка требует передачи 140 бит информации каждые 50мс, т.е. скорость потока дополнительной информации составляет порядка 3 кБит/с, что увеличивает объем передаваемой информации на величину порядка 15% (если брать за основу стандарт GSM [12,13,37]).
Уменьшения объема передаваемой дополнительной информации можно добиться следующим образом. Вычисление времени когерентности замирания Атс при скорости движения 30м/с на частоте 900МГц по формуле (1.1.19) показывает, что Атс « 2ms. Таким образом, во временном окне длительностью 50мс расположено лишь порядка 25 независимых временных каналов. Поэтому, при передаче порядка предпочтительности использования можно группировать 2 соседних временных слота в один, считая, что уровень сигнала в них будетодинаковым. Объем дополнительной информации при этом уменьшится до бОбит, что соответствует 7% общего объема передаваемой информации. Моделирование показывает, что выигрыш от применения адаптивного алгоритма снижается, снижается при этом на величину порядка 0.1-0.2дБ.
Таким образом, из-за необходимости передачи дополнительной служебной информации, пропускная способность канала связи снижается на величину порядка 7%.
В современных существующих системах связи используется концепция интеллектуальной сети и модели открытых систем [37]. Эта модель интерпретирует процесс передачи сообщений как иерархию функциональных взаимозависимых уровней, каждый из которых имеет встроенный интерфейс на смежном уровне. Полная структура уровней в модели применительно к системам связи приведена в [37]. С точки зрения данной работы представляют интерес только самый нижний уровень в иерархии: физический уровень, на котором обеспечивается помехоустойчивое кодирование, формирование логических каналов, модуляция, скачки по частоте и т.д. Сам физический уровень имеет также иерархическую структуру. Скачки по частоте, демодуляция, декодирование, осуществляются либо аппаратными средствами, либо специализированными аппаратно-программными средствами. Следующий, более высокий уровень, осуществляет управление взаимодействием этих средств. На самом высоком уровне осуществляется формирование логических каналов. Для реализации алгоритма адаптивного распределения ресурса системы формирование логических каналов должно осуществляться с учетом дополнительной информации, предоставляемой абонентской станцией. Т.е. необходимо внесение изменений в программное обеспечение базовой станции только на уровне формирования логических каналов: в соответствующей программе должен быть предусмотрен специальный интерфейс для получения информации, предоставляемой алгоритмом адаптивного распределения ресурсов системы, который может быть реализован независимо от остального программного обеспечения базовой станции и работать параллельно с ней. Примером подобной параллельно работающей системы может быть система, описанная в [25].
