Эквалайзер в мобильной станции.

data-ad-format="link">
4.7. Эквалайзер в мобильной станции
 
Межсимвольные искажения в передаче цифровых сигналов возникают, главным образом, за счет появления разностей хода между отраженными радиоволнами при многолучевом их распространении.
 
Стремление уменьшить, скомпенсировать эти искажения привели к разработке метода выравнивания — эквалайзинга (equalizing), смысл которого состоит в компенсации той разности хода между составляющими лучами при многолучевом распространении радиоволн, которая и приводит к межсимвольным искажениям.
 
Эквалайзер (<equalizer) — по своей сути это адаптивный (приспосабливающийся) фильтр, настраиваемый таким образом, чтобы сигнал на его выходе был в возможно большей степени очищен от межсимвольных искажений, содержащихся в принимаемом входном сигнале. Простейшая реализация эквалайзера приведена на рис. 4.20.

> КУПИТЬ РЕПИТЕР - CDMA/ GSM/ DCS/ WCDMA...

Эквалайзер в данной схеме представляет трансверсальный фильтр, подобный тому, который может использоваться в кодере речи, но с принципиально иным алгоритмом настройки.
 
Рассмотрим принцип действия схемы рис. 4.20 и покажем условия частичного ослабления только одного дополнительного сигнала (из многолучевого распространения выберем: главный луч и один мешающий, называемый копией главного, но радиоволна которого по времени сдвинута на т = Тв — длительность одного бита).
gsm

Рис. 4.20. Линейный эквалайзер на базе трансверсального фильтра с трехэлементной линией задержки при следующих условиях: тз = Тв, Ci = 1/3, С2 = 1/9, Сз = 1/27) [4.4]

На рис. 4.21 приведена временная диаграмма сигналов, последовательно распространяющихся вдоль линий задержек и умножителей.
 
1. Пусть на вход эквалайзера (рис. 4.20) поступает два сигнала:
 
- основной цифровой сигнал So(t),
 
- копия сигнала S0(t) - SK(t), сдвинутая во времени на tx = Тв (длительность одного бита).
 
Эти два сигнала подаются: на вход первой линии задержки (JI3) и на вход сумматора.
 
2. При прохождении первой линии задержки (JI31) и после перемножения с сигналом Ci = 1/3 основной сигнал превращается в So(t - Тв)/Ъ (в), а помеховый в S^t - Тв)/Ъ (г).
 
3. При прохождении второй JI32: основной сигнал сдвигается на 2Тв и уменьшается по величине в С2 = 1/9 раза, то есть S0(t - 2Тв)/9 (Э), а копия сигнала: S^t - 2Тв)/9 (е).
 
4. При прохождении третьей JI33: основной сигнал сдвигается на ЪТВ и уменьшается по величине в С3 = 1/27 раза, а копия сигнала, имевшая величины 1 и 0 не столь большие, на рисунке не показана, 5/с(* - ЪТв)/21 «SK(t - 2Тв)/9.
 
5. Таким образом, в сумматор поступают 6 сигналов, сдвинутых во времени на величины At = пТв, и в результате их суммирования на выход подается:
 
- основной цифровой сигнал S0(t),
- ослабленная копия сигнала (помеха), начиная с момента времени t\ = 2ТВ и далее по временной шкале.
 
Итак, в рассматриваемой схеме эквалайзера добавление каждого следующего элемента линии задержки с соответствующим значением коэффициента приводит к ослаблению искажающего сигнала втрое и к дополнительной задержке его во времени на т.
 
Данная схема эквалайзера построена на основе трансверсального фильтра и является линейной, так же, как и соответствующая ей схема с решетчатым фильтром.
 
Такой линейный эквалайзер достаточно прост по устройству, но имеет недостатки, проявляющиеся при больших искажениях сигналов.
 
В реальных условиях все значительно сложнее, чем в приведенном примере.
 
Число лучей естественно больше двух, задержки лучей едва ли будут кратны дискрету JI3, и амплитуды помеховых сигналов не могут быть заранее определены или известны. Кроме того, при перемещении MS вся картина рис. 4.21 будет непрерывно меняться.
 
Поэтому настройка фильтра эквалайзера должна производиться адаптивно, в соответствии с изменяющейся ситуацией, в отдельности для каждого сегмента речи, передаваемого в одном слоте радиоинтерфейса, с использованием обучающейся последовательности, передаваемой в каждом слоте.
dcs
Рис. 4.21. Временная диаграмма сигналов, последовательно распространяющихся вдоль линий задержек и умножителей в эквалайзере
 
Простейшим алгоритмом настройки трансверсального фильтра, минимизирующим среднеквадратическую ошибку на его выходе, является стохатический градиентный алгоритм, в соответствии с которым вектор С коэффициентов фильтра обновляется в результате последовательного применения рекуррентной процедуры [4.4]:
gsm-dcs
символом и его оценкой на выходе фильтра, \х — коэффициент пропорциональности (величина шага), определяющий скорость сходимости итерационного процесса и запас устойчивости. Алгоритм (4.23) обладает медленной сходимостью.
 
Более удобен на практике рекурсивный алгоритм минимума среднеквадратической ошибки, и, в частности, его эффективные в вычислительном отношении модификации, обеспечивающие более высокую скорость сходимости.
 
Более подробное и детальное изложение материала об эквалайзерах можно найти в работах [4.9, 4.10].
 
В заключение рассмотрения эквалайзеров следует отметить, что более совершенными являются нелинейные эквалайзеры [4.4]:
 
- схема с обратной связью по решению;
- схема максимально правдоподобного обнаружения символов;
- схема максимально правдоподобной оценки последовательности и др.
 
Если в первой схеме могут использоваться трансверсальные и решетчатые фильтры, то во второй и третьей — трансверсальные.
 
Общая длина линии задержки фильтров должна соответствовать той разности хода лучей, для которой желательно компенсировать искажения, а дискрет линии задержки (то есть т3) должен быть меньше длительности символа.
 
Блок эквалайзера входит в состав приемника (см. рис. 4.2) и его устройство никак не влияет на состав и форму представления информации, передаваемой по радиоинтерфейсу и по кадрам TDMA.
 
Поэтому схема и характеристики эквалайзера не только не регламентируются никакими стандартами, но вообще блок эквалайзера может не включаться в тракт приемника.
 
Выбор схемы эквалайзера и его включения являются исключительно делом компании-изготовителя.

Основы сотовой связи стандарта GSM. 
       1. ВВЕДЕНИЕ В СТАНДАРТ GSМ. 
       2. ОРГАНИЗАЦИЯ СОТОВОЙ СЕТИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSМ. 
       3. АНТЕННЫ И ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
       4. МОБИЛЬНЫЕ СТАНЦИИ.
               4.1. Структурная схема мобильной станции.
               4.2. Особенности преобразования речевых сигналов в стандарте GSM.
               4.3. Кодирование речевых сигналов.
               4.4. Кодер канала. 
               4.5. GМSК-модуляция. 
               4.6. Высокочастотные тракты в мобильной станции. 
               4.7. Эквалайзер в мобильной станции. 
               4.8. SIМ-карта в мобильной станции. Аутентификация и идентификация          
               4.9. Управление мощностью в системах стандарта GSМ.
       5. БАЗОВЫЕ СТАНЦИИ.
       6. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSM. 
       7. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОНИТОРИНГА В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
       8. УСЛУГИ, ФРОД И БЕЗОПАСНОСТЬ В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
       9. УПРАВЛЕНИЕ СЕТЯМИ СВЯЗИ В СТАНДАРТЕ GSM.
     10. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.