Система передавання інформації по каналах багатоантенного радіозв’язку в умовах завмирань

Реферат: UA 76776 U UA 76776 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки телекомунікацій і може бути використана у пристроях передавання цифрової інформації по радіоканалах з завмираннями сигналів. Відомий спосіб завадостійкої передачі інформації по багатопроменевим радіоканалам з завмираннями сигналів обрано як найближчий аналог [1]. У даному способі запропоновано оточити середовище багатопроменевого розповсюдження радіосигналів Н безліччю передавальних і приймальних антен, відповідним чином організувати передачу і, відповідно, прийом. Недоліком всіх відомих методів прийому сигналів в каналах є складність обробки сигналів, що отримуються з виходів приймальних антен, використання когерентного прийому, що збільшує складність обробки сигналів, в структурі кадру включення пілот-сигналів перед даними обумовлено необхідністю організації в демодуляторі когерентного прийому [2]. Перш за все, слід відзначити переборний характер подібних систем, реалізація яких пов'язана з певною складністю. У всіх варіантах систем потрібне попереднє знання матриці Н (матриці коефіцієнтів передачі каналу). Це спільно з вимогою когерентного прийому додатково ускладнює обробку сигналу на прийомі. У численних публікаціях з проблематики каналів багатоантенного радіозв'язку [3, 4, та ін.] звертається увага на необхідність відмови від когерентного прийому з метою спрощення устаткування і переходу до методу передачі, що не вимагає застосування когерентного прийому. Поставлена задача усунення цих недоліків. Технічним вирішенням задачі є диференціальний модулятор та диференціальний демодулятор, які використовують метод фазорізницевої модуляції [5], при якій інформація щодо переданих символів в фазорізницевому модуляторі закладається в різницю фаз сусідніх посилок переданого сигналу з фазовою модуляцією (ФМ) несучої. Виділення інформації на прийомі проводиться шляхом вимірювання різниці фаз сусідніх посилок в фазорізницевому демодуляторі (автокореляторі), що містить перемножувач, на перший вхід якого подається сигнал, що приймається, а на другий вхід поданий сигнал, що приймається через лінію затримки на тривалість елемента сигналу, причому, вихід перемножувача поданий на інтегратор на інтервалі тривалості посилання сигналу. На фіг. 1 показана структура корелятора, що реалізує диференціальний демодулятор в кожному з каналів прийому. В фазорізнецевому демодуляторі для кожного даного прийнятого символу опорним є попередній прийнятий символ, що дозволяє уникнути необхідності застосування когерентного прийому. Застосування автокореляційного методу обробки ФМ сигналу відносять до розряду некогерентних методів, що не вимагають відновлення несучої в демодуляторі для когерентного прийому. Таке спрощення процедури демодуляції оплачується зниженням завадостійкості: за рахунок двократного проникнення шумів на перемножувач. Вихідне відношення сигнал/шум некогерентного демодулятора на 3 дБ виявляється нижче, ніж вихідне відношення сигнал/шум когерентного демодулятора. Крім того для виправлення недоліків використовується метод завадостійкого кодування згорткове кодування з декодуванням по алгоритму Вітербі [6, 7]. Кодер згорткового коду містить n виходів, якими його підключають до n входів модулятора каналу. Застосування завадостійкого кодування дозволяє отримати певний енергетичний виграш кодування (ЕВК), рівний величині відношення сигнал/шум (с/ш) в каналі, на яку можна знизити відношення с/ш на вході декодера при введенні кодування. Зазвичай величина ЕВК складає =(4-7) дБ. При реалізації декодера Вітербі необхідно вирішувати задачу гілкової синхронізації, що складається у визначенні меж гілок в потоці прийнятих символів згорткового коду. На фіг. 2 показана структура пакета позначення: СС - сигнал синхронізації; ЗК-1, ЗК-2, … ЗК-n - фрагменти пакета, призначені для передачі кодових символів з виходів кодера згорткового коду з номерами (1, 2, … n). Для встановлення часових меж пакета і початок пакета даних використовуємо код Баркера як синхронізуючих послідовностей при організації пакетної передачі даних [6, 8]. Зазвичай послідовність Баркера передається на початку пакета даних. Виявлення коду Баркера на прийомі виробляють узгодженим фільтром [фіг. 3]. Спосіб об'єднання сигналів з виходів N рознесених антен, що надходять по каналах з завмираннями від одного з передавачів систем багатоантенного радіозв'язку, що відрізняється тим, що з метою підвищення завадостійкості та спрощення процедури обробки сигналу виходи рознесених антен лінійно складають, причому, в результаті накопичення потужність регулярної 2 складової згасаючого сигналу зростає в N разів, флуктуаційні зміни згасаючого сигналу усереднюються, а результуюча дисперсія накопичених шумів входів антен зростає тільки в N разів, що й забезпечує виграш у відношенні сигнал/шум по потужності такого способу об'єднання, дорівнює кількості приймальних антен N. Система містить на передавальній стороні формувач синхросигналу (1), формувач інформаційного пакета (2), кодер згорткового коду (3), формувач пакету в канал (4), при цьому 1 UA 76776 U 5 10 15 20 25 30 35 вихід формувача синхросигналу підключений до входу формувача пакету в канал, вихід формувача інформаційного пакета підключений до входу кодера згорткового коду, вихід якого підключений до формувача пакета в канал, вихід якого в свою чергу підключений до мультиплексора (5), виходи мультиплексора підключено М передавачів з модуляторами підключені виходами до М передавальних антен (6), на приймальній стороні N приймачів з демодуляторами, входи яких підключені до N приймальних антен (7), блок складання сигналів (8), блок виявлення синхросигналу (9), демультиплексор (10) і декодер згорткового коду (11), при цьому виходи диференціальних демодуляторів підключені до блоку складання сигналів, перший вихід якого підключений до блоку виявлення синхросигналу, інший вихід підключений до демультиплексора, вихід блоку виявлення синхросигналу підключений до демультиплексора, два виходи якого підключені до декодера згорткового коду [фіг. 4]. Система працює наступним чином: на передавальній стороні формувачем інформаційного пакета інформація, що передається розбивається на пакети [фіг. 2]. На 2-х виходах кодера загорткового коду будуть пакети кодових символів: ЗК-1 і ЗК-2. На фіг. 3 представлені результати моделювання пакетного способу, показаний процес на виході фільтра, узгодженого з синхросигналом (код Баркера) при подачі на вхід фільтра пакета: вертикальний викид - часова відмітка синхросигналу (початок пакета), набір випадкових викидів - відгук фільтру на зміст пакета. Перший фрагмент пакета використаний для передачі синхросигналу у вигляді коду Баркера, а всі наступні фрагменти пакета із загального числа фрагментів n=(М-1) використовують для передачі кодових символів з n виходів кодера згорткового коду, чим і досягається часовий розподіл процесу передачі: в кожен момент часу, який слідує за першим (синхронізуючим) фрагментом, передаються методом фазорізницевої модуляції символи гілок згорткового коду. Одночасно формувач синхросигналу формує синхросигнал. Формувач пакета в канал з них утворює єдиний пакет, відповідний формі фіг. 1. Мультиплексор під керуванням цього формувача (лінія керування показана пунктиром) направляє фрагменти канального пакета на М передавачів з диференціальними модуляторами. Кожен диференціальний модулятор на передачі виконує функцію фазорізницевого модулятора і антени за правилами: синхросигнал на ДМ-1, вих СК-1 → ДМ-2, вих СК-2 → ДМ-3. Таким чином, реалізується часовий розподіл пакетів кодових символів (тобто всякий раз має місце модель каналу, коли працює тільки один передавач). На прийомі N приймачів з демодуляторами, кожен диференціальний демодулятор виконує функцію фазорізницевого демодулятора. Диференціальний демодулятор ДД в кожному з каналів прийому може бути реалізований в такий спосіб. Нехай на інтервалі тривалості посилки Т задані посилки сигналів з однаковою частотою 0, різними амплітудами і початковими фазами: s1(t )  S1 cos( 0 t  1), s2 ( t )  S2 cos( 0 t  2 ). 40 (1.1) Спосіб кореляційної обробки визначається правилом обчислення коефіцієнта взаємної кореляції R1,2 1  T T  s (t)s (t)dt 1 0 (1.2) 2 . Структура корелятора, що реалізує цей спосіб, показана на фіг. 1. Підставляючи (1.1) в (1.2), отримуємо R1,2  1 T T  45  T  0 T s1( t )s2 ( t )dt   1 S1S2 cos( 0 t  1) cos( 0 t  2 )dt  T 0 T  1 1 S1S2 cos( 20 t  1  2 )dt  S1S2 cos( 1  2 )dt. 2T 2T 0 0 У цьому виразі при виконанні умови 0Т>>1 (на тривалості посилки укладається велика кількість періодів сигналу) перший доданок значно менше другого, тобто їм можна знехтувати. Тоді отримуємо остаточно 2 UA 76776 U SS R1,2  1 2 cos(1   2 ). 2 5 10 15 20 25 30 35 (1.3) Видно, що вихід корелятора містить відомості про різниці фаз сигналів   (1  2 ). Це може бути використано для обчислення кінцевих різниць в диференціальних методах передачі. Вихід корелятора пропорційний добутку амплітуд сигналів і косинусу різниці фаз посилок сигналу. Для накопичення прийнятих сигналів виходи всіх диференціальних демодуляторів складаються в блок складання сигналів. Блок виявлення синхросигналу містить узгоджений фільтр, погоджений з синхросигналом. Для отримання символів переданого пакета виходи всіх N диференціальних демодуляторів лінійно складають, реалізуючи накопичення згасаючого сигналу. Сумарний сигнал з виходів диференціальних демодуляторів подають на узгоджений фільтр, погоджений з сигналом синхронізації. Часову позначку виявлення синхросигналу в приймачі використовують не тільки для часової розмітки прийнятих пакетів (виділення символів кодових гілок), а й для гілкової синхронізації декодера Вітербі. В результаті проходження синхросигналу на виході узгодженого фільтра з'являється викид [фіг. 3]. Положення цього синхровикиду дозволяє вказати положення моментів відліку виходів в демультиплексори (пунктир "відлік" на фіг. 5) і тим самим розділити виходи кодових символів для подачі на декодер загорткового коду. Фактично, виходи ЗК-1 і ЗК-2 утворюють кодову гілку. Таким чином вирішується завдання гілкової синхронізації. Робота структури, що реалізує пропонованої системи при швидкості СК R=1/2 (n=2) показана на фіг. 5. Викладене вище можна узагальнити на будь-яку швидкість коду. Джерела інформації: 1. Foschini G. Layered space-time architecture for wireless communication in a fading environment when using multielement antennas. / Foschini G. / Bell Laboratories Technical Journal.1996. - Vol. 4, Autumn, - P. 41-59. 2. Gesbert D. From Theory to Practice: An Overview of MIMO Space-Time Coded Wireless Systems / Gesbert D. / IEEE Journal on Selected Areas in Communications.-2008. - Vol. SAC-21, № 3, April, - P. 281-302. 3. Банкет В.Л. Методы пространственно-временного кодирования для систем радиосвязи / Банкет В.Л., Незгазинская Н.В., Токарь М.С. Цифрові технологи, - Одеса-2009. № 6 - С. 5-16. 4. Wang D. Super-Ortogonal Differencial Trellis Coding and Decoding / Wang D., X.Xia / IEEE Journal on Selected Areas in Communications.-2003. - Vol. 23, №.9, - P. 1768-1798. 5. Hohwald B.M. Differential Unitary Space-Time Modulation / Hohwald B.M., Swedens W. / IEEE Transactions on Communications.-2000. - Vol. Com-48, № 12, December, - P. 2041-2053. 6. Окунев Ю.Б. Теория фазоразностной модуляции. М.: Связь. 1979.-216 с. 7. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практические применения: Пер. с англ., Изд. дом "Вильямс", 2003., стр. 659 8. Банкет В.Л. Сигнально-кодовые конструкции в телекоммуникационных системах / Банкет В.Л - Одесса: Феникс, 2009.-180 с. 9. Банкет В.Л., Токарь М.И. Композитные коды Баркера // Цифровые технологии, № 2, 2007. - С. 7-18. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 Система передавання інформації по каналах багатоантенного радіозв'язку, що містить на передавальній стороні М передавачів з модуляторами, які підключені виходами до М передавальних антен, на приймальній стороні N приймачів з демодуляторами, входи яких підключені до N приймальних антен, яка відрізняється тим, що в систему введені на передавальній стороні формувач синхросигналу, формувач інформаційного пакета, кодер згорткового коду, формувач пакета в канал, при цьому вихід формувача синхросигналу підключений до входу формувача пакету в канал, вихід формувача інформаційного пакета підключений до входу кодера згорткового коду, вихід якого підключений до формувача пакета в канал, вихід якого в свою чергу підключений до мультиплексора, на приймальній стороні введені блок складання сигналів, блок виявлення синхросигналу, демультиплексор і декодер згорткового коду, при цьому виходи диференціальних демодуляторів підключені до блока складання сигналів, перший вихід якого підключений до блока виявлення синхросигналу, інший вихід підключений до демультиплексора, вихід блока виявлення синхросигналу підключений до демультиплексора, два виходи якого підключені до декодера згорткового коду. 3 UA 76776 U 4 UA 76776 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5