2.3. Методы снижения влияния интерференционных помех

В силу случайного характера интерференционных явлений в условиях многолучевого распространения устранить их или компенсировать невозможно. Однако разработаны методы, существенно снижающие их негативное проявление. К числу таких методов относятся:

  • применение избыточного кодирования с целью обнаружения и коррекции некоторого количества ошибочных символов;
  • применение сверточного, блочного и турбокодирования;
  • адаптивное выравнивание задержек с помощью эквалайзера;
  • применение методов разнесения;
  • применение направленных и многоантенных систем;
  • применение оптимальных методов модуляции.

Избыточное кодирование применяют практически во всех современных системах передачи. Для увеличения надежности передачи в цикл передаваемых данных (трафик плюс биты управления) вводят дополнительные (избыточные) биты, позволяющие на приемном конце обнаруживать некоторое количество ошибочных битов. Обнаружение происходит при обработке по определенному алгоритму избыточных битов. Приемник, основываясь только на принятой информации, обнаруживает и во многих случаях исправляет ошибки. Такой метод носит название прямой метод исправления. Есть понятие обратный метод исправления ошибок, когда приемник лишь обнаруживает ошибки и дает передатчику обратный запрос на повторение фрагмента, полученного с ошибкой. Такой метод еще называют методом автоматического запроса на повтор – ARQ (Automatic Repeat Request). Введение избыточных символов требует увеличения общей скорости передачи, поскольку за фиксированное время цикла передачи информационных данных и данных каналов управления теперь необходимо передать еще и проверочные символы. В целом скорость передачи информационного трафика за счет этих символов немного снижается. Использование режима повторной передачи ARQ снижает общую скорость передачи трафика весьма заметно, поскольку некоторое время занимает организация повторной передачи и собственно сама повторная посылка. Кстати, именно применение ARQ может снижать реальную скорость передачи информации пользователя по сравнению со скоростью, заявляемой производителем оборудования. Однако повышение надежности доставки информации, достигаемое этими способами, чаще всего важнее потери в скорости передачи. Надежности доставки во многих случаях можно достичь снижением скорости, увеличив за счет этого длительности битовых посылок. В этом случае влияние межсимвольной интерференции, вызванной частичным по времени наложением отраженных копий сигнала на основной сигнал, или действие кратковременной помехи будет ослаблено, поскольку пораженной может оказаться лишь небольшая часть времени битового символа.

Мощным средством повышения надежности доставки информации по ненадежному каналу является применение канального кодирования с применением сверхточного, турбо- и блочного кодирования и перемежения. Их применение особенно эффективно при пачечном режиме многопользовательской передачи в условиях многолучевого распространения. Суть этих способов сводится к тому, что блоки информации от пользователей, выстроенные в первоначальную очередь, смешиваются между собой по закону, определенному выбранным методом кодирования, и лишь затем подаются на модулятор. В этом случае для пользователей, имеющих проблемы кратковременных сбоев из-за интерференции, будет потерян не весь блок данных, а лишь его малая часть. Ибо в следующий момент времени в поступающем потоке данных "место и время" данных, предназначенных конкретному пользователю, будет иным, и интерференция для этого случая может оказаться не столь губительной. Особенно эффективно применять при этом одновременную смену частот всем участникам данного сеанса связи, как это делается в системе сотовой связи GSM.

Для борьбы с группирующимися в длинные последовательности ошибками используют мощные обнаруживающие и исправляющие коды Рида-Соломона. Он требует заметных вычислительных ресурсов, поэтому обычно включается лишь в условиях появления большого количества ошибок. Используется так называемый метод упреждающей коррекции ошибок – FEC (Forward Error Correction). В системе происходит слежение за количеством ошибок (например, отслеживается КОШ) и при приближении этого показателя к некоторому порогу включается обнаруживающий и исправляющий код Рида-Соломона или иной.

На практике часто применяют комбинации методов кодирования.

Адаптивное выравнивание является способом борьбы с межсимвольной интерференцией. С помощью сложных алгоритмов цифровой обработки выравнивают время задержки нескольких копий отраженных сигналов с целью увеличения мощности принимаемых символов. При использовании линейного эквалайзера из каждого принимаемого символа производят несколько выборок через равные промежутки времени. Каждая выборка независимо перемножается с некоторым вычисленным коэффициентом, и выборки суммируются, образуя выходной сигнал приемника. Процесс вычисления взвешивающих коэффициентов ведется динамически, адаптируясь к принимаемому потоку. Взвешивающие коэффициенты определяются по заранее известной настроечной последовательности битов, исходящих от передатчика. В приемнике производится их сравнение с вычисленными ожидаемыми величинами. На его основе вычисляются необходимые значения. В условиях многолучевого распространения настроечные последовательности могут передаваться в каждом блоке данных, как, например, они передаются в каждой пачке трафика в системе GSM. Этот способ повышения надежности передачи требует значительных вычислительных затрат.

Методы разнесения основаны на том, что замирания в разных каналах независимы. Если передаваемую информацию распределить по нескольким каналам, то пораженным окажется лишь часть информации. Разнесение можно осуществлять либо по времени (временное разнесение), либо по частоте (частотное разнесение). При временном разнесении, например, путем перемежения (чередования) по временным каналам, информация для каждого пользователя передается в разные моменты времени. При относительно медленном перемещении пользовательской станции она сравнительно длительное время может находиться в области глубокого замирания, и тогда может не помочь применение даже мощных кодов коррекции ошибок. Недостатком разнесения по времени является появление временной задержки на период, необходимый блоку обработки приемника для восстановления временного порядка поступающих данных. При частотном разнесении сигнал пользователя распределяется либо по широкому диапазону частот, либо передается на нескольких несущих. Такой способ используется, например, в системе сотовой связи стандарта CDMA.

Применение направленных и многоантенных систем можно отнести к методам пространственного разнесения. Можно использовать несколько направленных под разными углами антенн. Путем обработки в приемном устройстве сигналы, пришедшие с разных направлений, суммируются. При многоантенном приеме расположение антенн связано с длиной волны передаваемого сигнала. В зависимости от направления прихода электромагнитной волны (например, отраженных сигналов) время их прихода на каждую антенну будет разным. Разница задержек определена разнесением антенн, поэтому сигналы можно разделить и просуммировать. С помощью направленных антенн или системы из нескольких антенн можно формировать диаграмму направленности таким образом, чтобы принимать наиболее сильный сигнал с необходимого направления и ослаблять нежелательные сигналы с иных направлений. Примером могут служить известные антенные фазированные решетки (АФАР). Наиболее сложной и эффективной является техника многоантенного приема и передачи, известная сейчас под названием MIMO (Multiple Inputs Multiple Outputs). О принципах построения MIMO-систем будет рассказано в 3.2.1. Принципы построения MIMO-системы связи.

Ослабить негативное воздействие интерференции, шумов и помех в конкретных системах передачи удается и применением оптимального для данного вида связи метода модуляции. Разные методы модуляции обеспечивают не только разные скорости передачи, но и имеют разную ширину занимаемой полосы частот или полосу частот на 1 передаваемый бит. Следовательно, влияние внешних помех и интерференции будет по-разному оказывать негативное воздействие при разных видах модуляции и разных технологиях их применения. Далее рассмотрены краткие сравнительные характеристики некоторых методов цифровой модуляции, на основании которых можно обосновать выбор технологии и вида модуляций, принимаемых в системе WiMAX.

Основы теории мобильной и беспроводной связи


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.