Материал: Системы подвижной радиосвязи. лабораторный практикум. Федоров С.М., Бойко О.В

– расширение полосы каналов связи, чтобы они существенно превосходили доплеровские смещения (это реализуется автоматически, например, в системах с TDMA

иCDMA доступом).

Всотовых и профессиональных системах подвижной радиосвязи эти способы борьбы с доплеровскими эффектами

5. Городская застройка, состоящая из железобетонных конструкций, обладает выраженными экранирующими и отражающими свойствами. Используемые в сотовой связи с подвижными объектами (ПО) дециметровые радиоволны слабо огибают препятствия, распространяются в основном по прямой и испытывают многочисленные отражения от строений и подстилающей поверхности (рис. 20).

Рис. 20. Особенности распространения радиоволн в городах

Определяющие принципы распространения радиоволн ССПР – дифракция и интерференция. Следствия такого многолучевого распространения – более быстрое, чем в свободном пространстве, убывание интенсивности принимаемого сигнала с расстоянием в «тени» строений

25

вследствие дифракции и выраженная неравномерность (провалы и подъемы) электромагнитного поля в результате интерференции.

На рис. 21 показана зависимость амплитуды U сигнала от расстояния s и от времени t при перемещении со скоростью v. Эти зависимости имеют одинаковый вид, но разный масштаб по горизонтальной оси, так как s = vt. Для сотовых систем стандарта GSM полупериод вариаций амплитуды соответствует перемещению телефона в пространстве на 15 см.

Рис. 21. График зависимости амплитуды U сигнала от расстояния s и от времени t при перемещении со скоростью v

При мобильной связи, т. е. движении абонентского аппарата замирания принимаемого сигнала, практически всегда есть две составляющие – быстрая (вследствие интерференции) и медленная (в результате дифракции).

Диапазон изменений уровня сигнала при быстрых замираниях может достигать 40 дБ, из которых примерно 10 дБ – превышение над средним уровнем и 30 дБ – провалы ниже среднего уровня, причем более глубокие провалы встречаются реже, чем менее глубокие. При неподвижном абонентском аппарате интенсивность принимаемого сигнала, естественно, не меняется. При перемещении подвижной

26

станции периодичность флуктуации в пространстве составляет около полуволны, т. е. порядка 10...15 см в линейной мере. Период флуктуации во времени зависит от скорости перемещения подвижной станции. Например, при скорости 50 км/ч период флуктуации составляет около 10 мс, а при 100 км/ч – около 5 мс.

Интенсивность медленных флуктуаций не превышает 5...10 дБ, а их периодичность соответствует перемещению подвижной станции на десятки метров. Фактически при перемещении подвижной станции медленные замирания представляют собой изменение среднего уровня сигнала в результате дифракции, на них накладываются быстрые замирания вследствие интерференции сигналов при многолучевом распространении. При этом возникают искажения результирующего сигнала типа межсимвольной

«налезают» на соседние символы.

При связи с подвижными объектами основной вклад вносят быстрые замирания, поскольку они более интенсивные. При этом соотношение сигнал/шум падает настолько сильно, что полезная информация может существенно искажаться шумами вплоть до полной ее потери. Кроме этого, способы борьбы с быстрыми замираниями радиоволн эффективно устраняют и проявления медленных замираний.

Используют следующие способы борьбы с быстрыми замираниями:

–разнесенный прием;

–эквалайзинг.

6. Способы разнесенного приема (англ. diversity – разнесение) заключаются в совместном использовании нескольких сигналов, различающихся (разнесенных) по какому-либо параметру каналов связи. Причем разнесение

27

нужно выбирать таким образом, чтобы вероятность одновременных замираний всех сигналов была намного меньше, чем какого-либо одного из них.

Иными словами, эффективность разнесенного приема тем выше, чем менее коррелированы замирания в составляющих сигналах.

Возможны пять вариантов разнесенного приема:

– с разнесением во времени (time diversity) – применяют сигналы, сдвинутые во времени один относительно другого, при этом временной разнос выбирают близким к полупериоду быстрых замираний (этот метод сравнительно легко реализуем при TDMA, но качество приема улучшается

вущерб пропускной способности канала связи);

–с разнесением по частоте (frequency diversity) – применяют сигналы, передаваемые на нескольких частотах со сдвигом более 300 кГц при FDMA, «платой» является расширение используемой полосы частот;

–с разнесением по углу или направлению (angle diversity или direction diversity) – сигналы принимаются несколькими антеннами с рассогласованными (не полностью перекрывающимися) диаграммами направленности, а сигналы с выходов разных антенн коррелированы тем слабее, чем меньше перекрытие диаграмм направленности, при этом падает эффективность приема, по крайней мере, для всех антенн, кроме одной;

–с разнесением по поляризации (polarization diversity) – две антенны принимают сигналы двух взаимно ортогональных поляризаций (практического значения этот вариант не имеет, поскольку в диапазоне СВЧ замирания на разных поляризациях сильно коррелированные);

–с разнесением в пространстве (space diversity), т. е. приемом сигналов несколькими пространственно разнесенными антеннами, этот метод наиболее распространен

(когда говорят о разнесенном приеме, именно его имеют в виду).

28

Для метода пространственного разнесения очевидно, что выигрыш тем больше, чем больше число используемых антенн, однако возрастает и сложность технического решения. Поэтому практическое применение находит простейшая система с двумя приемными антеннами базовых станций. В подвижных станциях разнесенный прием не используют. С ростом расстояния между антеннами корреляция между флуктуациями уровня принимаемых ими сигналов падает, чем больше разнос антенн, тем выше эффективность разнесенного приема. При этом возрастает и сложность технической реализации, поэтому практически разнос выбирают минимальным, при котором разнесенный прием уже достаточно эффективен. Реально с учетом как аналитических оценок, так и эмпирических данных разнос обычно составляет около десятка длин волн, т. е. порядка нескольких метров (900 МГц соответствует длине волны 30 см).

Объединение сигналов с выходов двух антенн возможно:

–с использованием одного более сильного из двух сигналов;

–с додетекторным когерентным суммированием обоих сигналов;

– с последетекторным суммированием сигналов с равными весами или взвешиванием, обеспечивающим получение максимума отношения сигнал/шум.

Применение скачков по частоте – это совмещенные частотный и временной способы разнесенного приема, когда недостатки того или другого способа исключаются, так как

по частоте заключается в том, что несущая частота для каждого физического канала периодически изменяется. Поскольку рэлеевские замирания – частотно-селективные, то, если при работе на некоторой частоте имело место замирание, при изменении рабочей частоты до 300 кГц замирания

29