4,5  Принцип действия корреляционного приемника в системах связи с расширенным спектром.

В этом разделе рассмотрим каким образом в системах связи CDMA в общей полосе частот одновременно организуются физические каналы передачи информации , для чего упрощенно изобразим структуру БС и АС:

Для простоты предположим, что в зоне действия БС в активном режиме находится 3 АС, это означает, что 3 разных информационных сообщения 3-м абонентам будут кодироваться 3-мя различными кодовыми сигналами и после кодировки почипово суммируются. Полученный таким образом результирующий сигнал после модуляции излучается антенной БС. Рассмотрим временные диаграммы формирования этого результирующего сигнала:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На приеме после демодуляции результирующий сигнал умножается на синхронизированную копию кодового сигнала, затем почипово суммируется в пределах отчетов равных длительности информационного сигнала. После сумматора сигнал поступает на интегратор, где собственно и принимается решение о наличии или отсутствии сигналов.

Продолжая пример рассмотренный ранее , предположим, что результирующий сигнал поступает к абоненту 2, тогда временные диаграммы формирования сигнала на приеме у абонента 2 будут выглядеть следующим образом:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Внашем примере бит данных расширяется, а затем сужается 8-мью чипами кодового сигнала. Можно заметить, что результат умножения  результирующего сигнала на собственный кодовый сигнал и последующая интеграция приводит к увеличению амплитуды сигнала на выходе в идеале на коэффициент равный количеству чипов в бите (в данном случае на 8)

Рассмотрим теперь случай, когда результирующий сигнал на приеме  умножается на канальный код, не использующийся при формировании и передаче на БС результирующего сигнала для абонентов сети:

Рисунок:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Видно, что почиповое суммирование в пределах длительности бита и последующее интегрирование приводит к тому, что значение сигнала оказывается близким к 0, отмеченный выше эффект называется выигрышем в отношении сигнал/шум при обработке сигнала и является фундаментальным показателем для всех систем CDMA позволяющим системам   CDMA  быть робастными (отличными друг от друга) в отношении внутренней интерференции, а это необходимо для повторного использования той же самой частоты в соседних сотах системы CDMA.

Как БС так и АС систем CDMA используют по существу одинаковый кратко описанный выше тип корреляционного приемника, однако из-за многолучевого распространения сигнала от БС к АС и наоборот можно использовать множество корреляционных приемников для того чтобы восстановить энергию от множества этих лучей.

Такая совокупность корреляционных приемников носит название rake-приемников. Данный приемник изучает различные многолучевые задержки  на предмет кодовой корреляции, потом соответствующим образом  восстанавливает  задержанные сигналы, которые затем оптимально сочетаются с выходом других независимых корреляторов.

Приведем схему rake-приемника (обобщенную):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перед тем как рассмотреть принцип работы rake-приемника, изображенного на рисунке кратко рассмотрим к каким последствиям приводит многолучевое распространение сигнала. Эффект многолучевости в системах CDMA приводит к 2-м основным последствиям:

1)      Энергия сигнала относящаяся к одному чипу сигнала CDMA  может поступать в приемник в четко  различные моменты времени

 

2)      Кроме того для определенного значения временной задержки обычно имеется множество лучей почти равной длины, по которой распространяется сигнал. В результате в приемнике имеет место подавление полезного сигнала, называемое быстрым замиранием

В системах CDMA в качестве контр-мер описанных последствий многолучевости используются следующие контр-меры:

1) Рассеянная энергия сигналов с задержкой складывается за счет использования множества каналов rake-приемника(на рисунке их 3.тракт1,2,3) настроенные на те значения задержки τ с которыми поступают сигналы со значительной энергией

2) Для смягчения проблемы связанной с замиранием мощности используются:

А) Быстрое управление мощностью

Б)Разнесенный прием, т.е. использование 2-х антенн на БС с пространственным (позиционным )разнесением.

 

Как видно rake-приемник использует то положительное количество многолучевости, как поступление одного и того же сигнала через промежутки времени

В свою очередь это обуславливает следующие принципы работы  rake-приемника изображенного на рисунке.

 

1)      Принимаемый сигнал X(t) поступает на М ( в нашем случае М=3) параллельных корреляторов (принцип работы которых рассмотрен ранее) На вторые входы корреляторов подаются кодовые сигналы с временными сдвигами τ1, τ2, τ3, соответствующие предсказанным задержкам многолучевых компонентов

2)       Опустим подробности, каким образом в rake-приемнике осуществляется оценка задержки τi, более подробно позже!!!

Здесь отметим лишь то обстоятельство, что сетка измерений по длительности для получения профиля  задержки при многолучевом распространении составляет величину порядка 0.25-0.5 длительности чипа со скоростью обновления порядка десятых долей миллисекунд

3)      На выходе каждого коррелятора в соответствующем тракте  rake-приемника формируется отчет отклика на соответствующую компоненту входного сигнала, который при безошибочном предсказании задержки точно совпадает с переданными символами данных пользователя

4)      На выходе каждого коррелятора устанавливается выравниватель задержки, который компенсирует разницу во времени прибытия символов в каждый тракт rake-приемника

5)      Сведенные таким образом к одному и тому же моменту времени выходы корреляторов далее суммируются , тем самым используя эффект многолучевости для повышения качества связи (сигнала)

 

Эффективность rake-приемника находится в прямой зависимости от точности знаний характеристик каналов. В настоящее время разработаны и применяются многочисленные модификации rake-приемников. Наиболее сложными являются адаптивные rake-приемники, в которых характеристики каналов рекуррентно оцениваются в процессе работы.

Требования широкополосности  являются необходимыми , но не достаточным условием для успешной работы rake-приемника. Среди множества широкополосных сигналов подходящими для обсуждаемых применений являются лишь те, которые обладают хорошими автокорреляционными свойствами.