CC BY
28
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
УДК 621.391
Л
С. Н. НАЗАРОВ, А. А. ШАГАРОВА
РАЗНЕСЁННЫЙ ПРИЁМ СИГНАЛОВ В ГИБРИДНЫХ СЕТЯХ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
Проводится анализ способов разнесённого приёма сигналов в радиоканалах гибридной сети беспроводной передачи информации.
Ключевые слова: радиосвязь, базовая станция, абонентская станция.
Введение
В современных сетях беспроводной связи используются многофункциональные устройства с несколькими встроенными приёмопередатчиками. Они дают возможность абоненту перемещаться на различные расстояния и направления. Поэтому возникает необходимость поддержки мобильными платформами (МГ1) процесса обмена информацией в разных частотных диапазонах и стандартах [1, 2, 3, 6, 7, 8]; решения проблем, связанных с автоматическим выбором сети [3, 4, 5], реализацией технологии интеллектуального роуминга, позволяющей организовать «прозрачное» переключение мобильного пользователя БСПИ как в гомогенных (между разными точками подключения одной сети), так и в гетерогенных (переключения между разными сетям) средах передачи информации [4, 5].
Вне зависимости от вида используемой среды передачи информации МП должны автоматически определять структуру беспроводной среды, в которой находится пользователь, и выбирать точку доступа с наилучшим качеством связи; предоставлять пользователю доступ к ресурсам, обеспечивающим гарантированное качество обслуживания; организовывать переключение пользователя между разными точками доступа одной сети или между различными сетями, обеспечивая ему мобильный режим обмена информацией.
Такие возможности предоставляет гибридная сеть беспроводной передачи информации (ГСБПИ). Мобильные пользователи ГСБПИ смогут воспользоваться услугами подсетей, построенных по технологиям пико- (ПС), микро-(МикС), макро- (МаС) и гипперсот (ГС) за счёт
Назаров С. Н. Шагарова А. А., 2009
использования ресурсов ретрансляционных узлов (базовых станций (БС) и центров коммутации пакетов (ЦКП)). При этом появляется возможность соединения пользователей своей подсети через ретрансляторы смежных подсетей, построенных на основе других технологий. Обмен информацией между абонентами МаС, разнесённых на значительное расстояние, обеспечивается за счёт использования ресурсов ГС, образованных на основе сетей спутниковой связи и радиосвязи декаметрового диапазона [9, 10, 11]. Следовательно, гибридная сеть беспроводной передачи информации представляет собой сложную совокупность взаимопережающихся технологий, подсетей и стандартов, реализующую в себе алгоритмы централизованного и распределённого управления. Подчинение такой сети единой цели - удовлетворение потребностей пользователей в предоставлении им телекоммуникационных услуг с требуемым качеством и стоимостью является сложной многокри-териальной задачей, требующей решения многих задач, одной из которых является разработка способа разнесённого приёма передаваемых в ГБСПИ сигналов [12, 13, 14].
Анализ способов разнесённого приёма сигналов
Применение разнесённого приёма сигналов в радиоканале является эффективным средством повышения достоверности и надёжности связи в условиях замираний сигнала и наличия аддитивных помех [15]. Могут использоваться такие виды разнесённого приёма, как разнесение передаваемых сигналов по времени, частоте, углу прихода лучей, в пространстве, за счёт поляризации, по отдельным лучам при многолучевом распространении.
Рис. 1. Способы пространственного разнесения приёма сигнала в гибридных сетях беспроводной передачи информации
Наибольший интерес вызывает пространственное разнесение приёма сигнала, который заключается в приёме сигнала на разные антенны. Для ГСБПИ можно рассмотреть следующие способы пространственного разнесения:
- приём на разные антенны одной базовой станцией в соте:
- приём на антенны разных базовых станций зоны обслуживания оператора сотовой связи;
- приём на антенны взаимосвязанных радио-центров - ретрансляторов сети радиосвязи дека-
* 4 уу « ' } I Г1»';" • • ш “
метрового диапазона [6, 8, 11,14].
Реализация этих способов показана на рисунке 1.
Как видно из рисунка 1, при передаче информации внутри соты приём сигнала от абонентской станции (АС) осуществляет базовая станция (БС). При этом используются разнесённые в пространстве антенны, образующие различные ветви приёма. В каналах с замираниями сигналы в отдельных ветвях разнесения будут слабо коррелированны, что позволяет выбрать лучшее соотношение «сигнал-помеха»[15]. Решение о приёме сигнала осуществляется приёмником БС.
В случае, когда АС находится на границе зон сот, сигнал станции принимают антенны различных БС. Этот способ позволяет снизить длительность замираний в канале, обеспечить лучшее соотношение мощности сигнала и помехи. Решение о приёме сигнала и переключении АС между БС осуществляет решающее устройства центра коммутации зоны обслуживания сотового оператора. '
При выходе АС из зоны обслуживания сотовым оператором абонент может воспользоваться
технологией дальнего распространения сигнала в сети радиосвязи декаметрового диапазона (СРС ДКМ Д). В этом случае сигнал от АС будут принимать антенны радиоцентров-ретрансляторов (РЦР), которые являются пространственно некоррелированными [6,11,14]. Применение сети пространственно некоррелированных РЦР позволяет использовать алгоритмы динамического распределения ресурсов радиосвязи ДКМ Д [6].
Как следует из анализа рассмотренных способов разнесённого приёма, абонент ГСБПИ может воспользоваться различными технологиями передачи сигнала.
Анализ алгоритмов оптимального приёма в системах разнесённого приёма
мом сигнала находят применение различные алгоритмы оптимального приёма (АОП). В [15] рассматриваются АОП при точно известном сигнале, при неопределённой фазе, АОП в общем гауссовском канале с селективными замираниями в каждой ветви разнесения, максимального правдоподобия. Данные алгоритмы являются алгоритмами оптимального приёма детерминированных сигналов на фоне аддитивного шума с целью получения оценки дискретного параметра Ь; на основе сравнения между собой с заданным весом ё; значений нормированных функционалов правдоподобия /;:
- определяет
значения 1, при котором значение мак-
симально.
АОП при точно известном сигнале и аддитивном гауссовском шуме в канале с нулевым средним и корреляционной матрицей
В(М') =< пЩ * пт (1') > представляется следующим выражением [15]:
arg
max
** І і 2 і \ — % - її, +ІПЄ, },
вектор
гдеЯ, = JzT(t) * uoni (t)dt ,
Z(t) = Uj(t) + n(t);
. TP
n(t) = (ni(t),..nb(t)) - аддитивный гауссовский
шум в радиоканале;
n/,(t) - реализация аддитивной помехи в /-й ветви разнесения;
uoni (0 = * iij(t')dt' _ комплексный
опорный сигнал, используемый в схемах оптимального когерентного приёма;
u(t) = (UjCt),... u,(t)5... uL(t))T -сигналов в ветвях разнесения;
¥ (t, t') _ матрица, являющаяся решением интегрального уравнения
jB(t, t,)*m(t',t,,)dt' = I * д(!-t").
Заключение
В ГСБПИ для предоставления абоненту возможности использования ресурсов локальной, региональной и глобальных подсетей необходимо использовать разнесённые способы приёма сигналов в радиоканалах. Одним из наиболее применяемых является способ пространственного разнесения приёма.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Попов, В. И. Основы сотовой связи стандарта GSM / В. И. Попов. - М. : Эко - Трендз, 2005.-296 с.
2. Ипатов, В. П. Системы мобильной связи / В. П. Ипатов, В. К. Орлов, И. М. Самойлов, В. Н. Смирнов; под ред. В.П. Ипатова. - М. : Горячая линия-Телеком, 2003. - 272 с.
3. Комашинский, В. И. Системы подвижной связи с пакетной передачей информации. Основы моделирования / В. И. Комашинский, А. В. Максимов. - М. : Горячая линия-Телеком, 2007. -176 с.
4. Ратынский, М. В. Основы сотовой связи / М. В. Ратынский; под ред. Д. Б. Зимина. - М. : Радио и связь, 1998. - 248 с.
5. Шахнович, И. В. Современные технологии беспроводной связи / И. В. Шахнович. - М. : Техносфера, 2006. - 288 с.
6. Назаров, С. Н. Применение динамического программирования при распределении пространственного ресурса радиосвязи декаметрового диапазона / С. Н. Назаров // ИКТ - 2007. - . Т.5, № 2. - С. 70-74.
7. Головин, О. В. Системы и устройства коротковолновой радиосвязи / О. В. Головин, С.П. Простое; под ред. О. В. Головина. - М.: Горячая линия-Телеком, 2006. - 598 с.
8. Назаров, С. Н. Общий подход к построению современных гибридных сетей беспроводной связи /С. Н. Назаров // Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А. С. Попова. Серия: Научная сессия, посвящённая Дню радио. Выпуск: ЬХІУ.-М. ,2009.-С. 22-24.
9. Назаров, С. Н. Использование стохастических моделей для оценки характеристик современной беспроводной сети передачи информации / С. Н. Назаров // Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем: Труды шестой всероссийской научно-практической конференции (с участием стран СНГ), г. Ульяновск, 22-23 сентября 2009 г. -Ульяновск: УлГТУ, 2009. - С. 170-174.
10. Назаров. С. Н. Анализ методов моделирования беспроводной сети передачи информации / С. Н. Назаров, А. С. Назаров // Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем: Труды шестой всероссийской научно-практической конференции (с участием стран СНГ), г. Ульяновск, 22-23 сентября 2009 г. - Ульяновск : УлГТУ, 2009. - С. 174-177.
11. Назаров, С. Н. Применение элементов де-каметровой радиосвязи в современных беспроводных сетях / С. Н. Назаров // Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А. С. Попова. Серия: цифровая обработка сигналов и её применение. Выпуск: XI-1. - М.. 2009. - С. 228 - 230.
12. Назаров. С. Н. Обобщённая модель беспроводной сети передачи информации авиационного предприятия / С. Н. Назаров, А. С. Назаров // Современные научно-технические проблемы транспорта: сборник научных трудов V Международной научно-технической конференции г. Ульяновск, 15-16 октября 2009 г. - Ульяновск : УлГТУ, 2009. - С. 108-111.
13. Назаров, С. Н. Применение гибридной беспроводной сети передачи информации в автоматизированной системе управления воздушным движением / С. Н. Назаров // Современные научно-технические проблемы транспорта: сборник научных трудов V Международной на-учно-технической конференции г. Ульяновск,
15-16 октября 2009 г. - Ульяновск: УлГТУ, 2009.-С. 112-116.
14. Назаров, С. Н. Основные положения методики определения места расположения сети удалённых взаимосвязанных радиоцентров-ретрансляторов / С. Н. Назаров //ИКТ.- 2009. -Т.7, № 2. - С. 79-82.
15. Кловский, Д. Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам / Д. Д. Кловский. -М. : Радио и связь. 1982. - 304 с.
Назаров Сергей Николаевич, докторант Ульяновского ГТУ, автор 25 научных работ, область научных интересов - радиосвязь, математические методы моделирования.
Шагарова Апиа Александровна, ассистент кафедры ОПД УВА У ГА (И) г. Ульяновск.
УДК 621.391 М. Н. СЛУЖИВЫЙ
РЕКУРРЕНТНЫЕ АДАПТИВНЫЕ АЛГОРИТМЫ ПРИЕМА СИГНАЛОВ В КАНАЛАХ С ЗАМИРАНИЯМИ
Рассмотрен синтез рекуррентных адаптивных алгоритмов высокого порядка для линейного оценивания параметров квадратурных составляющих радиосигнала на фоне помех и замираний.
Ключевые слова: каналы с замираниями, рекуррентные адаптивные алгоритмы, сигналы. Поддержано грантом РФФИ 09-07-97001 р_поволжье_а.
Современные системы мобильной связи характеризуются наличием канала связи с частотно-временным рассеянием, что обусловлено наличием зданий и сооружений, порождающих многолучевое распространение, а также подвижностью абонента, вызывающей доплеровское смещение спектра. Сигнал, принимаемый в условиях многолучевого канала, может быть представлен следующим образом:
П= X а„(/)ехр[-7'2вд^)] =
П
= X а„(/)ехр[-у 9 „(1)] = х(/) -у>(/),
П
где х(/) = X а„(/)со5 0 „(0,
П
№ = I а„(/)5т 0 „(7) - суммарные квадратур-
П
ные компоненты, представляющие собой независимые гауссовские случайные процессы [1]. При этом актуальной задачей является синтез алгоритма адаптивного оценивания квадратурных компонент, который можно было бы осуществить в реальном времени. Это позволит повысить эффективность функционирования современных цифровых систем радиосвязи.
Служивый М. Н., 2009
Известен широкий класс моделей авторегрес-сии-скользящего среднего (АРСС), описывающих гауссовские случайные последовательности с произвольными корреляционными функциями (КФ). До настоящего времени в известных работах предполагались модели КФ квадратурных компонент вида:
Г
Я0 (т) ~ ехр
2 Л
?
ИЛИ Яо (т) ~ ехр
\ —
/
N
\
V Тк 7
\ *х *
Эти модели в большинстве случаев хорошо описывают свойства канала связи [2, 3]. Однако экспериментальные данные показали [2], что в ряде случаев данные модели являлись неудовлетворительными и существует возможность повышения качества оценивания параметров канала связи путём использования адаптивных алгоритмов.
В настоящей работе предложен алгоритм адаптивного оценивания текущего состояния канала связи с идентификацией соответствующей модели АРСС и последующим оптимальным оцениванием параметров квадратурных компонент [4]. Похожий алгоритм был предложен в работе [6], однако в нём рассмотрены частные случаи авторегрессионных моделей и отсутствует стандартная проверка адекватности модели.
