Сверхширокополосная система радиодоступа с совмещением многочастотной и импульсной технологией

Сверхширокополосная система радиодоступа с совмещением многочастотной и импульсной технологией

Ключевые слова: рациоцоступ, многочастотные СШП системы, эффективное использование РЧС, совмещение технологий, совместное использование РЧС.

Сверхширокополосные (СШП) системы позволяют эффективно эксплуатировать радиочастотный спектр, за счет осуществления принципа совместного использования. Тенденцией при создании инновационных систем связи является комбинирование различных технологий. Путем совмещения методов многочастотной и импульсной передачи, были созданы СШП системы, рассматриваемые в данной статье. Целью работы является исследование особенностей применения различных методов модуляции в многочастотных СШП системах. Рассмотрены принципы построения и особенности предлагаемых систем. Проведенное имитационное моделирование в программной среде МсСЫэ/Бнпи^пк позволило определить эмпирическим методом оптимальные параметры системы (частота, период и скважность опорного сигнала, и др.). Получена оценка помехоустойчивости многочастотной СШП системы и рассчитана скорость передачи данных при вероятности ошибки 10-3. Данная работа полезна для научных сотрудников занимающихся проблемами высокоскоростного доступа и СШП систем, а также практическую пользу смогут получить для себя фирмы занимающиеся проблемами радиодоступа. Сочетание сверхкороткоимпульсных сигналов с многочастотной передачей и приемом, до конца не изучено и является перспективным направлением для исследования.

Фролов АА., МТУСИ, Irolovrl0601@yandex.n

СШП системы позволяют эффективно использовать радиочастотный спектр, за счет осуществления принципа совместного использования радиочастотного ресурса. Известно, что СШП системы развиваются по двум направлениям: импульсные и многочастотные системы. Некоторые из них получили широкое распространение. Тенденцией при создании инновационных систем связи является комбинирование различных технологий. Путем комбинирования методой многочастотной и импульсной передачи, были созданы многочастотные импульсные СШП системы, рассматриваемые в данной статье.

В данной статье рассмотрены следующие вопросы:

> исследование возможностей и характеристики многоч астата ых импульсных СШП систем;

> выбор оптимальных параметров системы, при которых обеспечивается максимальная скорость передачи при низком уровне ошибок;

> оценка скорости передачи данных и помехоустойчивости системы.

К СШП сигналам относятся: многочастотные сигнаты и последовательности импульсов малой длительности.

Многочастотные сигналы - сигналы, в которых, увеличение относительной ширины полосы частот достигается за счет разбиения сигнала на несколько парциальных каналов.

Достаточно перспективно сочетание сверхкороткоимпульсных сигналов с многочастотной передачей и приемом. При этом полоса системы определяется длительностью сверхкороткого импульса, а число частотных каналов связано с выбором скорости передачи.

Применение импульсных сигналов в многочастотных СШП системах позволяет осуществить высокоскоростную передачу и эффективно использовать радиочастотный спектр, СШП системы с такими сигналами имеют ряд преимуществ, которыми являются:

- простые методы борьбы с влиянием многолучевого канала;

- устойчивость, к преднамерен Еюму подавлению сигнала;

- обеспечение скрытности системы.

В зарубежной литературе импульсные многочастотные СШП системы рассматриваются как альтернатива многочастотным СШП системам с OF DM Такие системы применяются в полосе частот 3,1-10,6 ГГц. Они имеют высокую скорость передачи и используют импульсную амплитудную модуляцию (НАМ, Pulse Amplitude Modulation), амплитудную манипуляцию (АМн, On-Off Keying) и вре-мя-импульсную модуляцию (ВИМ). Преимущества НАМ и АМн перед ВИМ применяющиеся в импульсных многочастотных СШП системах описаны в [4].

В соответствие, с решением ГКРЧ № 09-05-02 от 15 декабря 2009 г. [2], беспроводные СШП устройства определяются как устройства малого радиуса действия, использующие для передачи/приема данных радиочастотный канал шириной не менее 500 МГц и работающие в диапазоне 2,85-10,6 ГГц. Этот диапазон частот является «нелицензируемым». Работа в полосе Анелицензируе-мых» частот имеет ряд преимуществ [3]:

> нет необходимости тратить время и денежные средства на получение лицензии;

> хорошо развит рынок продукции поддерживающей эти частоты;

'г низкая стоимость ввода в эксплуатацию.

Исследования импульсных многочастотных СШП систем, представленные в данной статье, проводились с помощью компьютерного моделирования в программной среде Matlab / Simulink.

В качестве модели опорного сигнала выбрана модель гауссовского импульса описываемая формулой

О)

где А амплитуда сигнала; /(| - центральная частота [5].

Длительность гауссовского импульса г(| рассчитывается по формуле

<2>

Структурная схема импульсной многочастотной СШП системы передачи, исследуемая в данной работе, представлена нарис. 1.

Устройства Много-

Опалсв Г

ТШг[№ЩЇ

да-аши

*-ДяЦІр|^-

Рис. I. Структурная схема Импульсной многочастотной СШП системы передачи

В общем случае многочастотные системы эквивалентны многоканальным узкополосным системам с частотным разделением каналов. Вся полоса частот, предназначенная для передачи, распределяется на М субполос, в каждой из которых передается М' сигналов, так называемых «кодов», содержащих по м[ элементарных сигналов.

Сигнал па выходе і-го фильтра описывается выражением:

Л (яГ) = £Л* (яГ).*[(А - п)Т] і = 1.15; N = 14 •

где i — номер фильтра, N — порядок фильтра.

Устройство формирования канальных сигналов из выбранного опорного сигнала формирует для каждого канала индивидуальный опорный сигнал. Битовая последовательность кодированной информации модулируется при помощи АМн или ФМ-2, далее полученный сигнал переноситься на опорный канальный сигнал.

Сигнал на выходе i-ro модулятора описывается выражением:

2,

где — информационная последовательность, i - номер канала, - центральная частота i-ro фильтра.

Перемежитель/деперемежитель формируют статистически квашнезависимый поток ошибок, т.о. ошибки равномерно распределяются во времени.

Синхронизацию в рассматриваемой системе обеспечивает генератор синхроимпульсов (ГСИ), размещенный на передающей и приемной стороне системы.

Суммарный сигнал с N каналов проходит канал связи и поступает на вход Приемника. Суммарный сигнал с выхода передатчика описывается выражением:

1

где i — номер канала.

Отличительной особенностью рассматриваемой системы является шумоподобный характер суммарного сигнала. В качестве модели канала связи использован канал с аддитивным белым гауссовским шумом. В связи с особенностью системы, описанной выше, в рассматриваемой системе используется некогерентный приемник.

Результаты моделирования рассматриваемой системы с модуляцией АМн представлены на рис. 2, с модуляцией ФМ-2 - на рис. 3.

Существенную роль в многочастотных системах играют фильтры, применяемые в блоке фильтрации. При применении фильтров низких порядков в исследуемой системе наблюдается большое взаимное влияние каналов. Таким образом, к фильтрам в данной системе предъявляются жесткие требования, что бы максимально снизить взаимное влияние каналов, в данной системе применяются фильтры высоких порядков (фильтры 14 порядка).

—Т “Г —

.( .1

— -

—4fh

.міні;' 1

Рис. 2, Результаты моделирования. Временные характеристики сигналов в контрольных точках системы при прохождении тестового сигнала (сверху вниз: I) опорный сигнал (гауссовский импульс); 2) опорный канальный сигнал: 3) енгнал с выхода многоканального модулятора АМн, в одном из каналов;

4) суммарный сигнал; 5) переданный сигнал на входе приемника с учетом влияния канала; 6) сигнал на выходе одного из каналов блока фильтров)

->• ' ; ; T

.iitrtJflk 1 1

Рис. 3. Результаты моделирования. Временные характеристики сигналов в контрольных точках системы при прохождении тестового сигнала (сверху вниз: I) опорный сигнал (гауссовский импульс); 2) сигнал с выхода многоканального модулятора ФМ-2, в одном из каналов; 3) суммарный сигнал; 4) переданный енгнал на входе приемника с учетом влияния канала;

5) сигнал на выходе одною из каналов блока фильтров; й> сигнал на входе устройства принятия решений)

Одной из задач моделирования была оценка поддерживаемой скорости передачи системы. В результате моделирования было установлено, что поддерживаемая скорость передачи данных рассматриваемой многочастотной импульсной системы составляет в режиме амплитудной модуляции порядка 600 Мбит/с, а в режиме фазовой модуляции скорость системы - порядка 900 Мбит/с, Помехоустойчивость системы характеризует ее эффективность. Оценка помехоустойчивости системы сводиться к определению зависимости вероятности ошибки принятых бит (1\„м) сообщения от соотношения Сиг-пал/шум на входе приемника. В результате моделирования импульсной многочастотной СШП системы получена зависимость, представленная на рис. 4.

Ultrawideband radio access systems with a combination of multi-frequency and pulse technology.

Frolov AA., postgraduate student MTUCI, Russia

Abstract

Ultrawideband (UWB) systems can effectively exploit the radio spectrum, by implementation of the joint use principle. Trend in creating innovative communication systems is the combination of different technologies. By combining multi-frequency methods and impulse transmission, created UWB systems considered in this paper. The purpose of this work is to investigate the features of the different methods of modulation in multifrequency UWB systems. The article considers construction and characteristics of these systems. Conducted simulation modeling in the software environment Matlab / Simulink. During the modeling the empirical method identified optimal system parameters (frequency, period and duty cycle of the reference signal, etc.). Evaluated interference immunity multifrequency UWB system. Calculated data rates with error probability of 10-3. This work is useful for scientific workers concerned with the problem of high-speed access and UWB systems, practical benefit can take for it self company dealing with wireless access. The combination of multi-frequency signals ultrashortimpulse transmission and reception, has not been studied and is a promising area for research.

Keywords: radio-access, multi-frequencyUWB systems, efficientuse of radio frequency spectrum, combination of technology, sharing of radio frequency spectrum.