Разнообразие, сочетающееся

Комбинирование разнесения — это метод, применяемый для объединения нескольких принятых сигналов устройства разнесенного приема в один улучшенный сигнал.

Различные техники

Можно выделить различные методы объединения разнообразия:

Комбинирование с равным коэффициентом усиления: все полученные сигналы когерентно суммируются.
Объединение с максимальным соотношением ^{[ 1 ]} часто используется в больших системах с фазированной решеткой : полученные сигналы взвешиваются по отношению к их SNR , а затем суммируются. Полученное соотношение сигнал/шум дает $\sum _{k=1}^{N}SNR_{k}$ где $SNR_{k}$ SNR принятого сигнала $k$ .
Переключаемое объединение: приемник переключается на другой сигнал, когда текущий выбранный сигнал падает ниже заранее определенного порога. Это также часто называют «комбинированием сканирования».
Объединение выбора : из N полученных сигналов выбирается самый сильный сигнал. Когда N сигналов независимы и распределены по Рэлею , ожидаемый выигрыш от разнесения, как было показано, равен $\sum _{k=1}^{N}{\frac {1}{k}}$ , выраженный как коэффициент мощности. ^{[ 2 ]} Следовательно, любой дополнительный выигрыш быстро уменьшается с увеличением числа каналов. Это более эффективный метод, чем коммутация с переключением.

Иногда используется более одного метода объединения - например, удачная визуализация использует объединение выбора для выбора (обычно) лучших 10% изображений с последующим объединением выбранных изображений с равным коэффициентом усиления.

Другие методы объединения сигналов были разработаны для снижения шума и нашли применение в биофизике одиночных молекул , хемометрике и других дисциплинах. ^{[ 3 ]}

Объединение времени

Когда основное внимание уделяется беспроводной передаче более длинных последовательностей сигналов, таких как, например, пакеты Ethernet, можно наблюдать конкретные характеристики производительности, касающиеся выигрыша от разнесения в параллельной резервированной системе беспроводной передачи. Для «объединения времени» пакеты данных дублируются и одновременно передаются по параллельным путям. На принимающей стороне из ветвей выбирается первый пришедший пакет и немедленно обрабатывается по направлению к конечному приложению. Дальнейшие копии пакета, если они прибывают, отбрасываются. Этот тип объединителя после обнаружения называется «объединителем по времени», поскольку значительное улучшение производительности достигается за счет немедленной обработки первого поступившего пакета. ^{[ 4 ]}

Пример комбинируемой двусторонней радиосвязи с переключением

В наземной мобильной радиосвязи , где установленные на транспортных средствах и портативные радиостанции обмениваются данными с базовой станцией на одной частоте, пространственное разнесение достигается за счет наличия нескольких приемников в разных местах. Комбинирование разнесения, или голосование , в системах двусторонней радиосвязи — это метод увеличения дальности обратной связи от рации и автомобильных мобильных радиостанций. ^{[ 5 ]}

Приемники подключаются к устройству, называемому компаратором голосования или избирателем.

Компаратор голосования выполняет оценку всех полученных сигналов и выбирает наиболее пригодный для использования полученный сигнал. ^{[ 6 ]} В системах ретрансляторов проголосованный сигнал передается повторно. В симплексных системах он поступает на динамик консоли базовой станции. Звук с приемника, за который не было проведено голосование, игнорируется. Компараторы голосования в аналоговых FM- системах могут переключаться между приемниками за десятые или сотые доли секунды (быстрее, чем один слог). Пока разборчивый сигнал доходит до одного приемника в системе, повторяющийся звук или звук, передаваемый на динамик консоли, будет разборчивым.

В этой схеме приемники на удаленных объектах подключаются к компаратору голосования по частным телефонным линиям, каналу в банке каналов D4 на DS1 или аналоговому микроволновому каналу основной полосы частот.

Как оцениваются сигналы

Самые ранние компараторы для голосования полагались на тон, закодированный на отдельном аудиотракте, требуя, чтобы каждый узел приемника имел 4-проводную схему или два аудиотракта. Высота тона изменилась, чтобы отображать уровень принимаемого сигнала или напряжение ограничителя FM-приемника на удаленном приемнике. Это работало плохо, поскольку не учитывало микроволновый шум основной полосы частот или шумные линии телефонных компаний.

Новые компараторы для голосования сравнивают соотношение сигнал/шум в компараторе для голосования, учитывая сквозной шум, плохие телефонные линии, низкий уровень дисциплины, а также лучший путь разнесенного приема.

Диапазон обратной связи рации

При общении с помощью портативных радиостанций ( раций ) базовые станции обычно передают сигнал дальше, чем могут принять. Голосование среди нескольких приемников на разных объектах увеличивает вероятность того, что один из приемников получит полезный сигнал от радиостанций двусторонней связи в системе.

Снижение помех

Комбинирование разнесения уменьшает один возможный одиночный отказ: любой отказ одного приемника или локальные помехи одному приемнику не будут блокировать прием во всей системе. На площадках с оборудованием может размещаться множество радиопередатчиков и приемников. ^{[ 7 ]} Отдельный объект подвержен воздействию местных, специфичных для него мешающих сигналов. Эти мешающие сигналы могут появляться и исчезать по мере включения и выключения передатчиков.

Потенциальная проблема с приемниками, расположенными на большой высоте, заключается в том, что они могут принимать сигналы из отдаленных округов, префектур или других провинций. Эти нежелательные, отдаленные сигналы могут быть сильнее, чем полезные сигналы местных раций. ^{[ 8 ]} В некоторых случаях удаленные сигналы могут блокировать местные слабые сигналы. Наличие нескольких мест приема увеличивает вероятность того, что один из сайтов получит локальный сигнал в присутствии удаленного нежелательного сигнала. ^{[ 9 ]} Избирательный вызов может избавить пользователей от необходимости прослушивать звук удаленных сигналов, даже если удаленные сигналы находятся в пределах диапазона приема одного или нескольких приемников.

Покрытие

В литературе для систем двусторонней радиосвязи критических или аварийных служб указывается минимум 95% покрытия. ^{[ 10 ]} Одним из определений покрытия системы является стандарт TSB-88A Ассоциации телекоммуникационной отрасли (TIA). ^{[ 11 ]}

Опция блокировки голосования или голосования и удержания

Большинство установок, использующих оборудование для объединения разнесенных сигналов, постоянно сравнивают лучший принимаемый сигнал со всеми остальными сигналами. На протяжении всей принимаемой передачи компаратор может переключать приемники каждые несколько десятых секунды. Когда пользователь рации вызывает затухание сигнала поворотом головы или проезжающий мимо тягач с прицепом блокирует его сигнал в выбранном месте приема, блок объединения быстро переключается на другой приемник. ^{[ 12 ]}

В некоторых установках оборудование объединения разнесенных сигналов настроено на синхронизацию с приемником. Например, в некоторых сельских региональных системах покрытия каждый приемник покрывает уникальную географическую область. Существует не так много совпадений. Если бы система состояла из двух станций, северной и южной, она бы выбрала лучшую из двух и оставалась бы заблокированной на этом приемнике до тех пор, пока передача не закончится. ^{[ 13 ]} Это лучше работает с мобильными радиостанциями, поскольку уровень их сигнала обычно постоянный. ^{[ 14 ]}

В некоторых случаях это голосование и удержание используется для управления выбором передатчика. Рассмотрим случай региональной системы с двумя базовыми станциями: северной и южной. Если оборудование, комбинирующее разнесение, проголосует за «север», в следующий раз, когда диспетчер нажмет кнопку передачи, передатчик севера включит передачу. Это называется управлением передатчиком и предназначено для автоматизации выбора передатчика в системах, где доступно более одного места передатчика. В некоторых случаях это работает не очень хорошо. ^{[ 15 ]}

В мобильных системах передачи данных опция блокировки голосования является предпочтительной, поскольку постоянное переключение между получателями приводит к потере пакетов данных. Оборудование для объединения разнесенного сигнала переключается достаточно быстро, чтобы не терялись слоги, но недостаточно быстро, чтобы не терялись биты. Системы мобильной передачи данных обычно возникают на основе модемов в мобильных радиостанциях. Мобильные радиостанции обычно излучают устойчивые сигналы на несколько пунктов приема, поэтому мощность сигнала достаточно сильна, чтобы блокировка голосов работала хорошо. ^{[ 16 ]}

См. также

Ссылки

^ Кулкарни, М; Чоудхари, Л.; Кумбхани, Б; Кшетримаюм, Р.С. (2014). «Сравнение производительности выбора передающей антенны с комбинированием максимального коэффициента и ортогональными пространственно-временными блочными кодами в равнокоррелированных каналах с множеством входов и множеством выходов с релеевским замиранием» . ИЭПП Коммуникации . 8 (10) (опубликовано 1 июля 2014 г.): 64–70. дои : 10.1049/iet-com.2013.1087 . S2CID 30676735 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Д. Г. Бреннан, «Методы объединения линейного разнообразия», Proc. IRE , том 47, № 1, стр. 1075–1102, июнь 1959 г.
^ «Машаги и др. Снижение шума за счет комбинации сигналов в пространстве Фурье, применяемое для коррекции дрейфа в оптических пинцетах, Rev. Sci. Instrum. 82, 115103 (2011)» . Архивировано из оригинала 3 мая 2012 г. Проверено 8 ноября 2011 г.
^ Рентшлер, М.; Лаукеманн, П., «Анализ производительности параллельной резервной WLAN», Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA), 2012 г., 17-я конференция IEEE, том, №, стр. 1,8, 17–21 сентября 2012 г.
^ Чтобы подтвердить использование слова «голосование» для описания этого оборудования, см. патенты Ведомства по патентам и товарным знакам США № 4531235 и 5884192 «Объединение разнообразия для антенн».
^ «Раздел V: Выводы», Исследовательский проект коммуникационных технологий Калифорнийского дорожного патруля на частоте 800 МГц , 80-C477, ( Сакраменто, Калифорния : Департамент общих служб, Отдел коммуникационных технологий, 1982), стр. V-6.
^ Например, одна конкретная площадка с оборудованием описывается как имеющая шесть базовых станций и множество приемников. См.: «3.1.3 Радиосайт Дрейпер-Лейк», Транковая радиосистема: запрос предложений , ( Оклахома-Сити, Оклахома : Управление муниципальных объектов Оклахома-Сити, Управление капитальных проектов общественной безопасности, 2000), стр. 56.
^ Одно из эмпирических правил заключается в том, что передатчик рации производит от одной десятой (-10 дБ) до одной сотой (-20 дБ) уровня сигнала автомобильной радиостанции на приемнике базовой станции.
^ «Оценка региональных альтернатив: выбор места», Планирование экстренной медицинской связи: Том 2, Руководство по планированию на местном / региональном уровне , (Вашингтон, округ Колумбия: Национальное управление безопасности дорожного движения, Министерство транспорта США, 1995), стр. 52-55.
^ «Оценка региональных альтернатив: выбор места», Планирование экстренной медицинской связи: Том 2, Руководство по планированию на местном / региональном уровне , (Вашингтон, округ Колумбия: Национальное управление безопасности дорожного движения, Министерство транспорта США, 1995), стр. 52. Профессиональный консультант должно помочь в определении покрытия для инженерных систем, поскольку «95% покрытие» можно интерпретировать по-разному.
^ Определения покрытия для инженерных систем описаны в Плане связи EMS Калифорнии: окончательный проект (Сакраменто, Калифорния: Управление EMS штата Калифорния, сентябрь 2000 г.) и «Глоссарии», Итоговый отчет фазы II Аризоны: Оценка потребностей в совместимости радиосвязи в масштабе штата, (Феникс, Аризона: Macro Corporation и штат Аризона, 2004 г.), стр. 165.
^ Описание действующей системы см.: «2.1 Мобильная радиосистема», Радиокомитет полиции Сан-Рафаэля: Отчет мэру и городскому совету ( Сан-Рафаэль, Калифорния : Город Сан-Рафаэль, 1995), стр. 4.
^ Обсуждение блокировки голосов по сравнению с обычным голосованием см.: «Раздел V: Выводы», , 80 Исследовательский проект коммуникационных технологий Калифорнийского дорожного патруля на частоте 800 МГц -C477, ( Сакраменто, Калифорния : Департамент общих служб, Отдел коммуникационных технологий, 1982), стр. Т-6. В отчете говорится, что Калифорнийский дорожный патруль не использует блокировку голосов в Лос-Анджелесе , очень перегруженной радиосреде. В некоторых условиях помех блокировка голосов может привести к плохим результатам. Сайт, на котором проголосовали первым, иногда оказывается не лучшим сайтом. Некоторые сайты имеют повышенный уровень окружающего шума, из-за чего они постоянно выбираются последними, даже несмотря на то, что они производят немного лучший звук и их способность поддерживать путь к мобильному телефону в течение длительной передачи может быть лучше.
^ Крайний случай: одно калифорнийское исследование описывает полевые испытания, в ходе которых был получен уровень сигнала от 90-Вт, 42 МГц. Напряжение мобильной радиосвязи упало с 45 микровольт (постоянный сигнал) до нуля за одну милю дороги. См.: «Раздел II: Исследования распространения радиосигналов», Исследовательский проект коммуникационных технологий Калифорнийского дорожного патруля на частоте 800 МГц , 80-C477, (Сакраменто, Калифорния: Департамент общих служб, Отдел коммуникационных технологий, 1982), стр. V-6.
^ Существование метода голосования и удержания и его использование при управлении передатчиком можно подтвердить, прочитав «Раздел V: Выводы», Исследовательский проект коммуникационных технологий Калифорнийского дорожного патруля на частоте 800 МГц , 80-C477, (Сакраменто, Калифорния: Департамент общего обслуживания, Отдел коммуникационных технологий, 1982 г.), стр. V-6.
^ Это подробно описано в руководствах по обслуживанию оборудования для объединения разнесенных сигналов, предназначенного для использования с мобильными данными.

Дальнейшее чтение

Л.-К. Линь, М. Го и К. Т. Вонг, «Двухветвевой выбор в беспроводном приеме с пространственным разнесением: верхняя граница выходной мощности», IEEE Transactions on Communications, vol. 60, нет. 2, стр. 537–546, февраль 2012 г.

[kshetrimayum4-1] Кулкарни, М; Чоудхари, Л.; Кумбхани, Б; Кшетримаюм, Р.С. (2014). «Сравнение производительности выбора передающей антенны с комбинированием максимального коэффициента и ортогональными пространственно-временными блочными кодами в равнокоррелированных каналах с множеством входов и множеством выходов с релеевским замиранием» . ИЭПП Коммуникации . 8 (10) (опубликовано 1 июля 2014 г.): 64–70. дои : 10.1049/iet-com.2013.1087 . S2CID 30676735 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[2] Д. Г. Бреннан, «Методы объединения линейного разнообразия», Proc. IRE , том 47, № 1, стр. 1075–1102, июнь 1959 г.

[3] «Машаги и др. Снижение шума за счет комбинации сигналов в пространстве Фурье, применяемое для коррекции дрейфа в оптических пинцетах, Rev. Sci. Instrum. 82, 115103 (2011)» . Архивировано из оригинала 3 мая 2012 г. Проверено 8 ноября 2011 г.

[Rentschler-4] Рентшлер, М.; Лаукеманн, П., «Анализ производительности параллельной резервной WLAN», Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA), 2012 г., 17-я конференция IEEE, том, №, стр. 1,8, 17–21 сентября 2012 г.

[5] Чтобы подтвердить использование слова «голосование» для описания этого оборудования, см. патенты Ведомства по патентам и товарным знакам США № 4531235 и 5884192 «Объединение разнообразия для антенн».

[6] «Раздел V: Выводы», Исследовательский проект коммуникационных технологий Калифорнийского дорожного патруля на частоте 800 МГц , 80-C477, ( Сакраменто, Калифорния : Департамент общих служб, Отдел коммуникационных технологий, 1982), стр. V-6.

[7] Например, одна конкретная площадка с оборудованием описывается как имеющая шесть базовых станций и множество приемников. См.: «3.1.3 Радиосайт Дрейпер-Лейк», Транковая радиосистема: запрос предложений , ( Оклахома-Сити, Оклахома : Управление муниципальных объектов Оклахома-Сити, Управление капитальных проектов общественной безопасности, 2000), стр. 56.

[8] Одно из эмпирических правил заключается в том, что передатчик рации производит от одной десятой (-10 дБ) до одной сотой (-20 дБ) уровня сигнала автомобильной радиостанции на приемнике базовой станции.

[9] «Оценка региональных альтернатив: выбор места», Планирование экстренной медицинской связи: Том 2, Руководство по планированию на местном / региональном уровне , (Вашингтон, округ Колумбия: Национальное управление безопасности дорожного движения, Министерство транспорта США, 1995), стр. 52-55.

[10] «Оценка региональных альтернатив: выбор места», Планирование экстренной медицинской связи: Том 2, Руководство по планированию на местном / региональном уровне , (Вашингтон, округ Колумбия: Национальное управление безопасности дорожного движения, Министерство транспорта США, 1995), стр. 52. Профессиональный консультант должно помочь в определении покрытия для инженерных систем, поскольку «95% покрытие» можно интерпретировать по-разному.

[11] Определения покрытия для инженерных систем описаны в Плане связи EMS Калифорнии: окончательный проект (Сакраменто, Калифорния: Управление EMS штата Калифорния, сентябрь 2000 г.) и «Глоссарии», Итоговый отчет фазы II Аризоны: Оценка потребностей в совместимости радиосвязи в масштабе штата, (Феникс, Аризона: Macro Corporation и штат Аризона, 2004 г.), стр. 165.

[12] Описание действующей системы см.: «2.1 Мобильная радиосистема», Радиокомитет полиции Сан-Рафаэля: Отчет мэру и городскому совету ( Сан-Рафаэль, Калифорния : Город Сан-Рафаэль, 1995), стр. 4.

[13] Обсуждение блокировки голосов по сравнению с обычным голосованием см.: «Раздел V: Выводы», , 80 Исследовательский проект коммуникационных технологий Калифорнийского дорожного патруля на частоте 800 МГц -C477, ( Сакраменто, Калифорния : Департамент общих служб, Отдел коммуникационных технологий, 1982), стр. Т-6. В отчете говорится, что Калифорнийский дорожный патруль не использует блокировку голосов в Лос-Анджелесе , очень перегруженной радиосреде. В некоторых условиях помех блокировка голосов может привести к плохим результатам. Сайт, на котором проголосовали первым, иногда оказывается не лучшим сайтом. Некоторые сайты имеют повышенный уровень окружающего шума, из-за чего они постоянно выбираются последними, даже несмотря на то, что они производят немного лучший звук и их способность поддерживать путь к мобильному телефону в течение длительной передачи может быть лучше.

[14] Крайний случай: одно калифорнийское исследование описывает полевые испытания, в ходе которых был получен уровень сигнала от 90-Вт, 42 МГц. Напряжение мобильной радиосвязи упало с 45 микровольт (постоянный сигнал) до нуля за одну милю дороги. См.: «Раздел II: Исследования распространения радиосигналов», Исследовательский проект коммуникационных технологий Калифорнийского дорожного патруля на частоте 800 МГц , 80-C477, (Сакраменто, Калифорния: Департамент общих служб, Отдел коммуникационных технологий, 1982), стр. V-6.

[15] Существование метода голосования и удержания и его использование при управлении передатчиком можно подтвердить, прочитав «Раздел V: Выводы», Исследовательский проект коммуникационных технологий Калифорнийского дорожного патруля на частоте 800 МГц , 80-C477, (Сакраменто, Калифорния: Департамент общего обслуживания, Отдел коммуникационных технологий, 1982 г.), стр. V-6.

[16] Это подробно описано в руководствах по обслуживанию оборудования для объединения разнесенных сигналов, предназначенного для использования с мобильными данными.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]