Файл: Лекция 2. Тема Основы построения радиоинтерфейса систем радиодоступа. Цель.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.02.2024
Просмотров: 14
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Лекция №2.
Тема: Основы построения радиоинтерфейса систем радиодоступа.
Цель: дать основные понятия радиоинтерфейса, о радиоканалах систем радиодоступа и их классификации, модели распространения радиоволн, методы модуляции, о методах защите от ошибок.
Ключевые слова и выражения: радиодоступ, радио интерфейс, модуляция
Основные рассматриваемые темы лекции (положения): Характеристики радиоинтерфейса. Энергетические соотношения в радиолиниях систем радиодоступа. Методы модуляции в системах радиодоступа. Защита от ошибок в системах радиодоступа. Методы разделения каналов и множественного доступа. Разделение дуплексных каналов.
Характеристики радиоинтерфейса. Радиоинтерфейс определяется набором необходимых для обмена информацией средств формирования и обработки радиосигнала, которые учитывают особенности радиоканала и помеховой обстановки (смотрите рисунок 1.8 в 1-ом лекционном материале).
Системы радиодоступа отличаются значительным многообразием (см. рис. 1.6, 1.10) структуры, целей и задач. Функционирование систем домашнего (офисного) применения и сетей городского масштаба существенно отличается, что требует учета различий при оценке основных характеристик и показателей качества функционирования.
Понимание процесса функционирования системы радиодоступа возможно, если известны: диапазон частот, в котором работает система; вид и параметры модуляции сигнала; способы кодирования; тип и характеристики направленности антенных систем; способ разделение каналов, используемых абонентскими станциями; способ разделения дуплексных каналов; способы синхронизации в системе.
Все перечисленные данные, а также характеристики радиоканала, определяемые особенностями распространения радиоволн того или иного диапазона частот и характеристики решающих сигналов, определяют радиоинтерфейс и позволяют рассчитать вероятность ошибки
на бит, пропускную способность канала Ск, число одновременно действующих абонентов N
абна один радиоканал 0 в системе в целом Nабс исходя из допустимых вероятностей блокирования и потери вызова. Возможным оказывается оценить максимальное расстояние, при котором сохраняются заявляемые характеристики системы радиодоступа.
Совершенствование характеристик радиоинтерфейсов происходит в направлении повышения эффективности решаемых системами радиодоступа задач. В общем случае за показатели эффективности принимаются суммарная пропускная способность Cr. (емкость каналов) в выделенной частотно-территориальной области, количество абонентов сети, обслуживаемых с заданными вероятностно-временными характеристиками, стоимость оборудования и услуг.
Пропускная способность канала связи Ск зависит от вида и параметров модуляции сигнал а, вероятностей ошибок в радиоканале, способа кодирования, характеристик радиоканала, т.е. является функцией от перечисленных параметров и характеристик:
Ск=f(VM, Vкод, Vкан,
), (2.1)где VM, - вектор параметров модуляции, включающий описание вида модуляции, значение скорости модуляции VМ, и др.; Vкод -вектор параметров способов кодирования; Vкан -векrор параметров радиоканала;
- вероятность ошибки.Пропускная способность радиоканала для дискретных сигналов с учетом кодирования может быть оценена выражением:
, (2.2)где
- скорость кодирования; Н(Х) - энтропия источника сообщения. Для равномерно распределенных символов алфавита энтропия
т - число символов в алфавите.
Энтропия потерь
информации в радиоканале из-за помех и шума, равна, например, для m-ичных сигналов
, (2.3)Вероятность ошибки
зависит от характеристик канала, сиuнала, энергетики радиолинии, параметров помех и шума, способа и параметров кодирования.Суммарная пропускная способность сети радиодоступа зависит от количества используемых частотных присвоений, способа распределения частотно-территориального ресурса, возможностей повторного использования частотных каналов, условий распространения радиоволн, помеховой обстановки и других, уже перечисленных выше, факторов:
где
- количество базовых станций в сети; Nc - количество секторов на одну базовую станцию; 
- число каналов на одну базовую станцию (сектор); Cij- пропускная способность на один сектор; 
- вектор параметров протокола доступа к каналам; 
- вектор параметров дуплексного разделения каналов; 
- коэффициент повторного использования частот.В каждом конкретном случае сети радиодоступа расчет пропускной способности (2.4) требует учета топологии сети, особенностей рельефа местности, типа застройки, особенностей распространения радиоволн, энергетических соотношений сигналов и помех, расположения абонентов и т.д.
Выбором параметров модуляции, кодирования, мощности изучения передатчика, характеристик направленности антенн, способов обработки сигналов, синхронизации, протоколов доступа к каналам, разделения дуплекса пропускная способность сети может быть существенно увеличена. В современных системах со способами разделения каналов CDMA и OFDМA с технологиями обработки сигналов BLAST, MIMO увеличение может составлять до нескольких раз. Достижимыми являются значения спектральной эффективности 4{) ... 200 бит/с/Гц.
Энергетические соотношения в радиолиниях систем радиодоступа. Энергетические соотношения в радиолиниях систем радиодоступа являются одними из важнейших характеристик. Системы радиодоступа отличаются значительным многообразием характеристик каналов и условий распространения радиосигналов, что требует применения соответствующих моделей, способов описания изменений энергии полезного сигнала при передаче информации и мешающих сигналов (помех, шума, других полезных сигналов).
Классификация радиоканалов (по признакам, важным для расчета энергетических показателей) для систем радиодоступа приведена на рис. 2.1.
Рисунок 2.1. Классификация радиоканалов
В простейшем случае (рис. 2.2) в радиоканале прямой видимости при отсутствии отражений мощность сигнала на входе приемного устройства определяется выражением:
где
- коэффициенты направленного действия антенны передатчика и приемника соответственно; 
- мощность сигнала на входе приемного устройства; 
– потери в фидерном тракте передатчика и приемника соответственно; 
-эквивалентная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ); L0- потери в свободном пространстве при распространении радиоволн:
R - расстояние между передатчиком и приемником;
= c/f - длина волны несущего колебания; дополнительные потери Lдоп зависят от воздействия различных факторов:Lдоп = LаLдLnL•, (2.7)
Lа - дополнительные потери в атмосфере; Ln - дополнительные потери в дожде; L0– дополнительные потери из-за различий поляризации передающей и приемной антенн; L• -дополнительные потери из-за других неучтенных факторов.
Рис. 2.2. Модель распространения радиоволн с прямой видимостью
Модель радиоканала в этом случае представляется в виде
, (2.8)где
, - коэффициент передачи канала;
- задержка распространения радиоволны; n(t)- гауссовский шум; П(t) - помехи.Из (2.8) и (2.5) следует, что
, (2.9)Выражение (2.5) позволяет определить необходимую мощность передатчика по заданному значению мощности сигнала на входе приемника.
При расчете необходимой мощности передатчика часто используется энергетическое отношение сигнал/шум
, (2.10)где Рпрм - мощность сигнала на входе приемника; Т0- длительность сигнала; N0= kбT∑-спектральная плотность шума; kБ= 1,38-10-23 Вт/(Гц·град)- постоянная Больцмана, T∑ - шумовая температура с учетом всех внешних и внутренних шумов;
- полоса частот приема; 
= No , h2- отношение сигнал/шум по мощности.Поглощение радиоволн в атмосфере количественно определяется коэффициентом Lа. В диапазонах частот свыше 500 МГц поглощение в атмосфере определяется кислородом, водяными парами, дождем и другими гидрометеорами.
Количественная оценка потерь задается выражением
, (2.11)где
и 
- коэффициенты погонного поглощения (дБ/км) в кислороде и водяных парах; l1 и l2 - эквивалентные длины пути сигнала в этих средах.Коэффициенты поглощения для стандартизованной атмосферы представлены на рис. 2.3, из которого следует, что поглощение имеет ярко выраженный частотно зависимый характер. Наблюдаются резонансные пики на частотах 22 и 165 ГГц для водяных паров, а также 60 и 120 ГГц для кислорода.
Рис. 2.3. Зависимость коэффициентов молекулярного поглощения
для кислорода О2 и водяных паров Н2О от частоты
Оценка затухания в гидрометеорах оказывается более сложной задачей, так как значение поглощения
, (2.12)зависит от вида гидрометеоров (дождь, снег, туман), интенсивности осадков, размеров зоны их выпадения и распределения интенсивности по зоне и от распределения размеров частиц гидрометеоров.
Перечисленные факторы влияют и на коэффициент погонного затухания
и на эквивалентную длину пути сигнала /, в (2.12). Наибольшее ослабление сигнала вносят жидкие гидрометеоры: дождь, туман, мокрый снег; ослабление в твердых частицах (снег, град) значительно меньше. Наличие в атмосфере взвешенных частиц - аэрозолей, практически не влияет на поглощение сигнала и в обычных условиях может не учитываться.