Воробьев Максим Юрьевич – студент-магистр кафедры Информатики и вычислительной техники Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики.
Аннотация: В статье анализируются проблемы синхронизации в многолучевых каналах с замираниями сигнала для разработки системы синхронизации, которая могла бы при минимально возможной тестовой составляющей в протоколе связи обеспечить благоприятные условия для демодуляции сигнала. При этом синхронизация должна обеспечить устойчивость кадровой структуры принимаемого сигнала, даже если демодулятор уже выдаёт неправильные решения с неприемлемой частостью.
Ключевые слова: Синхронизация, сигнал, импульсная характеристика.
В многолучевых каналах с замираниями сигнала достаточно сложные условия для задачи синхронизации. Изменения во времени импульсной характеристики (ИХ) канала связи приводят к разным проблемам, которые в задачах связи решаются раздельно. Если в ИХ наблюдается несколько независимых лучей, то их изменения во времени приводят к тому, что каждый из них может стать интенсивнее остальных. С течением времени самый интенсивный луч также может полностью пропасть. Так как системы синхронизации часто привязаны к наиболее интенсивному лучу, то пропадание луча заставляет систему синхронизации ориентироваться на другой луч. Если величины задержки лучей приводят к межсимвольной интерференции, то такая смена ведущего луча приводит к срыву синхронизации.
Другой проблемой для синхронизации является высокая скорость замираний сигнала. При синхронизации обычно ориентируются на максимум с выхода коррелятора. В каналах с квадратурными искажениями используется коррелятор соседних фрагментов принимаемого сигнала. При этом, чтобы избавится от ложных срабатываний, особенно при задаче вхождения в связь, требуется вычислять порог. При изменении уровня сигнала на приёмной стороне, величина порога также будет изменяться. Такой порог называют «плавающим». Однако при высокой скорости изменения ИХ коррелятор может не дать нужную величину на своём выходе для своевременного превышения «плавающего порога».
Конечно, для того, чтобы в быстрых замираниях было меньше подобных неудовлетворительных ситуаций вокруг «плавающего порога», используют автоматическую регулировку усиления (АРУ). Однако, такой подход, помогая коррелятору, приносит значительные проблемы для задачи демодуляции, где используется оценка ИХ. Дело в том, что искусственное изменение уровня сигнала искажает либо компоненты ИХ, либо информационную часть сигнала так, что линейная комбинация откликов ИХ на информационные посылки значительно отличается от информационного фрагмента сигнала. Такое отличие увеличивает количество ошибок переборного демодулятора.
Если несущая частота на приёмной стороне не совпадает точно с её значением на передающей стороне, то искажающим фактором выступает сдвиг спектра сигнала. В этих условиях приходится решать задачу частотной синхронизации. Эта задача решается в 2 этапа: измерительный этап, в котором определяется величина частотного сдвига, и исполнительный этап компенсации частотного сдвига. Для измерительной части требуются специальные сигналы. Обычно такими сигналами являются пилот-сигналы или фрагменты сигнала, представляющие собой отрезки гармонического сигнала. Для кадровой передачи данных в этом случае достаточно сформировать в информационной посылке некоторого кадра передачу одного и того же информационного символа (обычно, передают символ «0»). Но замена информационной части тестовым сигналом ведёт к снижению скорости передачи, что также не является удачным решение данной проблемы.
В цифровых системах связи используют тактовые генераторы. Тактовая частота задаётся с помощью кварцевых фильтров. Номиналы кварцевых фильтров в этом случае должны быть одинаковыми или, если есть несколько кварцевых фильтров, то в комбинациях синтезируемых частот должны получаться одинаковые значения с обеих сторон приёмопередающей аппаратуры. Однако в реальности номинальные частоты различаются. Это различие приводит к изменению тактового интервала. Происходит доплеровский эффект смещения частоты, который простой коррекцией спектра сигнала не решить. В этом случае принимаемый сигнал дискретизируется с частотой, выше, чем тактовая частота. В зависимости от того, выше реальное значение номинальной частоты или ниже делают вставку или удаление «микротакта», что обычно называют «стаффингом».
Похожие искажения происходят и при записи сигнала на ЭВМ, например, при записи тестовых сигналов на одном вычислительном устройстве, а при воспроизведении на другом. Так как производители вычислительной техники не ставят главной задачей соблюдать эталонность тактовых частот, то при таком подходе доплеровские эффекты имеют фатальные воздействия. В таких условиях корреляторы на своём выходе выдают отклики, которые не дают даже наглядного однозначного результата. То есть максимумы на выходе коррелятора могут быть превышать порог во время информационной посылки, при этом во время соседней тестовой последовательности отклик коррелятора может и не достигнуть порога.
Список литературы