тота замираний глубиной 30... 10 дБ при скорости порядка 50 км/ч составляет 5-50 провалов в секунду соответственно, а средняя длительность замираний ниже уровня 30... 10 дБ при той же скорости -порядка 0,2...2 мс.

Медленные замирания возникают из-за изменения условий затенения при перемещении подвижной станции и рефракции радиоволн и подчиняются логарифмически нормальному закону распределения. Интенсивность медленных флуктуации не превышает 5-10 дБ, а их периодичность соответствует перемещению подвижной станции на десятки метров, фактически медленные замирания представляют собой изменение среднего уровня сигнала при перемещении подвижной станции и рефракции радиоволн, на которые накладываются быстрые замирания вследствие многолучевого распространения.

Основную неприятность при сотовой связи доставляют быстрые замирания, поскольку они бывают достаточно глубокими, при этом отношение сигнал - шум падает настолько сильно, что полезная информация может существенно искажаться шумами, вплоть до полной ее потери. Для борьбы с быстрыми замираниями используются два основных метода:

- разнесенный прием, т.е. одновременное использование двух или более приемных антенн;

- работа с расширением спектра - использование скачков по частоте, а также метода CDMA.

Межсимвольная интерференция, как мы уже упоминали выше, может иметь место при значительных разностях хода между различными лучами в условиях многолучевого распространения. Практически разности хода в городских условиях могут достигать единиц микросекунд. В методе CDMA, при использовании широкополосных сигналов и рейк-приемников, наиболее сильные сигналы выравниваются по задержке и после этого скпадываются, так что проблема межсимвольной интерференции в значительной мере снимается. В относительно узкополосных системах сотовой связи, использующих метод ТОМА, для борьбы с межсимвольными искажениями применяются эквалайзеры - адаптивные фильтры, устанавливаемые в приемном тракте цифровой обработки сигналов, которые позволяют в некоторой степени компенсировать межсимвольные искажения. Наконец, для борьбы с последствиями многолучевого распространения, а именно для устранения ошибок, обусловленных как замираниями сигналов, так и межсимвольной интерференцией, используется помехоустойчивое канальное кодирование: блочное и сверточное кодирование, а также перемежение.

Разнесенный прием. Идея разнесенного приема (англ. термин diversity reception или просто diversity - разнесение) как меры борьбы с быстрыми замираниями заключается в совместном использовании

нескольких сигналов, различающихся (разнесенных) по какому-либо параметру или координате, причем разнесение должно выбираться таким образом, чтобы вероятность одновременных замираний всех используемых сигналов была много меньше, чем какого-либо одного из них. Иными словами, эффективность разнесенного приема тем выше, чем менее коррелированы замирания в составляющих сигналах. Кроме того, важны техническая реализуемость и простота используемого метода.

В принципе возможны как минимум пять вариантов разнесенного

приема:

- с разнесением во времени (time diversity); при этом используются сигналы, сдвинутые во времени один относительно другого; метод сравнительно легко реализуем лишь в цифровой форме, и улучшение качества приема разменивается на пропускную способность канала связи;

- с разнесением по частоте (frequency diversity); при этом используются сигналы, передаваемые на нескольких частотах, т.е. платой является расширение используемой полосы частот;

- с разнесением по углу или по направлению (angle diversity или direction diversity); при этом прием производится на несколько антенн с рассогласованными (не полностью перекрывающимися) диаграммами направленности; в данном случае сигналы с выходов разных антенн коррелированы тем слабее, чем меньше перекрытие диаграмм направленности, но при этом одновременно падает и эффективность приема (интенсивность принимаемого сигнала), по крайней мере, для всех антенн, кроме одной;

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

- с разносом в пространстве (space diversity), т.е. с приемом сигналов на несколько пространственно разнесенных антенн; это единственный метод, находящий практическое применение, и именно он обычно имеется в виду, когда говорят о разнесенном приеме. Для метода пространственного разнесения или, с учетом сказанного выше, для разнесенного приема необходимы как минимум две приемные антенны, установленные с некоторым смещением одна относительно другой. Из общих соображений очевидно, что выигрыш от разнесенного приема тем больше, чем больше число используемых антенн, однако при этом возрастает и сложность технического решения. Поэтому практическое применение находит простейшая система с двумя приемными антеннами, и в основном в базовых станциях. В абонентских станциях сколько-нибудь широкого распространения разнесен-

НЫЙ прием не получил. Существенными характеристиками системы разнесенного приема являются расстояние между антеннами и способ совместного использования сигналов с выходов двух антенн. Ограничимся краткими сведениями об этих характеристиках, не углубляясь в более подробный анализ. С ростом расстояния между антеннами корреляция между флуктуациями уровня принимаемых ими сигналов падает, и в этом смысле чем больше разнос антенн, тем выше эффективность разнесенного приема. Но при этом возрастает и сложность технической реализации, так что практически разнос берется минимально возможным, 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. несколько метров.

Что касается способов объединения сигналов с выходов двух антенн, то в принципе возможно как использование одного (более сильного) из двух сигналов, так и суммирование обоих сигналов - доде-текторное (когерентное) или последетекторное, с равными весами или со взвешиванием, обеспечивающим получение максимума отношения сигнал - шум. В случае двух приемных антенн различие в эффективности этих способов относительно невелико, и на практике обычно применяется наиболее простой из них - выбор максимального из двух сигналов с коммутацией выхода соответствующего приемника на вход тракта последующей обработки.

Скачки по частоте. Использование скачков по частоте (frequency hopping), как мы уже упоминали ранее, является одним из методов расширения спектра, принципиапьно отпичающимся от метода расширения спектра за счет модуляции прямой последовательностью (direct sequence), которая применяется в классическом методе CDMA.

Идея метода скачков по частоте состоит в том, что несущая частота для каждого физического канала периодически изменяется, т.е. каждый физический канал периодически переводится на новый частотный канап. Поскольку релеевские замирания являются частотно-селективными, то, если при работе на некоторой частоте имело место замирание, при изменении рабочей частоты на 100-300 кГц замирания с большой вероятностью не будет. Следовательно, при достаточно частых изменениях частоты существенно снижается вероятность длительных замираний, и соответственно в сочетании с перемежени-ем снижается вероятность групповых ошибок, а с одиночными ошибками можно успешно бороться при помощи помехоустойчивого канального кодирования.

Различают медленные и быстрые скачки по частоте. При медпен-ных скачках период изменения частоты много бопьше дпитепьности символа передаваемого сообщения, а при быстрых скачках - много

Трансверсальный фильтр

Генератор управляющих сигналов

Рис. 17.9. Структурная схема трансверсального эквалайзера

меньше длительности символа. В практике сотовой связи применение скачков по частоте предусмотрено стандартом GSM и в аппаратуре радиодоступа фирмы Tadiran испопьзуются медпенные скачки с переключением частоты в каждом очередном кадре. Если учесть, что в кадре каждому физическому каналу соответствует один слот, то для любого из физических каналов такая частота скачков эквивалентна смене частотных каналов с частотой слотов.

Эквалайзинг. Рассмотрим эквалайзинг - метод, испопьзуемый в узкопопосных TDMA-системах радиодоступа дпя компенсации меж-симвопьных искажений. Термин эквапайзинг заимствован из анг-пийского языка (equalizing - буквапьно выравнивание) и имеет в данном спучае смысп компенсации той разности хода между составпяю-щими пучами при многопучевом распространении, которая.приводит к межсимвопьной интерференции. Эквапайзер по своей сути - это адаптивный фильтр, настраиваемый таким образом, чтобы сигнал на его выходе был в возможно большей степени очищен от межсимвольных искажений, содержащихся во входном сигнале.

Простейшая реализация эквалайзера (рис. 17.9) на основе трансверсального фильтра.

На вход трансверсального фильтра поступает искаженный (с межсимвопьными помехами) в тракте передачи цифровой сигнап. В решающем устройстве регенератора (РУ) принимается решение о переданном симвопе с испопьзованием тактового сигнапа (ТС). На вход вычитателя подаются сигналы до и после принятия решения, и в результате на его выходе появпяется сигнал ошибки, показывающий, наскопько сигнап на выходе трансверсапьного фильтра отличается от принятого решения. И этот сигнап ошибки используется в генераторе управпяющих сигнапов для выработки весовых коэффициентов, подаваемых на отводы трансверсального фильтра. Согласно этой схеме трансверсальный эквалайзер представпяет собой схему с обратной связью с автоматической минимизацией ошибки на выходе вычитатепя. Таким образом осуществпяется компенсация межсимвопьных помех, вызванных как трактом распространения, так и аппаратурой.

18 ::м)

17.3. Методы множественного доступа

Понятие множественного доступа (английский эквивалент multiple access) связано с организацией совместного использования ограниченного участка спектра многими пользователями [3, 4]. В ортодоксальных подходах выделяется пять вариантов множественного доступа:

1. с частотным разделением каналов связи.

2. с временным разделением каналов связи.

3. с кодовым разделением каналов связи.

4. с пространственным разделением каналов связи.

5. с поляризационным разделением каналов связи. Практический интерес для сотовой связи представляют первые

три из них, поэтому в следующих разделах мы рассмотрим их подробнее. Четвертый метод фактически применяется в реализации принципа повторного использования частот, в частности при делении ячейки на сектора с использованием направленных антенн, но обычно этот прием не преподносится как один из методов множественного доступа. Случаи практического применения поляризационного разделения нам не известны.

Множественный доступ с частотным разделением. Множественный доступ с частотным разделением (Frequency Division Multiple Access - FDMA), или множественный доступ с разделением каналов связи по частоте - наиболее простой из трех методов множественного доступа как по своей идее, так и по возможности реализации. В этом методе каждому пользователю на время сеанса связи выделяется своя полоса частот Af (частотный канал), которой он владеет безраздельно (рис. 17.10). Метод FDMA используется во всех аналоговых системах сотовой связи и радиодоступа (системах первого поколения) - это единственный метод, который целесообразно использовать в аналоговых системах, при этом полоса Af составляет

Пользователь N

А/ А/ А/

Пользователь 3

Пользователь 2

Пользователь 1

Рис. 17.10.1\Летод FDMA в координатах время-частота

10...30 кГц. Основное слабое место FDMA - недостаточно эффективное использование полосы частот. Эта эффективность заметно повышается при переходе к более совершенному методу TDMA, что позволяет соответственно повьюить емкость системы сотовой связи.

Множественный доступ с временным разделением. Множественный доступ с временным разделением (Time Division Multiple Access - TDMA), или множественный доступ с разделением каналов связи по времени, также достаточно прост по идее, но значительно сложнее в реализации, чем FDMA. Суть метода TDMA заключается в том, что каждый частотный канал разделяется во времени между несколькими пользователями, т.е. частотный канал по очереди предоставляется нескольким пользователям на определенные промежутки времени. Это соответствует возможности реализации нескольких физических каналов в одном частотном. В качестве примера на рис. 17.11 представлен случай, когда каждый частотный канал делится между тремя пользователями. Строго говоря, приведенная на рис. 17.11 схема соответствует не чистому методу TDMA, а сочетанию FDMA с TDMA, поскольку мы рассматриваем здесь случай не одного, а нескольких частотных каналов, каждый из которых делится во времени между несколькими пользователями. Однако именно такая схема находит т1рактическое применение в системах сотовой связи и радиодоступа, и именно ее обычно называют схемой TDMA.

Практическая реализация метода TDMA требует преобразования сигналов в цифровую форму и характерного сжатия информации во времени. Цифровая обработка сигналов и схема TDMA используются в стандартах сотовой связи второго поколения: D-AMPS, GSM, PCS. Особенно нагляден в этом отношении стандарт D-AMPS: при сохранении той же полосы частотного канала Af = 30 кГц, что и в аналоговом стандарте AMPS, число физических каналов в нем возрастает втрое и более чем втрое возрастает емкость системы; с вводом полускоростного кодирования этот коэффициент увеличится еще в

Рис. 17.1 , Метод TDMA в координатах время-частота