- •Мобильные системы радиосвязи
- •Оглавление
- •Введение
- •1. Беспроводные сети связи
- •1.1. Мобильные системы связи
- •1.1.1. Мобильные системы связи первого поколения
- •1.1.2. Мобильные системы связи второго поколения
- •1.1.3. Мобильные системы связи третьего поколения
- •1.2. Общее представление сети связи
- •1.2.1. Модель OSI-7 для открытых сетей связи
- •1.2.2. Уровни модели OSI-7
- •1.2.3. Реализация модели OSI-7 для радиосетей
- •1.3. Функциональная схема сети радиосвязи
- •Заключение
- •2. Цифровые модулирующие сигналы
- •2.1. Представление цифрового сигнала во временной и частотной областях
- •2.2. Виды и параметры цифровых сигналов
- •2.2.1. Виды цифровых сигналов
- •2.2.2. Параметры цифровых сигналов
- •2.2.3. Спектральная плотность мощности цифровых сигналов
- •2.3. Прохождение цифрового сигнала по линейным цепям и межсимвольная интерференция
- •2.3.1. Искажения сигнала в линейных цепях
- •2.3.2. Межсимвольная интерференция
- •2.3.3. Критерий Найквиста
- •2.3.4.Ограничение полосы частот цифрового сигнала
- •Заключение
- •3.Узкополосные модулированные сигналы
- •3.1. Общие свойства модулированных сигналов
- •3.1.1.Определение модулированного сигнала во временной и частотной областях
- •3.1.2. Функциональные схемы модуляторов и демодуляторов
- •3.1.3. Ограничение спектра модулированного колебания
- •3.1.4. Энергия и расстояние между символами модулированного сигнала
- •3.2. Импульсная амплитудная модуляция РАМ
- •3.3. Фазовая модуляция PM
- •3.3.1. Общее представление фазомодулированного сигнала
- •3.3.2. Бинарная фазовая модуляция BPSK
- •3.3.3. Квадратурная фазовая модуляция QPSK
- •3.3.4. Дифференциальная бинарная фазовая модуляция DBPSK
- •3.3.7. Амплитудно-фазовая модуляция QAM
- •3.4. Частотная модуляция FM
- •3.4.2. Частотная модуляция минимального фазового сдвига MSK
- •Заключение
- •4. Модулированные сигналы с расширенным спектром
- •4.1. Сигналы с непосредственным расширением спектра DSSS
- •4.1.1. Основные свойства DSSS сигналов
- •4.1.2. Система связи с DSSS сигналами
- •4.2. Широкополосные сигналы со скачками частоты FHSS
- •4.3. Сверхширокополосные сигналы UWB
- •4.4. Многомерные сигналы
- •4.4.1. Общее описание многомерных сигналов
- •4.4.2. Многомерная ортогональная частотная модуляция OFDM
- •Заключение
- •5. Синтез и преобразование частот
- •5.1. Функциональная схема ФАПЧ и синтезатора частоты
- •5.2. Основное уравнение синтезатора частоты
- •5.3. Параметры синтезатора частоты
- •5.3.1. Полоса удержания (захвата)
- •5.3.2. Ошибка частоты и фазы в установившемся режиме
- •5.3.3. Переходные характеристики и время установления частоты
- •5.3.5. Устойчивость
- •5.4. Частотная модуляция в синтезаторе частоты
- •5.5. Преобразование частоты в петле ФАПЧ
- •Заключение
- •6. Распространение радиоволн в условиях города
- •6.1. Методы анализа распространения радиоволн
- •6.2. Расчет дальности радиосвязи в модели "большого расстояния"
- •6.2.1. Расчет дальности связи по методике МККР
- •6.2.3. Расчет теневых зон радиосвязи
- •6.2.4. Распространение радиоволн внутри здания
- •6.3. Анализ распределения поля в модели "малого расстояния"
- •6.3.1. Энергия принимаемого сигнала в многолучевом радиоканале
- •6.3.2. Параметры многолучевого канала
- •6.3.3. Типы фединга в многолучевом канале
- •Заключение
- •7. Детектирование и прием цифровых сигналов
- •7.1. Критерий максимального правдоподобия
- •7.2. Корреляционный и согласованный прием
- •7.3. Согласованный фильтр
- •7.4. Достоверность приема бинарной цифровой информации в условиях белого гауссовского шума
- •7.7. Когерентное детектирование
- •7.7.1. Когерентное детектирование BPSK сигнала
- •7.7.2. Схема Костаса оптимального детектирования сигналов с угловой модуляцией
- •7.8. Тактовая синхронизация
- •Заключение
- •Прием сигналов в условиях фединга
- •8.1. Разнесенный прием в широкополосных каналах
- •8.1.1. Статистика принимаемых сигналов
- •8.1.2. Достоверность приема информации
- •8.1.3. Методы реализации разнесенного приема
- •8.2.1. Общие принципы работы эквалайзера
- •8.2.2. Линейный и нелинейный эквалайзеры
- •8.3. Интерливинг
- •Заключение
- •9. Стандарты на радиоканал мобильной связи
- •9.1. Требования к параметрам передатчика
- •9.2. Требования к параметрам приемника
- •Заключение
- •Литература
7.8. Тактовая синхронизация
Нормальная работа решающего устройства цифрового приемника (см. рис.7.2, 7.3, 7.4) обязательно требует тактовой синхронизации, которая обеспечивает точное совпадение периода интегрирования в приемнике с длительностью принимаемого импульса. Для построения оптимальной схемы тактовой синхронизации, как и схемы оптимального демодулятора ВЧ сигнала, используется функция правдоподобия (7.6).
Полагаем, что вне зависимости от вида модуляции на выходе детектора имеет место аддитивная смесь демодулированного цифрового baseband сигнала r(t) и
белого гауссовского шума. Тактовая синхронизация осуществляется по специальной установочной (синхронизирующей) последовательности, предшествующей приему очередного пакета информации. Эта синхронизирующая последовательность имеет вид меандра и содержит достаточное для синхронизации количество импульсов. Задача состоит в том, чтобы в условиях неопределенной задержки сигнала получить в приемнике тактовую частоту, совпадающую с точностью до фазы с тактовой частотой модулирующего сигнала. Ожидаемые формы импульса цифрового сигнала на символьном интервале Ts имеют вид последовательности противофазных прямоугольных импульсов единичной амплитуды положительной или отрицательной полярности, сдвинутых на неопределенное время задержки τ относительно принимаемых импульсов:
[ |
t −τ |
−n] |
[[ |
t −τ |
−n] |
|
|
|
|
||||
s1(t) = å(−1) |
Ts ; |
s2 (t) = − å(−1) |
Ts . |
(7.69) |
||
n |
|
|
n |
|
|
|
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Потребуем, чтобы усредненная по обоим сигналам функция правдоподобия (7.6) имела максимальное значение в условиях произвольного временного сдвига между опорными и принимаемыми импульсами. Как и при анализе в условиях произвольного фазового сдвига на высокой частоте (7.63), интегралы по символьному интервалу Ts от квадрата принимаемого сигнала и квадрата ожидаемого сигнала имеют размерность энергии и не зависят от возможного временного сдвига. Учитывая, что вероятности появления каждого символа модулированного сигнала одинаковы и равны 1/2, усредненная функция правдоподобия (7.6) по аналогии с (7.63), имеет следующий вид:
|
= |
1 Ts r(t)s (t)dt + |
1 Ts r(t)s (t) dt = |
|
|
|
|
|
||||||||||
Λ |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
2 |
ò |
1 |
|
|
2 ò |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
t−τ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
[ |
−n] |
|
|
|
|
T |
||
|
1 |
|
|
2 |
s |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
s |
||||
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
||||||||||
= |
2 |
{exp[− |
|
òr(t)å(−1) |
|
s |
|
dt + exp[ |
|
|
ò |
|||||||
N |
|
N |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
0 |
n |
|
|
|
|
|
|
|
t−τ |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
[ |
−n] |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
s |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
= cosh[ |
|
òr(t)å(−1) |
s |
|
|
|
] |
|||||
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
n |
|
|
|
|
|
|
или в логарифмическом виде:
[t−τ−n]
r(t)å(−1) Ts dt} =
n
(7.70)
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
[ |
t−τ |
−n] |
|
|
|
|
|
|
|
2 s |
|
|
|
å |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ΛL = ln(Λ) =ln cosh[ |
|
ò |
r(t) |
(−1) |
s |
|
|||||||||
N |
|
||||||||||||||
0 |
n |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
t−τ |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
−n] |
|
|
|
||
|
≈ 12[ |
2 |
òs r(t)å(−1)[ |
|
|
|
|
||||||||
|
Ts |
dt]2. |
|
|
|||||||||||
|
N |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
0 |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Экстремум функции правдоподобия по параметру τ определяется равенством производной по τ :
dt ≈
(7.71)
произвольному нулю первой
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
|
|
|
|
Ts |
|
|
(-1)[ |
t−τ |
−n] dt × |
|
|
|
dLL |
|
|
å |
å |
|
|||||||
= |
ò |
r(t) |
Ts |
(-1)n × r(nT + t] = 0. |
||||||||
df |
||||||||||||
|
|
|
|
|
s |
|||||||
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
n |
||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|||
(7.72)
Функциональная схема, аппаратно реализующая функцию (7.72) на основе схемы фазовой автоподстройки частоты, показана на рис.7.20.
ФНЧ
Тактовая
r(t) |
ГУН |
ФНЧ |
Стробирование
Рис.7.20. Функциональная схема тактовой синхронизации
На входы перемножителей схемы тактовой синхронизации поступают импульсы цифрового сигнала с выхода коррелятора или оптимального фильтра, на вторые входы перемножителей от ГУН поступают последовательности прямоугольных и стробирующих импульсов одной и той же частоты. Результат перемножения входного сигнала и прямоугольных биполярных импульсов через ФНЧ (интегратор) передается на общий петлевой перемножитель. Стробирующие биполярные импульсы обеспечивают
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
считывание значений принятого сигнала на концах символьного интервала Ts, как это требуется вторым сомножителем в (7.72). Сигнал ошибки формируется общим петлевым перемножителем и после прохождения петлевого фильтра изменяет частоту ГУН.
В режиме захвата сигнал ошибки замкнутой петли ФАПЧ равен нулю, что и обеспечивает выполнение условия максимума функции правдоподобия (7.72). Следовательно, частота тактовой последовательности с выхода ГУН совпадает с тактовой частотой принимаемого сигнала и может использоваться для синхронизации работы решающего устройства.
Легко заметить, что схема на рис.7.20 очень похожа на схему Костаса, которая используется для фазовой синхронизации несущей частоты. Этого и следовало ожидать, так как для бинарного фазомодулированного сигнала функции правдоподобия для фазовой (7.63) и тактовой синхронизации (7.72) также похожи. Реальные схемы тактовой синхронизации имеют более сложный вид; основные изменения схемы на рис.7.20 касаются повышения устойчивости работы при малом соотношении сигнал/шум и минимизации необходимого количества импульсов в синхропоследовательности.
Заключение
1.Функция правдоподобия является основой для построения схем оптимального приемника и оптимальных демодуляторов.
2.Оптимальный приемник реализуется как приемник с когерентным демодулятором и корреляционной обработкой демодулированного сигнала. Коррелятор оптимального
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
приемника может быть также реализован в виде оптимального фильтра.
3.Количественная оценка достоверности приема цифровой информации следует из функций BER, показывающих вероятность ошибочного приема символа в зависимости от отношения энергии принимаемого сигнала на один бит информации к спектральной плотности шума. Наименьшую ошибку приема цифровой информации в условиях белого гауссовского шума имеют фазомодулированные сигналы.
4.Сигналы с количеством уровней большим, чем 2 (многоуровневые сигналы), позволяют уменьшить рабочую полосу частот, но при этом достоверность приема сигналов уменьшается. Многоуровневые квадратурные сигналы (например, MSK) характеризуются повышением достоверности приема информации с увеличением числа уровней, но при этом возрастает рабочая полоса частот, занимаемая сигналом.
5.Оптимальный демодулятор сигналов с угловой модуляцией реализуется как схема Костаса. В целом реализация преимуществ когерентного детектирования предъявляет очень высокие требования к стабильности частоты и фазы опорного сигнала.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com