Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Усовершенствованные приемники для оборудования WCDMA

Грегори Е. Боттомли, Дуглас А. Кейрнс, Кармела Коццо и др.

Технологию WCDMA (Wideband CDMA) все шире используют по всему миру для предоставления услуг сетей мобильной связи 3G. В результате развития стандарта WCDMA появились новые высокоскоростные технологии HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) и EUL (Enhanced Uplink).

Эволюционируют и методы радиоприема. В сегодняшних терминалах и базовых станциях задействованы Rake-приемники, накапливающие энергию сигнала, которая распределена во времени из-за многолучевого распространения радиоволн. Однако со временем, помимо накапливания энергии сигнала, усовершенствованные приемники будут еще и подавлять помехи. В этом отношении весьма перспективны приемники Generalized Rake (G-Rake).

Чтобы понять, как работает G-Rake-приемник, кратко рассмотрим схему передачи информации в радиосистеме WCDMA. Передаваемые информационные биты кодируются кодером прямого исправления ошибок (FEC), таким, как сверточный кодер или турбокодер. Кодированные биты используются для создания символов модуляции, например, квадратурной фазовой манипуляции (QPSK). Затем осуществляется расширение спектра сигнала путем представления каждого символа последовательностью чипов; сигнал с расширенным спектром “подмешивается” к несущей и передается в радиоэфир. В приемнике радиосигнал преобразуется на промежуточную частоту для демодуляции и декодирования.

Полную версию данной статьи смотрите в 11-ом номере журнала за 2006 год.

G-Rake-прием

Находящийся в демодуляторе приемник G-Rake восстанавливает символы модуляции из принятого сигнала. Поскольку принцип его работы похож на принцип работы традиционного Rake-приемника, рассмотрим коротко функционирование последнего.

Rake-приемник собирает энергию сигнала из его образов, принятых с разной временной задержкой. Каналы Rake-приемника (“пальцы”) сжимают их спектр. На выходе каждого канала (в сжатом образе) наряду с полезной сигнальной составляющей присутствуют также шумовая и помеховая составляющие. Rake-приемник выравнивает сигнальные составляющие по фазе и складывает их, получая значительно более мощную сигнальную составляющую.

Как и в Rake-приемнике, в G-Rake-приемнике для восстановления символов используются разные каналы и функция суммирования сигналов. Однако между ними есть два важных различия. Первое состоит в том, что в G-Rake-приемнике имеются дополнительные каналы, предназначенные для сбора информации о помехах в сигнальных каналах. Это могут быть собственные (self-interference), внутрисотовые (own-cell interference) и межсотовые (other-cell interference) помехи. Собранная с помощью дополнительных каналов информация используется для подавления помех в сигнальных каналах. Собственно, именно то, как этот процесс подавления происходит, и является вторым важным различием между рассматриваемыми приемниками.

G-Rake-приемник так суммирует сжатые образы сигнала (определяется выбором весовых коэффициентов), что помеховые составляющие вычитаются одна из другой, а сигнальные составляющие, наоборот, складываются (но с разными фазами). Таким образом, если

Rake-приемник максимизирует уровень принимаемого сигнала, при этом ничуть не заботясь об уровне помех, то G-Rake-приемник (в результате компромисса между необходимостью накапливать энергию сигнала и уменьшать помехи) максимизирует отношение уровня сигнала к уровню помехи.

Прямой канал

В прямом (downlink) канале WCDMA базовая станция передает информационные потоки многочисленным пользователям с помощью разных расширяющих спектр сигнала кодов. Ортогональность этих кодов сводит к минимуму помехи между потоками. Однако коды ортогональны только в том случае, если закодированные ими сигналы совпадают по времени. В дисперсионном же канале ортогональность теряется, поскольку разные образы сигнала базовой станции, принятые с разной временной задержкой, не ортогональны друг другу.

G-Rake-приемник функционирует как линейный эквалайзер, восстанавливая ортогональность и подавляя внутрисотовые помехи. Аналогично линейному эквалайзеру, работающему по принципу минимальной среднеквадратической ошибки, в нем реализуется компромисс между восстановлением ортогональности и подавлением шумов и межсотовых помех.

Использование G-Rake-приемника может значительно улучшить рабочие характеристики радиосистемы, ведь подавляемые им внутрисотовые помехи в дисперсионном канале могут быть весьма значительными. Чем лучше G-Rake-приемник восстанавливает ортогональность, тем больше он подавляет внутрисотовые помехи.

На рис. 1 показана зависимость средней скорости передачи данных по технологии HSDPA от расстояния до базовой станции. Рассматриваются два канала — с равномерным затуханием (один образ сигнала) и слабодисперсионный (с двумя образами, один из которых на 10 дБ слабее другого).

В канале с равномерным затуханием приемники Rake и G-Rake работают одинаково. С увеличением расстояния средняя скорость передачи данных падает из-за ослабления сигнала, но на коротких дистанциях она постоянна. Что же касается слабодисперсионного канала, то в нем функционирование приемников Rake и G-Rake существенно различается. При использовании G-Rake-приемника средняя скорость передачи данных почти такая же высокая, как в канале с одним образом сигнала. Однако в случае применения Rake-приемника на небольшом удалении от базовой станции эта скорость значительно ниже (из-за помех). Таким образом, G-Rake-прием существенно увеличивает зону действия (покрытие) высокоскоростных радиосистем. На рис. 1 хорошо видно, что использование технологии G-Rake почти удваивает покрытие при средней скорости передачи данных около 6 Мбит/с (для получения зависимости была задействована тестовая система с передатчиком мощностью 20 Вт (с секторной антенной 120 °) и приемником с коэффициентом шума 8 дБ). На больших расстояниях кривые, характеризующие работу приемников G-Rake и Rake, сближаются. Это связано со снижением мощности сигнала при увеличении расстояния и с ухудшением характеристик каналов из-за более сильного влияния межсотовых помех (по сравнению с влиянием собственных и внутрисотовых помех).

При использовании технологии HSDPA G-Rake-прием увеличивает емкость системы на 30—35%. Для голосовой связи рост емкости составляет 30—34%. Следует отметить, что G-Rake-прием соответствует требованиям консорциума 3GPP, предъявляемым к приемникам типа 2.

Специалисты компании Ericsson реализовали G-Rake-прием в лабораторных условиях в рамках те-стовой системы HSDPA. На рис. 2 представлены полученные в ходе ее испытаний графики зависимости скорости передачи данных тестовому автомобилю от отношения мощностей принятого сигнала базовой станции (Ior) и межсотовых помех (Ioc). Канал связи с тестовым автомобилем очень дисперсионный, что приводит к возникновению значительных собственных помех, ограничивающих скорость передачи данных. Полученные данные показывают, что G-Rake-прием повышает скорость передачи данных на 50—100% независимо от скорости автомобиля.

Несколько приемных антенн

При наличии нескольких приемных антенн каналы приемника подключаются к разным антеннам. В результате получается своего рода адаптивная антенная решетка.

Рассмотрим G-Rake-приемник с двумя антеннами (G-Rake2), на которые с одной стороны приходит сигнал, а с другой — помеха. Он использует два канала (по одному на каждую антенну), настроенные на желаемый образ сигнала. Будучи адаптивным формирователем луча, такой приемник обеспечивает большое усиление антенн в направлении сигнала и формирует нуль диаграммы направленности в направлении помехи. При наличии, например, двух образов сигнала (прямой и отраженный лучи) он способен сформировать два максимума (луча) диаграммы направленно-сти — по одному для каждого образа.

В более общем случае, когда из-за рассеяния радиоволн появляется множество образов сигнала и помех, приемник G-Rake2 старается суммировать образы сигнала и подавлять помехи, повышая отношение уровней сигнала и помех.

При использовании традиционного Rake-приема вторая недорогая приемная антенна не очень-то и полезна, но в приемнике G-Rake2 она помогает подавлять помехи. Конкретные характеристики радиосистемы зависят от поддерживаемой ею максимальной скорости передачи данных. В случае применения высокоскоростной технологии HSDPA приемник G-Rake2 существенно улучшает работу радиосистемы.

Подразделение Ericsson Mobile Platforms планирует реализовать G-Rake-прием в своих платформах U350 и U360, поддерживающих технологии EDGE и WCDMA/HSDPA одновременно. Планируется также разработка средств G-Rake2.

Обратный канал

В обратном (uplink) канале WCDMA множество пользователей одновременно передают информацию с применением неортогональных кодов. Недавно была разработана новая технология обратного канала (EUL), обеспечивающая более высокие скорости передачи данных. Как и в прямом канале, здесь высокоскоростное оборудование пользователя передает одновременно несколько информационных потоков, закодированных ортогональными кодами. При этом в дисперсионном канале возникают собственные помехи. Работая как эквалайзер, G-Rake-приемник улучшает радиопокрытие при высоких скоростях передачи данных, но, поскольку большая часть внутрисотовых помех создается другими пользователями, применяющими неортогональные коды, выигрыш от использования G-Rake-приема в обратном канале будет не очень велик, до тех пор пока скорость передачи данных не превысит 2 Мбит/с.

Об авторах
Боттомли Грегори Е., Кейрнс Дуглас А., 
Коццо Кармела и др., специалисты компании Ericsson
Телефон: (495) 247-6211





  
11 '2006
СОДЕРЖАНИЕ

бизнес

• Как обуздать стресс, работая в call-центре

инфраструктура

• Защита хранящихся корпоративных данных

• SAS, или Старая песня на новый лад

• Далеко, а рукой подать

• Протоколы внутренней маршрутизации

информационные системы

• Недорогие пакеты управления настольными системами

• Wеb-конференции, которые объединяют мир

сети связи

• Усовершенствованные приемники для оборудования WCDMA

• Файлообменные сети P2P: основные принципы, протоколы, безопасность

кабельные системы

• Открытые монтажные стойки в центрах обработки данных

• Производители кабельных систем приближают беспроводное будущее

защита данных

• Межсетевые экраны для Web-приложений излечивают страх

• Тестируем межсетевые экраны для Web-приложений

новые продукты

• Универсальная радиорелейная платформа компании Alcatel


• Калейдоскоп



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх