Формирователь сигнала мобильной станции системы с кодовым разделением каналов

(5.3)

где Zу_i - медианное значение превышения уровня сигнала над уровнем помех на входе приемника при i-м уровне мощности передатчика: Z_доп? допустимое (пороговое) значение превышения уровня сигнала над уровнем помех в точке приема, определяемое допустимой вероятностью ошибки; у_z ? среднеквадратическое отклонение (СКО) случайной величины Z относительно медианного значения.

Требуемая вероятность связи

где е_М = (Z_м - Z_доп)/ у_z, а Z_м? медианное значение превышения уровня сигнала над уровнем помех на входе приемника при М-м уровне мощности передатчика.

Необходимо иметь в виду, что

Вероятность работы радиолинии на i-й градации мощности:

(5.4)

Величина Z_доп зависит от допустимой вероятности ошибки, вида сигнала и способа его обработки. Для радиолинии с релеевскими замираниями

где р_ош.доп - допустимая вероятность ошибочного приема элемента сигнала.

Для обеспечения требуемой вероятности связи Q_св.тр медианный уровень отношения сигнал/помеха на входе приемника должен быть:

С учетом (5.1) (5.2) и (5.4) рассчитаны значения средней мощности и энергетического выигрыша от АРМП в радиолинии с логарифмически нормальными замираниями при различных значениях Q_св.тр и у_Z построены графики (рис.5.1). Как видно из рис. 1, с увеличением Q_св.тр и у_Z энергетический выигрыш возрастает. Так, например, для Q_св.тр = 0,9, у_Z = 7 дБ энергетический выигрыш для радиолинии с релеевскими замираниями составляет 6,197 дБ; при у_Z = 8 дБ и 9 дБ ? соответственно В_эн.зам = 6,813 дБ и 7,434 дБ.

Рис. 5.1

С увеличением Q_cв.тр и у_Z энергетический выигрыш возрастает.

Рассчитаем эффективность АРМП в отсутствии релеевских замираний сигнала.

Рассмотрим случай, когда АС выходит на связь с БС во время остановок с площадок, на которых отсутствует эффективно переизлучающие объекты. В этом случае:

(5.5)

Вероятность работы радиолинии на i-й градации мощности находится с помощью (5.3) и (5.4), при этом Z_{доп.б/зам} определяется выражением (5.5),а средняя мощность при АРМП - формулой (5.2).

Рассчитанные с помощью (5.1) значения энергетического выигрыша, получаемого за счет АРМП, в радиолинии при отсутствии релеевских замираний сигнала приведены на рис.5.2.

Рис. 5.2

Как видно из рисунка, величина энергетического выигрыша зависит от требуемой вероятности связи и допустимой вероятности ошибки. Так, например, для Q_св.тр = 0,9 при у_Z = 7 дБ и заданной вероятности ошибочного приема элемента сигнала p_ош.доп = 10^-1 энергетический выигрыш для рассматриваемого случая составляет 8,41 дБ; при p_ош.доп =10^-2 и 10^-3 ? соответственно, В_{эн.б/зам} = 13,743 и 21,398 дБ.

Как видно из рис.5.1 и5.2, энергетический выигрыш, получаемый за счет АРМП, в радиолинии без замираний сигнала оказывается значительно выше, чем в радиолинии с замираниями.

Усредненный энергетический выигрыш (при релеевских замираниях и их отсутствии).

Усредненное значение энергетического выигрыша, получаемого за счет АРМП,

В этом выражении:

? усредненное по состояниям среднее значение мощности передатчика в радиолинии с АРМП; и ? среднее значение мощности передатчика при релеевских замираниях и их отсутствии; () - вероятность того, что в радиолинии присутствуют (отсутствуют) релеевские замирания.

С использованием (5.6) и (5.7) получены графики зависимости B_эн от разности между Q_{эн.б/зам} и Q_эн.зам (рис.5.3). Как видно из рисунка 5.3, с увеличением этой разности усредненный энергетический выигрыш возрастает. Так, например, для у_Z = 7 дБ, Q_св.тр = 0,9 и заданной вероятности ошибочного приема элемента сигнала p_ош.доп = 10^-3 при разности Q_{эн.б/зам}- Q_эн.зам = -0,5 усредненный энергетический выигрыш В_эн = 7,39 дБ; при Q_{эн.б/зам}- Q_эн.зам = 0 получаем В_эн = 9,05 дБ; при Q_{эн.б/зам}- Q_эн.зам ⁼ 0,5 ? В_эн= 11,85 дБ. Для у_Z = 7 дБ, Q_св.тр = 0,9 при Q_{эн.б/зам}- Q_эн.зам = 0,5 и вероятности ошибочного приема элемента сигнала p_ош.доп =10^-1 усредненный энергетический выигрыш составляет 7,74 дБ; p_ош.доп = 10^-2 получаем В_эн = 10,38 дБ; p_ош.доп = 10^-3 имеем В_эн=11,85 дБ.

Рис. 5.3

Из приведенного анализа следует, что автоматическое регулирование мощности излучения передатчиков позволяет получить значительный энергетический выигрыш. При использовании передатчиков с одинаковой максимальной мощностью энергетический выигрыш за счет АРМП в радиолинии без релеевских замираний оказывается значительно выше, чем в радиолинии с релеевскими замираниями. Усредненное значение энергетического выигрыша в радиолинии с АРМП зависит от соотношения вероятностей и , возрастая с увеличением разности между ними.

Как уже упоминалось ранее, управление мощностью чрезвычайно важно для работы CDMA-системы. В системе IS-95 реализованы различные механизмы регулировки мощности.

При работе в режиме открытой петли управления мощностью, подвижная станция измеряет мощность сигнала, принимаемого от базовой станции, пытаясь установить уровень этого сигнала в блоке автоматической регулировки усиления.

Пороговый уровень мощности зависит от диапазона, в котором работает система, и равен -73 дБ для 800-МГц диапазона и -76 дБ для 1800-МГц диапазона. Используемые в (5.1) параметры передаются по каналу синхронизации и определяются размером соты, чувствительностью приемника и уровнем эффективной излучаемой мощности.

Заметим, что приведенный выше способ управления мощностью не очень точен, поскольку при дуплексной передаче данных реализовано частотное разделение, и частоты восходящих и нисходящих каналов различаются на 45 МГц в 800-МГц диапазоне и на 80 МГц в 1800-МГц диапазоне. Поэтому мощность принимаемого подвижной станцией сигнала лишь частично характеризует потери при распространении по восходящей линии связи. Если говорить более точно, работа в режиме открытой петли управления мощностью не может скомпенсировать быстрые замирания в восходящей линии связи. Для решения этой проблемы базовая станция измеряет мощность принимаемого от подвижной станции сигнала и посылает соответствующие команды управления мощностью. Каждый 20-мс кадр разделен на 16 групп управления мощностью. Каждая группа эквивалентна шести битам последовательности, передаваемой по восходящей линии связи, или, что тоже самое, одному символу Уолша, используемому в ортогональной модуляции при передаче данных по восходящей линии связи. В каждой группе управления мощностью измеряется отношение сигнал/помеха, которое затем сравнивается с опорным значением. В зависимости от результата принимается решение об уменьшении или увеличении мощности подвижной станции. Как уже отмечалось ранее, биты управления мощностью замещают собой биты, расположенные в псевдослучайных положениях кадра, определяемых генератором длинной ПСП. Динамический диапазон системы замкнутой петли управления мощностью с обратной связью составляет ±24 дБ. Если принимать во внимание управление мощностью по открытой петле управления, то суммарный динамический диапазон составит ±32 дБ для 800-МГц диапазона и ±40 дБ для 1800-МГц диапазона. Конечной целью физического уровня системы считается обеспечение требуемого качества передачи данных, которое определяется допустимой частотой появления ошибок. Поэтому уровень отношения сигнал/шум устанавливается так, чтобы обеспечить достижение указанной цели в данной соте.

В нисходящей линии связи также осуществляется регулировка мощности в узком динамическом диапазоне. Базовая станция постепенно уменьшает излучаемую мощность с периодичностью 15-20 мс до тех пор, пока количество ошибок в кадре, измеряемое подвижной станцией, не достигнет заданного предела.

6 Технико-экономический анализ

Последние десятилетия отличаются стремительным развитием теории и практики в области создания сотовых систем радиосвязи с подвижными объектами, потребности в которых с каждым годом все возрастают. Внедрение сотовых систем подвижной связи в различные сферы деятельности показало их несомненную перспективность и необходимость дальнейшего усовершенствования. В связи с тем, что основные усилия при проектировании систем были сосредоточены на обеспечении высокой помехоустойчивости приема радиотелефонных сообщений, в этом направлении достигнуты определённые успехи, которые приблизили сотовую связь по качеству принимаемой информации к уровню проводной телефонной связи. Нецелесообразно при этом использование для учебных целей серийных систем связи. В связи с тем, что любая фирма-производитель предоставляет только потребительские данные выпускаемой продукции, а ее схема подключения, принципиальная схема и. д. являются недоступной информацией. Помимо этого необходимо учитывать, что современные системы строятся не только на аналоговой элементной базе, но и на интегральных микросхемах, что не позволяет изучить принцип работы системы, даже зная ее принципиальную схему. И самая важная причина довольно высокая стоимость: цена среднего по своим возможностям модуля формирования сигналов сотовой связи, главной составляющей которой является модуль формирования сигналов, составляет от 10000 до десятков миллионов рублей.

Проектируемая система должна обладать всеми основными качествами реальной системы связи, но при этом допускаются упрощения, не имеющие принципиального значения и позволяющие снизить стоимость устройства.

Достоинством разрабатываемой системы являются простота схемы и доступность понимания ее работы.

7 Вопросы безопасности и экологичности разработки

При проектировании модуля формирования сигналов мобильной станции наиболее вероятной чрезвычайной ситуацией является пожар.

Причины возникновения пожара носят электрический характер. К ним относятся: короткие замыкания, перегрузки и искрения. Источником высоких температур и пламени в модуле формирования сигналов мобильной станции являются радиодетали.

Печатные платы, выполняемые из текстолита, стеклопластика на основе полиэфирных и эпоксидных смол, могут загораться от перегретых деталей.

Вторичными последствиями пожаров могут быть взрывы и утечки ядовитых или загрязняющих веществ в окружающую среду; кроме того, большой ущерб нетронутым огнем помещениям и хранящихся в них предметах может принести применение для тушения пожара водой.

Согласно СНиП 2.01.02-85, производственные здания и склады подразделяются на категории в зависимости от характеристики используемых или получаемых в производстве веществ и их количества, по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности.

Наше помещение относится к категории ^?Д^?. К этой категории относятся производства, связанные с обработкой несгораемых веществ и материалов в холодном состоянии, а также служебные вспомогательные помещения второй степени огнестойкости.

Согласно ПЭУ-85 наше помещение относится к пожаростойкой зоне класса п-Па. К ним относятся зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются твердые горючие вещества.

Согласно СНиП 2.01.02-85 здание, где находится рабочее место, относится к зданиям п-Па степени огнестойкости. Все конструкции (стены, перекрытия, перегородки) выполнены из негорючих материалов с пределом огнестойкости до 2-2,5 г.

Курение в помещении, использование в работе легко воспламеняющихся веществ, нарушение правил обращения с огнем - относятся к причинам возникновения пожара бытового характера. Для предотвращения такого рода пожаров должны быть специальные оснащенные места для курения, оборудованные урной и табличкой. При отсутствии таковых мест, курение на территории здания запрещается совсем.

Невнимательность людей на рабочем месте и несоблюдение правил пожарной безопасности является главной причиной возникновения пожара. Для предотвращения этого с сотрудниками должен обязательно проводиться инструктаж по технике безопасности. Бели в помещении работает группа людей, то назначается старший.

Для тушения возможного пожара в помещении должен иметься ручной углекислый огнетушитель ОУ-2, предназначенный для тушения электрооборудования и радиоустройств, находящихся под напряжением, и других горючих веществ и ручной огнетушитель химический пенный ОХП-10, предназначенный для тушения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и других горючих веществ.

Быстрая ликвидация возникшего пожара во многом зависит от своевременного извещения о пожаре. Распространенным средством извещения является телефонная сеть, к которой подключается приемная станция, принимающая сигналы от извещателей и передающая их в помещение пожарной команды. Чаще всего применяются комбинированные автоматические извещатели, реагирующие на тепло и дым. Находят применение и ультразвуковые извещатели, реагирующие на изменение ультразвукового поля при возгорании.

В случае же возникновения пожара, как указано в плане эвакуации этажа, следует воспользоваться одной из двух имеющихся лестниц и вывести всех сотрудников и студентов во двор или на улицу.

Для профилактики возгорания используются следующие методы:

? вытяжная вентиляция ГОСТ 351318.1.14-99 , охлаждение воздуха для отвода тепла от ЭВМ кондиционером LG S07LHP ГОСТ 22270-76;

? система бесперебойного питания Asus 53-HV ГОСТ-Р 50745;

? регулярные мероприятия противопожарной профилактики, 1 раз в 7 дней.

В соответствии с Конституцией Российской Федерации каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, каждый обязан бережно относиться к природным богатствам, которые являются основой устойчивого развития, жизни и деятельности народов, проживающих на территории Российской Федерации.

Основными направлениями по решению проблем окружающей среды являются технические (технологические) и организационные способы защиты. К первой группе относятся: совершенствование технологических процессов и разработка нового оборудования с меньшим уровнем выбросов примесей и отходов в окружающую среду.

Среди технических и технологических способов минимизации воздействия производств на окружающую среду присутствует регулирование источников физического воздействия на окружающую среду, включающее в себя регулирование источников радиационного и электромагнитного воздействия, снижения уровня шума и вибрации, уменьшение сбросов и выбросов тепла.

Другой активной формой защиты окружающей среды от вредного воздействия выбросов промышленных предприятий является «безотходная технология». Это комплекс мероприятий в технологических процессах от обработки сырья до использования готовой продукции, в результате чего сокращается до минимума количество вредных выбросов.

При использовании организационных подходов к защите окружающей среды на первое место выходят не технологические усовершенствования, а более рациональное использование имеющихся ресурсов. В данном случае, при проведении эксперимента для формирователя сигналов, можно улучшить характеристики рабочего места (снизить уровень электромагнитного излучения, попадающего на людей), корректно разместив лабораторные стенды в пределах помещения.

При внедрении любого нового технического устройства заранее нельзя учесть все отрицательные последствия при его эксплуатации, ремонте или утилизации. Потому инженер-разработчик должен учитывать, каким образом будет утилизироваться прибор в конце срока эксплуатации. Возможно, с учётом этого фактора, разрабатываемый макет будет иметь меньший КПД, но, после окончания его срока эксплуатации, не произойдёт, например, загрязнения почвы солями тяжёлых металлов.

В процессе эксплуатации формирователь сигналов не делает химических и радиоактивных выбросов в окружающую среду. Основные узлы устройства выполнены в виде блоков, что позволяет при выходе блока из строя или усовершенствовании элементной базы - производить замену одного блока, а не всего устройства.

Заключение

В аттестационной работе рассмотрен формирователь сигнала мобильной станции системы с кодовым разделением каналов. Проанализирована оценка энергетического выигрыша при автоматическом регулировании мощности передатчиков. В работе также рассчитаны вероятности ошибок в гауссовском канале для квадратурной фазовой модуляции.

В выпускной квалификационной работе дано технико-экономическое обоснование разработки, рассмотрены вопросы безопасности и экологичности разработки.

В квалификационной работе представлены чертежи структурной схемы формирователя сигнала (ШПС) в обратном канале трафика. Чертежи выполнены согласно требованиям ЕСКД.

Список использованных источников

Ипатов В.П., Орлов В.К., Самойлов И.М., Смирнов В.Н. Системы мобильной СВЯЗИ.//М. - Горячая линия - Телеком - 2003. - 272 с.

Шиллер И. Мобильные коммуникации.//М. - 2002.

Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД//М. - Издательство стандартов - 1989 - 325с.

Побережский Е.С. Цифровые радиоприёмные устройства//М. - Радио и связь- 1987 .

Зюко А.Г., Коробов Ю.Ф. Теория передачи сигналов//Связь. - 1972. - 280с.

Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации: Учебное пособие для вузов. - М.: Сов. радио, 1976. - 368 с.

Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости. М.-Л., Госэнергоиздат, 1956. - 409 с

Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов - СПб.: Питер, 2002 - 608 с.: ил.

Беллами Дж. Цифровая телефония: Пер с англ. Б. Ершовой и Э.В. Кордонского. - М.: Радио и связь, 1986.

Финк Л. М. Теория передачи дискретных сообщений. - М.: Сов. радио, 1970.

Непомнящий Е.Г. Экономика и управление предприятием. Таганрог: изд. ТРТУ, 1997.

Технико-экономическое обоснование дипломных проектов. - /под ред., ВеклемишоваВ.К. - М: Высшая школа, 1991. - 176с.

Охрана труда на предприятиях связи. Учебник для ВУЗов /Н.И. Бакланов, Н.Ж.Китаева. - М: Радио и связь. 1985. - 280 с.

Постушков В.П., Гужва А.Ю., Почанин М.В. Оценка энергетического выигрыша в радиолинии при автоматическом регулировании мощности. - «ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ», №2, 2004.

Размещено на Allbest.ru