Навигация
Переваги технології цифрового діаграмоутворення (ЦДУ) в зв’язку
40137
знаков
2
таблицы
20
изображений
2. Переваги технології цифрового діаграмоутворення (ЦДУ) в зв’язку
Останнім часом все більшого поширення набуває технологія цифрового діаграмоутворення (ЦДУ). Ним все більш приділяється значиме місце в сучасних системах зв’язку, ними займаються практично у всіх технічно розвитих країнах світу. Без них не обходяться концепції мобільного зв’язку 3-го і 4-го поколінь. Як відомо, ЦДУ реалізується за допомогою цифрових антенних решіток (ЦАР) [3, 4], за кордоном також іменованих Smart-антенами (розумними антенами). Використовують і синонім - Intelligent Antenna. Можливо, ці поняття, що віддають рекламою й орієнтовані на рядового споживача, не самі вдалі. Однак вони як не можна краще відбивають суть можливостей, наданих технологією цифрового діаграмоутворення (ЦДУ), завдяки яким антенні системи стають усе більш “інтелектуальними”.
Які ж переваги нового класу антенних систем перед традиційними антенами, у тому числі перед їхнім прототипом - фазованими антенними решітками (ФАР)? Для відповіді на це питання необхідно розглянути схемотехніку ЦАР [5-8].
Цифрова антенна решітка - це антенна система, що представляє собою сукупність аналого-цифрових каналів із загальним фазовим центром, у якій діаграма спрямованості формуються в цифровому виді, без фазообертачів. Теоретичні основи такого підходу до побудови антен були закладені ще в 60-70-і роки минулого століття. Але лише тепер, з розвитком мікропроцесорної техніки, стало можливим практично реалізувати накопичений науковий досвід. У колишньому СРСР протягом 60-90-х років XX сторіччя вже існували спроби розробки теоретичних основ аналізу з надрозрізненням сигналів, а також проводились випробування низки макетів і опитних зразків радіотехнічних систем з ЦАР.
Сучасні технології ЦАР своїм масовим розвитком зобов’язані інтеграції процесорів цифрової обробки сигналів з аналого-цифровими і цифро-аналоговими перетворювачами (АЦП/ЦАП) у рамках одного модуля або навіть чіпа [4, 5]. Побудова каналів ЦАР на такій основі дозволяє уніфікувати процедури й апаратні вузли обробки сигналів і спрощує їхню адаптацію до того чи іншого протоколу роботи. Технологія ЦДУ забезпечує максимальну простоту реконфігурації і модифікації систем зв’язку, що найчастіше зводиться лише до заміни їхнього програмного забезпечення. При цьому архітектура радіоелектронної апаратури може оптимізуватися (за ресурсами і функціональністю) безпосередньо під виконувані задачі. У цьому змісті технологію ЦАР можна вважати вінцем розвитку настільки популярної сьогодні концепції програмної реконфігурації архітектури (Software Defined Radio).
Ключова особливість ЦАР - цифрове формування променів діаграми спрямованості (ДС) антени. У задачах зв’язку це дозволяє динамічно оптимізувати зону покриття, що обслуговується, оперативно перенацілюючи цифрові приймально-передавальні промені (рис. 1.5) у залежності від територіального розподілу абонентів. Сузір’я променів, синтезоване, наприклад, по алгоритмах швидкого перетворення Фур’є або за допомогою класичних процедур дискретного Фур’є-аналізу, є, по суті, сукупністю просторово-частотних фільтрів, кожний з яких селектує строго визначений набір сигналів і придушує інші, сприймані як завадові.
Технологія ЦДУ істотно поліпшує якість зв’язку в умовах багатопроменевого поширення радіохвиль, а також значно підвищує перешкодозахищеність системи при інтенсивних радіозавадах. Це досягається тим, що характеристики цифрових фільтрів в антенних каналах практично ідентичні.
Рис. 1.5. Адаптивна стратегія в керуванні ДС антенної системи базової станції.
Розкид же характеристик фільтрів приводить до того, що при виникненні випадкової перешкоди в кожнім з каналів з’являється мультиплікативний завадовий сигнал, пропорційний добутку амплітуди перешкоди на відхилення характеристик вхідного фільтра від номінального значення. Мультиплікативні ж завади, що виявляються як завмирання сигналу, набагато неприємніше адитивних. Дійсно, від адитивного шуму, однакового в кожнім з каналів, можна позбутися, ідентифікуючи його як загальну складову сигналу у всіх каналах і віднімаючи його із сигнальної суміші. Мультиплікативний же завадовий сигнал компенсувати неможливо. Однак завдяки комплексному використанню ЦДУ та сучасних стандартів зв’язку мультиплікативні завади вдається мінімізувати.
Крім того, ЦДУ сприяє і збільшенню динамічного діапазону приймальних антен. Дійсно, при синфазному додаванні сигналів у кожнім з каналів антенної решітки в процесі ЦДУ дисперсія (середня потужність) шуму росте пропорційно числу каналів антенної решітки R, а потужність сигналу (пропорційна квадрату амплітуди) - пропорційно R2. Отже, відношення сигнал/шум після ЦДУ зросте в R раз, що підвищує чутливість системи, а виходить, і динамічний діапазон (відношення амплітуди максимального сигналу до мінімального). У результаті “нулі” ДС у напрямках джерел завад (рис. 1.6.) формуються без “напливу” провалів, звичайних при недостатньому динамічному діапазоні приймального модуля. У ФАР якість придушення завад обмежено неідентичністю фазообертачів і малою розрядністю їхніх схем керування (звичайно 5-7 розрядів), тоді як у ЦАР уже використовуються 14-розрядні АЦП. Багаточисельні експерименти підтверджують можливість придушення активної шумової завади в 8-елементної ЦАР більш ніж на 30 дБ не тільки по бічних пелюстках, але й у головному промені ДС при середньоквадратичному відхиленні коефіцієнтів підсилення аналогових приймальних каналів 0,5 дБ і величині фазових помилок не більш 30 [4].
Рис. 1.6. Адаптивна діаграма спрямованості з “нулями” в напрямках 2 джерел завад.
ЦАР на базових станціях стільникового зв’язку дозволяють істотно збільшувати їхню пропускну спроможність за рахунок одночасного багатопроменевого прийому сигналів у всьому робочому секторі. При цьому можливо досягнення надрелеївської здатності, що дозволяє, по напрямках приходу сигналів, частоті і часу затримки. Таке розрізнення, наприклад, за кутовою координатою для 2 точкових джерел у лінійної ЦАР забезпечує метод MUSIC [5], що зводиться до пошуку локальних максимумів вирішальної функції Н(х) у просторі променів ДС (рис. 1.7). Неважко помітити, що, на відміну від традиційної обробки, метод Кейпона чітко видає 2 відособлених відгуки.
Рис. 1.7. Надрелеївське розрізнення сигналів за напрямком їх приходу методом MUSIC.
Відомо вже досить багато методів над розрізнення, реалізація яких, у залежності від відношення сигнал/шум, дозволяє роздільно селектувати до десяти і більш точкових об’єктів у межах головного пелюстка приймальної діаграми спрямованості ЦАР.
З урахуванням властивостей:
Внаслідок зазначеного, система зв’язку на базі технології ЦДУ має можливості для ефективного вирішення наступних складних завдань [9]:
- поліпшення відношення сигнал/завада завдяки формуванню “нулів” ДС у напрямках завадових сигналів, у тому числі від сусідніх бортових та наземних станцій, навіть у головних пелюстках ДС;
- придушення завадових сигналів, що виникають у разі багатопроменевого поширення радіохвиль, істотне зниження глибини федінгової модуляції;
- досягнення максимальної ефективності систем множинного доступу з частотним (Frequency Division Multiple-Access, FDMA), часовим (Time Division Multiple Access, ТDMA), кодовим (Code Division Multiple Access, CDMA) та просторовим ущільненням (Space Division Multiple Access, SDMA);
- інтеграція в єдину інформаційну систему різних за функціональним призначенням підсистем, а саме радіонавігації, радіозв’язку тощо;
- підвищення інтенсивності корисних сигналів шляхом фокусування максимумів ДС у напрямках рухомих кореспондентів;
- вирішення проблеми електромагнітної сумісності.
Таким чином, впровадження технології ЦДУ дозволяє істотно поліпшити пропускну спроможність каналів зв’язку та досягти високого рівня завадозахищеності телекомунікаційних магістралей, стійкого їх функціонування в умовах багатопроменевого поширення радіохвиль та наявності активних завад штучного походження.
Похожие работы
... ідеальних напруг приймальних каналів U, які вільні від ефекту взаємного впливу, вирішується система: , (27) де - вектор реальних напруг приймальних каналів, отриманих після аналого-цифрового перетворювача (АЦП) без проведення корекції. З метою компенсації взаємного впливу, розв’язання системи (12) здійснюється за методом найменших квадратів з мінімізацією функц ...
... ї системи управління та її основі – системи зв’язку, особливо її мобільної компоненти, потрібно шукати нові методи розвитку радіорелейних комплексів для покращення якості і взаємодії різних каналів зв’язку. Ці пошуки можливо реалізувати на основі перспективних схемо технічних рішень, що і потрібно нам зробити. А також щоб вони могли забезпечити надійну, своєчасну і якісну передачу всіх видів і ...
0 комментариев