CC BY
110
2010
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника
№ 152
УДК 517.9
ПРИМЕНЕНИЕ АЛГОРИТМОВ РАЗНЕСЕННОГО ПРИЕМА СИГНАЛОВ В ГИБРИДНЫХ СЕТЯХ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
С.Н. НАЗАРОВ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Васильевым К.К.
В статье проводится анализ способов разнесенного приема сигналов в радиоканалах гибридной сети беспроводной передачи информации.
Ключевые слова: разнесенный прием, гибридные сети, беспроводная связь.
Введение
В современных сетях беспроводной связи используются многофункциональные устройства с несколькими встроенными приемопередатчиками. Они дают возможность абоненту перемещаться на различные расстояния и направления. Поэтому возникает необходимость поддержки мобильными платформами (МП) процесса обмена информацией в разных частотных диапазонах и стандартах [1,2,3,6,7,8]; решения проблем, связанных с автоматическим выбором сети [3,4,5], реализацией технологии интеллектуального роуминга, позволяющей организовать «прозрачное» переключение мобильного пользователя БСПИ как в гомогенных (между разными точками подключения одной сети), так и в гетерогенных (переключения между разными сетями) средах передачи информации [4,5].
Вне зависимости от вида используемой среды передачи информации МП должны автоматически определять структуру беспроводной среды, в которой находится пользователь, и выбирать точку доступа с наилучшим качеством связи; предоставлять пользователю доступ к ресурсам, обеспечивающим гарантированное качество обслуживания; организовывать переключение пользователя между разными точками доступа одной сети или между различными сетями, обеспечивая ему мобильный режим обмена информацией.
Такие возможности предоставляет гибридная сеть беспроводной передачи информации (ГСБПИ). Мобильные пользователи ГСБПИ смогут воспользоваться услугами подсетей, построенных по технологиям пико (ПС), микро (МикС), макро (МаС) и гипперсот (ГС) за счет использования ресурсов ретрансляционных узлов (базовых станций (БС) и центров коммутации пакетов (ЦКП)). При этом появляется возможность соединения пользователей своей подсети через ретрансляторы смежных подсетей, построенных на основе других технологий. Обмен информацией между абонентами МаС, разнесенных на значительное расстояние, обеспечивается за счет использования ресурсов ГС, образованных на основе сетей спутниковой связи и радиосвязи декаметрового диапазона [9,10,11,]. Следовательно, гибридная сеть беспроводной передачи информации представляет собой сложную совокупность взаимоперемежающихся технологий, подсетей и стандартов, реализующую алгоритмы централизованного и распределенного управления. Подчинение такой сети единой цели - удовлетворение потребностей пользователей в предоставлении им телекоммуникационных услуг с требуемым качеством и стоимостью
- является сложной многокритериальной задачей, требующей решения многих задач, одной из которых является разработка способа разнесенного приема передаваемых в ГБСПИ сигналов [12,13,14].
Анализ способов разнесенного приема сигналов
Применение разнесенного приема сигналов в радиоканале является эффективным средством повышения достоверности и надежности связи в условиях замираний сигнала и наличия аддитивных помех [15]. Могут использоваться такие виды разнесенного приема, как разнесение передаваемых сигналов по времени, частоте, углу прихода лучей, в пространстве, за счет поляризации, по отдельным лучам при многолучевом распространении.
Наибольший интерес вызывает пространственное разнесение приема сигнала, который заключается в приеме сигнала на разные антенны. Для ГСБПИ можно рассмотреть следующие способы пространственного разнесения:
- прием на разные антенны одной базовой станцией в соте;
- прием на антенны разных базовых станций зоны обслуживания оператора сотовой связи;
- прием на антенны взаимосвязанных радиоцентров - ретрансляторов сети радиосвязи декаметрового диапазона [6, 8, 11,14 ].
Реализация этих способов показана на рис. 1.
Рис. 1. Способы пространственного разнесения приема сигнала в гибридных сетях
беспроводной передачи информации
Как видно из рис. 1 при передаче информации внутри соты прием сигнала от абонентской станции (АС) осуществляет базовая станция (БС). При этом используются разнесенные в пространстве антенны, образующие различные ветви приема. В каналах с замираниями сигналы в отдельных ветвях разнесения будут слабо коррелированны. Это позволяет уменьшить интервалы замираний [15]. Решение о приеме сигнала осуществляется приемником БС.
В случае, когда АС находится на границе зон сот, сигнал станции принимают антенны различных БС. Этот способ позволяет снизить длительность замираний в канале, обеспечить лучшее соотношение мощности сигнала и помехи. Решение о приеме сигнала и переключении АС между БС осуществляет решающее устройства центра коммутации зоны обслуживания сотового оператора.
При выходе АС из зоны обслуживания сотовым оператором абонент может воспользоваться технологией дальнего распространения сигнала в сети радиосвязи декаметрового диапазона
(СРС ДКМ Д). В этом случае сигнал от АС будут принимать антенны радиоцентров-ретрансляторов (РЦР), которые являются пространственно некоррелированными [6,11,14]. Применение сети пространственно некоррелированных РЦР позволяет использовать алгоритмы динамического распределения ресурсов радиосвязи ДКМ Д [6].
Как видно из рассмотренных способов разнесенного приема, абонент ГСБПИ может воспользоваться различными технологиями передачи сигнала.
Анализ алгоритмов оптимального приема в системах разнесенного приема
В системах радиосвязи с разнесенным приемом сигнала находят применение различные алгоритмы оптимального приема (АОП). В [15] рассматриваются АОП при точно известном приеме, при неопределенной фазе, АОП в общем гауссовском канале с селективными замираниями в каждой ветви разнесения, максимального правдоподобия. Данные алгоритмы являются алгоритмами оптимального приема детерминированных сигналов на фоне аддитивного шума с целью получения оценки дискретного параметра Ь на основе сравнения между собой с заданным весом 8; значений нормированных функционалов правдоподобия /¡:
arg max {ei/i}, i e {0,1,..m -1} - определяет значение I, при котором значение {ei/i} макси-
мально.
АОП при точно известном приеме и аддитивном гауссовском шуме в канале с нулевым средним и корреляционной матрицей B(t, t') =< n(t)* nT (t') > представляется выражением (1)
[15].
arg— {q - hf+ lne}, (1)
i
где Чг = f ^ (t) * Uarn (t)dt , z(t) = U (t) + n(t) ;
n(t) = (n1(t),.nL(t))T - аддитивный гауссовский шум в радиоканале;
n/(t) - реализация аддитивной помехи в /-й ветви разнесения;
U опг (t)
f Y(t , t ')* иг (t ')dt' -комплексный опорный сигнал, используемый в схемах оптимального когерентного приема;
u(t) = (ul(t),...Uj(t),...uL(t))T - вектор сигналов в ветвях разнесения на интервале анализа Т;
Y(t, t') - матрица, являющаяся решением интегрального уравнения
f B(t, t ’) *Y(t', t ")dt' = I *d(t -1");
Заключение
В ГСБПИ для предоставления абоненту возможности использования ресурсов локальной, региональной и глобальных подсетей необходимо использовать разнесенные способы приема сигналов в радиоканалах. Одним из наиболее применяемых является способ пространственного разнесения приема.
ЛИТЕРАТУРА
1. Попов В.И. Основы сотовой связи стандарта GSM. - М.: Эко - Трендз, 2005. - 296 с.
2. Ипатов В.П., Орлов В.К., Самойлов И.М., Смирнов В.Н. Системы мобильной связи / под ред. В.П. Ипатова. - М.: Горячая линия-Телеком, 2003. -272 с.
3. Комашинский В.И., Максимов А.В. Системы подвижной связи с пакетной передачей информации. Основы моделирования. - М.: Горячая линия-Телеком, 2007. - 176 с.
4. Ратынский М.В. Основы сотовой связи / под ред. Д.Б. Зимина. - М.: Радио и связь, 1998. - 248 с.
5. Шахнович И.В. Современные технологии беспроводной связи. - М.: Техносфера, 2006. - 288 с.
6. Назаров С.Н. Применение динамического программирования при распределении пространственного ресурса радиосвязи декаметрового диапазона // ИКТ.- 2007.- Т.5, № 2. - С.70-74.
7. Головин О.В., Простов С.П. Системы и устройства коротковолновой радиосвязи / под ред. О.В. Головина. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 598 с.
8. Назаров С.Н. Общий подход к построению современных гибридных сетей беспроводной связи // Труды Российского научно - технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С. Попова, серия Научная сессия, посвященная Дню радио. Выпуск ЬХІУ, 2009. - С. 22-24.
9. Назаров С.Н. Использование стохастических моделей для оценки характеристик современной беспроводной сети передачи информации // Труды шестой всероссийской научно-практической конференции (с участием стран СНГ), г. Ульяновск, 22-23 сентября 2009 г. - Ульяновск: УлГТУ, 2009. - С. 170 - 174.
10. Назаров С.Н., Назаров А.С. Анализ методов моделирования беспроводной сети передачи информации // Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем: Труды шестой всероссийской научнопрактической конференции (с участием стран СНГ), г. Ульяновск, 22-23 сентября 2009 г. - Ульяновск: УлГТУ, 2009. - С. 174 - 177.
11. Назаров С.Н. Применение элементов декаметровой радиосвязи в современных беспроводных сетях // Труды Российского научно - технического общества радиотехники, электроники и связи имени А. С. Попова. - М.: Серия: цифровая обработка сигналов и ее применение. Выпуск ХІ-1, 2009. - С. 228 - 230.
12. Назаров С.Н., Назаров А.С. Обобщенная модель беспроводной сети передачи информации авиационного предприятия // Современные научно-технические проблемы транспорта: сборник научных трудов V Международной научно-технической конференции г. Ульяновск, 15-16 октября 2009 г. - Ульяновск: УлГТУ, 2009. - С. 108-111.
13. Назаров С.Н. Применение гибридной беспроводной сети передачи информации в автоматизированной системе управления воздушным движением // Современные научно-технические проблемы транспорта: сборник научных трудов V Международной научно-технической конференции г. Ульяновск, 15-16 октября 2009 г. - Ульяновск: УлГТУ, 2009. - С. 112-116.
14. Назаров С.Н. Основные положения методики определения места расположения сети удаленных взаимосвязанных радиоцентров - ретрансляторов //ИКТ.- 2009.- Т.7, № 2. - с.79-82.
15. Кловский Д. Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам. - М.: Радио и связь, 1982. - 304 с.
APPLICATION OF ALGORITHMS OF THE CARRIED RECEPTION OF SIGNALS IN HYBRID NETWORKS OF WIRELESS TRANSFER OF THE INFORMATION
Nazarov S.N.
In article the analysis of ways of the carried reception of signals in radio channels of a hybrid network of wireless transfer of the information is carried out.
Сведения об авторе
Назаров Сергей Николаевич, 1967 г.р., окончил ВАС (1997), докторант Ульяновского ГТУ, автор 25 научных работ, область научных интересов - радиосвязь, математические методы моделирования.
