Сложение с равными весами

Строго говоря, конструкция примерно такая же, за исключением того, что из этого устройства удаляются элементы У1 и У2 и элементы управления. И вот получается устройство сложения с равными весами.

Вот такая структурная схема:

Почему сложение с равными весами? Потому что в оптимальном сложении у нас осуществлялось взвешивание сигнала, т.е. оценка уровня и домножение на какие то коэффициенты, то здесь блока весовой обработки нет. Поэтому и сложение с равными весами. Поэтому оптимальность такой схемы падает, потому что если какой то канал зашумлен, то мы не можем его исключить и весь этот шум мы сложим с полезным сигналом и благополучно подадим на входы наших приемников. И, соответственно, с выходов уже эти сигналы сложатся, и общий сигнал может и ухудшиться.

Структурная схема метода сложения с равными весами во многом схожа с оптимальным сложением, за исключением того, что в ней отсутствуют блоки весовой обработки. Улучшение характеристик помехоустойчивости по сравнению с предыдущей схемой оказывается меньше, поскольку шум и помехи одной ветви могут суммироваться с не зашумленными сигналами другой ветви.

Кроме того в этих двух методах определенную проблему, с точки зрения реализации, создает блок фазирования при работе на ультра высоких частотах. Необходимо отметить, что в каждой ветви используется свой приемник.

Методы автовыбора.

В методах автовыбора каждый раз выбирается наилучшие ветви разнесения, т.е. ветвь либо с максимальным уровнем сигнала, либо с минимальным уровнем ошибки. При этом обеспечивается устойчивая работа даже в условиях быстрых замираний. Однако данный метод проигрывает ранее рассмотренным с точки зрения улучшения помехоустойчивости.

Метод автовыбора зачастую реализуется в виде метода с фиксированным и переменным порогом.

Зарисуем структурную схему:

Коммутатор это просто высокочастотный выключатель, который соединяет с входом приемника либо АНТ1, либо АНТ2. Делает он это под управлением компоратора. Компоратор сравнивает 2 уровня сигнала. Первый уровень сигнала выдается пользователем в виде уровня фиксированного порога, а второй поступает с какой-либо антенны из-за приемника. Если принимаемый сигнал превышает уровень фиксированного порога, значит мы работаем с это антенной. Как только он упадет ниже уровня фиксированного порога мы переключимся на антенну2, может быть там лучше.

На практике можно упрощать. Есть некий график.

Этот метод применяется там, где уровень сигнала меняется предсказуемо, например, на железной дороге. Приемник стоит в локомотиве, а локомотив обслуживает некоторый участок дороги. Пусть поезда известен, поэтому там можно установить фиксированный порок и как то коммутировать антенной. Типо на каком то участке пути лучше принимает АНТ1 в голове состава, а на другом участке уже вторая лучше работает. И мы можем так переключать.

Лучшей реализацией является метод автовыбора с переменным порогом. Выглядит он следующим образом;

Здесь все тоже самое, за исключение того, что пороговый уровень автоматически подстраивается под ситуацию.

Коммутатор переключает ВЧ переключатель со входом приемника либо АНТ1, либо АНТ2. Приемник принимает сигнал, оценивает его уровень, этот уровень подается на компоратор на прямую и на блок оценки. Блок оценки прогнозирует положение этого порога.

Какая ситуация может быть с уровнем фиксированного порога. У нас сигнал как то идет и изменяется (хуже/лучше), а порог мы установили сильно ниже. И получается, что коммутация не работает. Поэтому работает только АНТ1. Тогда нафига нужна вообще АНТ2, зачем мы сделали более дорогим приемник, смысла нет. Поэтому блок оценивания это понимает и устанавливает порог где то рядом с сигналом, чтобы мы могли получать все прелести и радости от метода коммутации.

Метод автовыбора с фиксированным порогом достаточно прост в реализации, характеризуется большим быстродействием, но имеет недостаток в виде невозможности выбора значения порога для всей зоны обслуживания системы. Данный недостаток решается в методе автовыбора с переменным порогом за счет введения схем блока оценивания, способного изменять уровень порога в зависимости от сложившейся ситуации.

Таким образом, в методе с фиксированным порогом, порог может устанавливаться только для небольшой зоны обслуживания, и не будет являться наилучшим для всей области работы системы связи. Поэтому уровень порога целесообразно адаптивно подстраивать при перемещении подвижного объекта, что и реализовано в методе с переменным порогом.

При этом улучшение характеристик помехоустойчивости в методе с переменным порогом зависит от:

· Точности установки порога

· Временной задержки в цепи обратной связи (в блоке оценивания)

· Времени, необходимого для принятия решения и переключения

Есть еще одна разновидность метода автовыбора – это метод периодической коммутации.

Он имеет очень узкое применение.

Схема данного метода:

По сути, мы осуществляем периодическое переключения антенн. Генератор не управляем и мы просто с определенным периодом подключаем к входу приемника либо АНТ1, либо АНТ2. Интересно, что в некоторых системах связи это позволяет получить выигрыш, по сравнению с одной подключенной антенной засчет разнесения, особенно если у нас используется помехоустойчивое кодирование.

В методе периодической коммутации ветви разнесения периодически выбираются с помощью автономного генератора. Данный метод обычно используют в низкоскоростных системах передачи информации. При этом частота переключения ветвей выбирается не менее удвоенной скорости передачи данных для того, чтобы сигнал, соответствующий наилучшей ветви разнесения мог быть принят в каждом периоде.

Идея такая, передаются некие биты информации, и частота переключения выбирается такой, чтобы символ считывался с антенны, в момент его передачи, с одной антенны и с другой.

Потом считываем другой символ, и выбирается антенна с лучшим отношение с/ш для этой половинки символа.

Есть еще метод фазового сканирования, но БОГ с ним.

Поговорим о плюсах, которые мы получаем при использовании данных методов разнесения в системах подвижной радиосвязи. Получаем мы такой бонус, что у нас улучшаются характеристики помехоустойчивого приема.

Рассмотрим статистические характеристики отношения сигнал/шум и сигнал/помеха в релеевском канале связи без разнесения.

Мгновенное значение отношения сигнал/шум обозначим как , и это квадрат огибающей сигнала, распределенный по закону Релея. В этом случае, функция распределения плотности вероятности будет описываться следующим отношением:

Мгновенное значение отношения несущая/помеха обозначим , соответственно функция распределения плотности вероятности:

Приведения для подобных соотношений:

Для метода оптимального сложения суммарное значение отношения несущая/шум будет обозначаться как:

Для сложения с равными весами;

Для методов автовыбора:

в зависимости от их взаимного расположения

Отсюда видно, что наибольший выигрыш в методе оптимального сложения.

мгновенные значения, если каналов больше, то , а мгновенное значение на выходе схемы комбинирования.

То же самое, но в приближенном виде можно сказать для отношения сигнал/шум.

Если сигналы различных ветвей независимые, их огибающие имеют релеевское распределение с одинаковой мощностью. В этом случае функция распределения плотности вероятности для трех рассмотренных методов, будет определяться:

Графики:

По X у нас отношение сигнал/шум, по оси Y у нас вероятностные характеристики. Мы видим ветвь разнесения, здесь все плохо. И потом с солидным отрывом идет метод автовыбора и метод оптимального сложения. Зачастую расстояние 1 существенно меньше расстояния 2. Лучше использовать метод автовыбора, потому что разница между методом автовыбора и оптимального значения невелика.

Тоже самое можно получить для (мгновенно отношение сигнал/помеха):

Вероятности потери в системах связи, использующие разнесение: