Лекции по Широкополосным сигналам и системам   

13. Поиск и автосопровождение дискретных широкополосных сигналов

13.2. Поиск сигнала (кода)

Рассмотрим систему с прямым расширением спектра, в которой приемной стороне постоянно доступен «чистый» (не модулированный потоком данных ) расширяющий сигнал. Для многих реальных ситуаций подобное предположение является вполне оправданным благодаря наличию специального пилотного канала, способствующего установлению синхронизации.

Пусть вычисление корреляции или осуществляется с помощью коррелятора, а не согласованного фильтра. Одиночный коррелятор способен вычислить за один раз только единственное значение корреляции наблюдения и местной копии сигнала, имеющей некоторый конкретный временной сдвиг, так что измерение рассогласования во времени может быть выполнено только последовательно. Если уровень корреляции мал (ниже некоторого установленного порога), то поисковая система изменяет величину задержки сигнальной копии и переходит к проверке следующей корреляции. Подобные операции продолжаются до тех пор, пока величина задержки сигнальной копии не приблизиться к истинному значению, что обеспечит высокий (превышающий порог) уровень корреляции. Данная стратегия получила название последовательного поиска и для видеосигнала может быть реализована структурой, показанной на рисунке слева. Если же рассматривается радиосигнал со случайной фазой, то операция умножения в корреляторе осуществляется над комплексными огибающими и перед подачей на вход решающего устройства результат интегрирования берется по абсолютной величине. Для каждого значения решающее устройство сравнивает текущую корреляцию с порогом, а затем либо сигнализирует об окончании поиска и установлении истинного значения задержки в опорном сигнале в случае превышения порога, либо предписывает местному генератору увеличить фазу реплики на его выходе и перейти к следующей попытке с обновленным значением .

Иллюстрацией упомянутым шагам поиска служит следующий рисунок, на котором приведены диаграммы, отвечающие последовательному поиску периодического расширяющего кода с в условиях пренебрежимо малого уровня шума и при интервале интегрирования, равном одному периоду (в реальных системах этот интервал может быть как меньше, так и больше величины ).

Серьезным недостатком этого метода является большое время, затрачиваемое на последовательно вычисляемые корреляции. Действительно, по сравнению со стратегией на основе согласованного фильтра время, затрачиваемое на последовательную процедуру, увеличивается примерно в число шагов раз. В свою очередь число шагом равно или больше интервала неопределенности , так что полное время поиска может быть грубо оценено как

,


где – время интегрирования (анализа) на шаг процедуры, а – аналогичная характеристика, выраженная в числе длительностей чипа .

Пример 13.2.1. Как правило, в широкополосных системах отношение сигнал-шум на чип достаточно мало. Характерным может считаться значение в дБ. В то же время для обеспечения надежности в принятии решения отношение сигнал-шум на входе РУ должно быть порядка 10 дБ. Последнее означает, что интегрирование осуществляется на интервале в чип. При типичной длительности чипа мксек и числе шагов процедуры поиска получаем, что сек, которое, конечно, нельзя считать допустимым.

Существуют различные методы ускорения процедуры поиска. Наиболее употребляемой является стратегия, сочетающая комбинацию последовательного анализа в ячейке (т.е. при конкретном значении t) с последовательно-параллельной схемой поиска. Первый термин означает, что анализ в каждой ячейке осуществляется за несколько (как правило, два) этапов. На первом из них достаточно низкий порог гарантирует малую вероятность пропуска сигнала, несмотря на малое время анализа . В то же время вероятность ложной тревоги оказывается значительно больше той, что была бы приемлема в ранее описанном одноэтапном методе. Благодаря сокращенному времени анализа ложные ячейки в среднем просматриваются быстро, однако довольно многие из них (до 10% и даже более) принимаются за истинные. Для отсеивания ложных ячеек, ошибочно признанных истинными на первом этапе, организуется второй этап с гораздо большей надежностью, чем первый. Это достигается соответствующим выбором параметров: большего времени анализа и более высокого порога, обеспечивающих полные (совместно с первым этапом) вероятности ошибок на ячейку, необходимые для получения требуемой вероятности правильного завершения поиска. Подобный подход обеспечивает выигрыш во времени поиска в раза.

Второй термин означает использование в процедуре поиска набора параллельных корреляторов, работающих автономно и сканирующих каждый свою часть области неопределенности. В этом случае исходная зона поиска попросту разбивается на подобластей, каждая из которых включает ячеек, где – число параллельных корреляторов, и соответственно время поиска уменьшается в раз. Последовательно-параллельные схемы весьма характерны для реального оборудования и особенно эффективны при наличии таких аппаратных узлов, которые, присутствуя в приемнике по необходимости, в ходе поиска свободны от своей основной нагрузки.



*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.