CC BY
37
У
ТЕХНОЛОГИИ
Анализ характеристик радиодоступа на цифровых несущих в декаметровом диапазоне волн
Ключевые слова, радиодоступ, технологии доступа, цифровые несущие, декаметровий диапазон.
Рассмотрена технология доступа, основанная на использовании цифровых несущих. Такой доступ решает проблему взаимных помех и позволяет увеличить скорость радиодоступа в декаметровом диапазоне по сравнению с традиционными технологиями. Проведена оценка искажений цифровых несущих дисперсной радиолинией и скорость доступа в системах декаметрового диапазона при использовании цифровых несущих.
Урядников Ю.Ф.,
МТУСИ
Система широкополосного беспроводного доступа в декаметровом диапазоне создает возможность реализации ин-фокоммуникациопных технологий в регионах, не имеющих развитой инфраструктуры [1]. Возможности такого радиодоступа следуют из свойств декаметровых каналов связи при использовании цифровых несущих (ЦН). Реализация высокоскоростного радиодоступа зависит от воздействия декаметровой радиолинии на форму принимаемого сигнала с цифровой несущей. В основе формирования цифровой несущей сигнала может, в принципе, лежать любая кодовая последовательность импульсов. Для анализа влияния радиолинии на сверхширокополосный сигнал используем непрерывные функции Уолша, которые являются полной ортогональной системой функций, а также легко представляются суммой функций Хэвисайда.
Методика расчета сводится к следующему. Цифровой сигнал можно описать следующей зависимостью:
(1)
Дг = -
(3)
где g(/m_a) - максимальное значение переходной характеристики радиолинии.
Переходную характеристику радиолинии можно найти, используя обратное преобразование Фурье от реальной части частотной характеристики универсальной модели радиолинии [2]
2 оо 8ІП(й»)
g(/) = ~ /#(<»)со5[0>(ю)]--------------
л (О
(4)
где о, 6 (-1,1) - последовательность символов функции
Уолша (или некоторой другой, например, псевдослучайной последовательности) при нормированной амплитуде несущей сверхширокополосного сигнала; г„ _ длительность
символа цифровой несущей.
Подставляем зависимость (1) в интеграл свертки и находим сигнал на выходе радиолинии:
5^,(0 = 2^ а, (/ - £ г,) - ^, [/ - (< + 1)г„ ]} * (2*
'=0
где „ / ч - переходная характеристика радиолинии
Из выражения (2) следует вывод, что форма цифровой несущей формируется радиолинией. Отметим, что несовпадение формы возбуждающего тока, излученного поля и формы тока на выходе приемной антенны при использовании ЦН имеет большое значение и может оказаться как полезным, так и вредным для практики построения декаметровых радиоканалов доступа. Поэтому необходимо получить оценку длительности и формы элементарного символа цифровой несущей на выходе радиолинии.
Длительность элемента несущей Уолша, при которой отсутствуют межсимвольные искажения, можно достаточно точно определить по виду переходной характеристики радиолинии. Действительно, длительность элемента должна быть больше эффективной длительности переходного процесса радиолинии, который определяется следующей формулой:
1 Т \g\0dl'
И * -«
На рис. 1 показаны фрагменты несущей Уолша (я = 25) на входе (пунктирная линия) и выходе радиолинии для базовой (простой) модели формирующей радиолинии, рассмотренной в [2] для различных значений длительности элементарного импульса несущей г1(, выраженной в нормированных единицах.
Из анализа фрагментов несущей Уолша (рис. 1) на выходе формирующей радиолинии следует, что при уменьшении длительности элементарного импульса мощность ЦН уменьшается, а ее форма и структура постепенно разрушаются. Известно, что форма гармонической несущей не разрушается линейной радиолинией, поскольку такие несущие являются собственными функциями [2]. Степень разрушения несущей определяется соотношением между длительностью импульса несущей ги и эффективной длительностью переходного процесса радиолинии Д г (или между полосой сигнала и полосой радиолинии).
На рис. 1 (а) это соотношение будет Д г < г„, на рис. 1
(б) это соотношение будет Дг « Г„ , а на рис. 1 (в, г) будет
Дг > тш. Таким образом, форма и структура ЦН на выходе
и входе радиолинии доступа в общем случае отличаются друг от друга. Для перехода к ненормированным параметрам сигнала необходимо отсчеты по оси времени умножить на коэффициент Ат.
а)г =3
5мо(0
1
О 7 14 21 28 33 43
96 63 70
£‘('т
б) Г = 2 и
30
Т-Сотт #6-2012
т
>3| ■ ■ ■
1 0 1« 3-2 48 64 8 96 112 128 144 16
Г) г. = 0,5
Рис. 1. Форма сигнала на выходе формирующей радиолинии (базовая модель) в зависимости от длительности элемента несущей
Из анализа фрагментов несущей Уолша (рис. 1) на выходе формирующей радиолинии следует, что при уменьшении длительности элементарного импульса мощность ЦН
уменьшается, а ее форма и структура постепенно разрушаются. Степень разрушения несущей определяется соотношением между длительностью импульса несущей г„ и эффективной длительностью переходного процесса радиолинии А г (или между полосой сигнала и полосой радиолинии).
Определим количественную меру искажений сигнала и найдем зависимость показателя качества доступа от искажений формы и структуры сигнала.
Обычно искажения сигнала характеризуются расстоянием между неискаженным Л\ и искаженным сигналами я'. Находим
(5)
где стис - нормированное средне квадратическое значение
искажения сигнала на вы.\оде радиолинии, характеризующее динамические и случайные искажения вне зависимости от величины мощности неискаженного сигнала. Ес - энергия сигнала.
Таким образом, отклонение сигнала в гильбертовом пространстве от истинного значения, вызванного вредным влиянием дисперсности радиолинии и помех, прямо пропорционально величине среднеквадратического искажения этого сигнала <Тпг. Логично в качестве приемного устройства рассматривать оптимальный приемник дискретных сигналов, при приеме в целом, состоящий из коррелятора или согласованного фильтра [2].
Тогда для оценки максимального значения сигнальной функции (полезного сигнала на выходе /-го канала оптимального приемника при передаче /-го сигнала) необходимо знать скалярное произведение искаженного и неискаженного сигналов в гильбертовом пространстве. Имеем
(5„0, = £с-(1-<^с)- <6)
Скалярное произведение (6) является полезным сигналом на входе решающего устройства.
ТЕХНОЛОГИИ
Для иллюстрации рассмотрим простой случай, когда модель радиолинии аппроксимируется первой функцией универсальной аппроксимации [2], шум в радиолинии отсутствует. На рис. 2 приведена зависимость среднеквадратичс-ских искажений СШС радиолинией при коэффициенте ши-рокополосности к = 2 к зависимости от нормированной скорости передачи информации ц— \/ , где г„ - нормирован/г*
ная длительность элементарного импульса несущей Уолша. Период несущей Уолша связан с длительностью импульса известной зависимостью Т — 2” • ги, где ш - номер диады функции, т.е. один период содержит т бит информации [2].
апс
Рис. 4. Динамические искажения цифровой
на выходе дека метровой радиолинии
Таким образом, чем больше скорость передачи информации, тем больше искажения сигнала. Ненормированная скорость простой передачи (один период ЦН несет один бит
информации) определяется как >пАо> Например,
т
(2 - 1) ■ Г„
если доступ осуществляется в полосе когерентности [3] А/ = 1МГц, а т = 5 , то скорость передачи будет 1 Мбит/с. Скорость доступа можно существенно увеличить путем использования многомерной КАМ. Например, при использовании 16 пар несущих Уолша и КАМм на каждой паре получим скорость доступа около 6 Мбит/с. Можно уменьшить длительность импульса и тем самым увеличить дисперсию радиолинии вплоть до предельных значений [3]. Однако существенного увеличения скорости доступа не произойдет, поскольку искажения ЦН будут недопустимо велики.
Таким образом, декамстровая радиолиния при использовании цифровых несущих вполне позволяет реализовать высокоскоростной доступ к информационным сетям.
Литература
1. Аджемов А.С.,Урядников Ю.Ф. Технологии широкополосного доступа: история, современность и перспектива // Электросвязь, 2011. — №1.
2. Урядников Ю.Ф., Аджемов А.С. Сверхширокополосная связь. Теория и применение. — М.: СЛОН-Пресс, 2005. — 368 с.
3. Иванов Д.В. Методы и математические модели исследования распространения в ионосфере сложных декаметровых сигналов и коррекции их дисперсионных искажений. — Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. - 268 с.
ANALYSIS OF CHARACTERISTICS OF DIGITAL WIRELESS CARRIERS IN THE DECAMETER WAVES
Uryadnikov Y.F., MTUCI
Abshad: The access technology based on digital carriers. Such access solves the problem of interference and speeds up the radio in the decameter range compared to conventional technologies. The evaluation of digital distortion carrier dispersion and speed radio link systems decameter range with digital carriers.
Keywords, radio access, access technology, digital carriers, decameter.
References
1. AdzhemovA.S., Uryadnikov Y.F. Broadband access technologies: Past, Present and perspective / Electrosvyaz', №1, 2011.
2. Uryadnikov Y.F, Adzhemov A.S. Ultra wideband communications. Theory and application. — M., 2005, 368 p.
3. Ivanov D.V Methods and mathematical model studies of the ionospheric decameter complex signals and their dispersion distortion correction. — Yoshkar-Ola, 2006. — 268 p.
T-Comm #6-2012 31
