Формирование спектра излучаемых сигналов

При заданной скорости передачи данных (длительности пе­редачи символа) влияние МСИ зависит от частотной характери­стики канала, определяющей значение времени рассеяния, и спектра излучаемого сигнала, определяющего длительность отклика в приемнике.

В цифровой системе связи спектральную плотность мощ­ности излучаемого сигнала можно формировать путем выбора формы импульса (огибающей посылки, см. гл.4), а также введе­нием корреляции (памяти) посредством кодирования.

Кодирование для формирования спектра сигнала выполня­ется после канального кодирования. Используемые для этой це­ли коды обычно называют в литературе модуляционными кодами или кодами перевода данных [38]. Такие коды вводят определен­ные ограничения на последовательность передаваемых символов, подаваемых на модулятор. Тем самым в сигнал вводится память, которая может быть далее использована при демодуля­ции (в частности, с помощью алгоритма Витерби).

Более подробно проблема формирования спектра сигнала рассмотрена, например, в [38].

Эквалайзинг

В узкополосных цифровых системах (в частности, в ССМС стандартов GSM и D-AMPS) для компенсации межсимвольных ис­кажений, возникающих за счет многолучевого распространения, может быть использован эквалайзинг (equalizing - буквально вы­равнивание). Метод предназначен для компенсации разности хода между составляющими при многолучевом распространении, кото­рая приводит к МСИ. По существу эквалайзер представляет собой адаптивный фильтр, настраиваемый таким образом, чтобы сигнал на его выходе был в возможно большей степени очищен от меж­символьных искажений, содержащихся во входном сигнале.

Эквалайзеры, используемые, например, в ССМС стандарта GSM, обеспечивают выравнивание по времени импульсных сиг­налов при рассогласовании до 16 мкс [25].

Принцип выравнивания хорошо иллюстрирует схема про­стейшего линейного эквалайзера с трехэлементной линией за­держки, рассмотренная в [13] (рис. 6.8).

Алгоритм работы приведенного устройства достаточно прост. Если на входе фильтра присутствует основной сигнал

и его копия, сдвинутая на время г, равное времени задержки сиг­нала в фильтре, и уменьшенная по амплитуде, то подбором ко­эффициентов можно добиться, чтобы на выходе фильтра полно­стью сохранился основной сигнал, а вторая составляющая, пред­ставляющая собой помеху, была уменьшена.

Ясно, что такой эквалайзер будет выполнять свое назначе­ние лишь в том случае, когда, кроме основного сигнала, имеется только один дополнительный и его задержка относительно ос­новного сигнала равна времени задержки сигнала в фильтре.

В реальных условиях на вход приемного устройства может поступать большое число сигналов (радиоволн), задержка между которыми неизвестна.

Линейным эквалайзером, наиболее часто используемым на практике, является линейный трансверсальный фильтр (рис. 6.9) _L_]. На его вход поступает принятая сигнальная последователь­ность {R_j}, а выходом являются оценки информационной последо­вательности {а_j}. Оценка K-го символа может быть выражена в виде (6.19)

где Cj - весовой коэффициент j-й ячейки фильтра. Решение а_к определяется квантованием оценки а_к до ближайшего (по рас­стоянию) информационного символа [38].

Общее количество ячеек фильтра равно 2M+1, где М, как и ранее, означает число дополнительных лучей, создающих МСИ. Это обуславливает линейную зависимость вычислительной слож­ности эквалайзера от величины временного рассеяния в канале.

В качестве критерия оптимизации наиболее часто исполь­зуется критерий минимума среднего квадрата ошибки. (6.20)

В рассмотренной структуре линейного эквалайзера задерж­ка сигнала между ячейками равна длительности символов. Такое построение является оптимальным, если перед эквалайзером имеется фильтр, согласованный с переданным сигналом, иска­женным в канале [38]. Если характеристики канала неизвестны, то приемник обычно согласуется с переданным сигнальным им­пульсом. При этом эффективность выравнивания существенно снижается.

В дробных эквалайзерах используется дискретизация при­ходящего сигнала с частотой, не меньшей удвоенной ширины спектра сигнала (т.е. задержка между ячейками не превышает времени дискретизации по Котельникову).

Линейные эквалайзеры относительно просты по устройст­ву, однако при больших искажениях сигналов, что характерно для систем мобильной радиосвязи, их эффективность оказывается невысокой [13, 38].

Примером нелинейного эквалайзера является эквалайзер с обратной связью по решению (рис. 6.10). Он состоит из двух фильтров - фильтра прямой и фильтра обратной связи по реше­нию (ОСР). Прямой фильтр идентичен линейному трансверсальному фильтру, рассмотренному выше (рис. 6.9). Фильтр обратной связи имеет на своем входе последовательность решений по предшествующим продетектированным символам (что и обу­словливает нелинейность эквалайзера) и используется для уст­ранения в предстоящей оценке части МСИ, вызванной предыду­щими символами [38].

Все рассмотренные выше эквалайзеры ориентированы на ситуацию, когда характеристики канала (импульсная, частотная) в достаточной мере известны приемной стороне. Однако для ССМС такая ситуация не характерна. В большинстве случаев ха­рактеристики канала априори не известны и, кроме того, не постоянны.

 

 

Поэтому эквалайзер должен включать петлю адаптации, чтобы изменения характеристик канала могли быть учтены в про­цессе работы. На рис. 6.11 представлена схема линейного адаптивного эквалайзера, основанного на критерии минимума среднеквадратической ошибки. Алгоритм подстройки весовых коэффициентов подобного эквалайзера [38]: (6.21)

где С_к - набор коэффициентов K-й итерации; е_к = а_к-а_к - сигнал ошибки K-й итерации;

- вектор отсчетов прини­маемого сигнала, по которым делаются оценки а_к; х - малое поло­жительное число, определяющее скорость сходимости алгоритма.

Для первоначального оценивания весовых коэффициентов эквалайзера желательно иметь информацию о переданной ин­формационной последовательности. Во всех цифровых ССМС это обеспечивается включением "обучающей последовательно­сти" в состав каждого кадра передачи речевого сигнала.

Принципиально возможно построение адаптивного эква­лайзера, не использующего для первоначальной настройки обу­чающую последовательность ("слепое выравнивание"). Следует отметить, что рассмотренные примеры далеко не исчерпывают все возможные варианты построения эквалайзеров. Более подробно информацию о структурах эквалайзеров, алгоритмах оценивания весовых коэффициентов и эффективно­сти выравнивания можно почерпнуть из [38]. В заключение можно отметить, что эквалайзер не всегда рассматривается как функционально необходимое звено прием­ника и спецификации, как правило, отдают производителю реше­ние вопроса о его наличии или отсутствии.