xdsl, Systemy i sieci telekomunikacyjne, Cyfrowa pętla abonencka
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Grzegorz Dziwoki
grudzień 2002
Politechnika Śląska
Instytut Elektroniki
Ul. Akademicka 16
44-100 Gliwice
TECHNIKI CYFROWEGO PRZETWARZANIA SYGNAŁÓW W DOST
Ę
PIE
SZEROKOPASMOWYM DLA P
Ę
TLI ABONENCKIEJ
Streszczenie:
Niniejszy artykuł zawiera przegl
ą
d
nowoczesnych technik transmisji szerokopasmowej
w abonenckich sieciach dost
ę
powych. Przedstawione zostały
podstawowe parametry i wła
ś
ciwo
ś
ci tych systemów. W
ś
ród
technik cyfrowego przetwarzania sygnałów szczególn
ą
uwag
ę
zwrócono na modulacje cyfrowe: CAP oraz DMT,
a tak
Ŝ
e na zagadnienia korekcji kanałowej, w tym
ś
lepej
korekcji kanałowej.
nie. Zastosowane tory kablowe posiadają ogromne,
niewykorzystane przez tradycyjne usługi zasoby.
Eliminując sztuczne ograniczenie pasma przesyłanych
sygnałów, które wprowadzane jest przez urządzenia
publicznej sieci komutowanej, oddaje się do dyspozycji
usług szerokopasmowych zakres częstotliwości
sięgający powyŜej 10 MHz. Pociąga to za sobą
konieczność skierowania tych usług, po stronie
sieciowej pętli abonenckiej bezpośrednio do
wyspecjalizowanej sieci szerokopasmowej. Urządzenia
realizujące transmisję w tak szerokim paśmie
częstotliwości nazywają się modemami cyfrowej pętli
abonenckiej – xDSL (Digital Subscriber Line)
1.
WST
Ę
P
Od wielu dziesiątek lat miedziane tory kablowe
operatorów telefonii analogowej przesyłają sygnały
w paśmie od 300 Hz do 3400 Hz. Zapewnia to,
wystarczającą jakość transmisji sygnału mowy,
podstawowej usługi świadczonej przez publiczną sieć
komutowaną. Obecnie, przeciętny posiadacz komputera
klasy PC oraz łącza abonenckiego staje przed
moŜliwością dostępu do szerokiej gamy dodatkowych,
multimedialnych usług telekomunikacyjnych, takich jak
dostęp do Internetu, wideokonferencje itp. Noszą one
miano usług szerokopasmowych, a infrastruktura
zapewniająca dostarczenie ich uŜytkownikowi nazywa
się siecią dostępową. JednakŜe efektywna realizacja tych
usług wymaga szybkości transmisji pomiędzy 0.5 Mb/s
a 6 Mb/s [1]. Wobec takiego wymagania, tradycyjnie
wykorzystywana pętla abonencka musi ustąpić miejsca
takim technikom dostępowym jak szerokopasmowy
dostęp radiowy czy światłowodowe sieci dostępowe.
Dlaczego? Transmisja w paśmie podstawowym stanowi
„wąskie gardło” abonenckich sieci dostępowych.
Współczesne modemy pracując z prędkościami 33,6 kb/s
(V.34+) lub 56 kb/s (V.90) osiągają granicę
przepustowości, którą moŜna określić korzystając z II tw.
Shannona
2.
KLASYFIKACJA TECHNOLOGII xDSL
ChociaŜ powszechnie stosowane modemy mogłyby
zaliczać się do urządzeń xDSL, gdyŜ transmitują
sygnały cyfrowe, to tak naprawdę naleŜą do nich
dopiero te urządzenia, które w transmisji sygnałów
wykorzystują równieŜ częstotliwości leŜące powyŜej
pasma podstawowego. Jako pierwszy spełnił powyŜsze
załoŜenie, wprowadzony w połowie lat 80-tych system
ISDN [2](Integrated Service Digital Network) i stał się
niejako prekursorem współczesnych technik cyfrowej
pętli abonenckiej. WyróŜnia go od współczesnych
systemów
xDSL
moŜliwość
komutowania
transmitowanych
przezeń
sygnałów
w
cyfrowych
centralach sieci publicznej.
Wśród technologii xDSL do najstarszej grupy
zaliczamy systemy HDSL (High rate Digital Subscriber
Line) [3][4][5][6]. Podstawowa wersja tego systemu, dla
której na początku lat 90-tych zostały opracowane
standardy, obsługuje transfer z prędkością 2 Mb/s w obu
kierunkach na dwóch lub trzech parach pętli
abonenckiej. W oficjalnej wersji nie zakłada się
współistnienia z usługą telefonii, co nie świadczy o tym,
Ŝe takie systemy nie istnieją. Za przykład niech posłuŜy
rozwiązanie wprowadzone przez firmę Paradyne
o nazwie Multiple Virtual Line (MVL). Sygnały
przesyłane w linii transmisyjnej kształtowane są
z pomocą modulacji 2B1Q, lub 64 albo 128
wartościowej modulacji CAP (Carrierless
Amplitude/Phase). Pasmo częstotliwości
wykorzystywane przez owe systemy wynosi ok. 500
kHz,
S
c
=
B
´
log
2
(
+
)
N
gdzie:
c
– maksymalna przepustowość wyraŜoną w b/s
B
– pasmo częstotliwości przydzielone do transmisji
S
- stosunek mocy sygnał do mocy szumu
N
ZbliŜenie się do granicy przepustowości stało się
moŜliwe, dzięki powszechnemu wykorzystaniu
w urządzeniach, cyfrowego przetwarzania sygnałów.
Ale czy jest to kres moŜliwości skrętki miedzianej
zastosowanej w łączach abonenckich? Oczywiście, Ŝe
przy
zasięgu
podobnym
jak
dla
ISDN,
wynoszącym ok. 6 km.
Do omawianej rodziny zaliczany jest takŜe, dość
specyficzny na jej tle system IDSL, nazywany „DSL jak
ISDN” lub „DSL przez ISDN”. Dostępna prędkość
transmisji wynosi zaledwie 128 kb/s i powstaje tak jak
w ISDN z połączenia dwóch kanałów o przepływności
64 kb/s.
Systemy HDSL doskonale nadają się do obsługi
uŜytkowników generujących ruch w przybliŜeniu
ilościowo identyczny w obu kierunkach (np. połączenia
pomiędzy sieciami LAN). Nie stanowi to tak waŜnego
kryterium dla pojedynczego uŜytkownika, dla którego
istotne jest aby przede wszystkim transfer od sieci
posiadał moŜliwie duŜą prędkość. Odpowiedzią na tę
potrzebę są techniki asymetrycznej cyfrowej pętli
abonenckiej – ADSL (Asymetric Digital Subscriber
Line). Ich koncepcja została opracowana na początku lat
90-tych, a pierwsza wersja standardu pojawiła się w 1995
roku. Pierwotnie miały one zostać wykorzystane do
realizacji usługi „wideo na Ŝądanie”, gdzie wymagana
szybkość transmisji w kierunku do uŜytkownika
wynosiła co najmniej 1,5 Mb/s (transmisja
skompresowanego dźwięku i obrazu wideo) przy
znikomej przepływności w kierunku do usługodawcy
(interakcje uŜytkownika). Szybko przekonano się, Ŝe
systemy asymetryczne kryją w sobie o wiele większe
moŜliwości. Docelowo przyjęto, Ŝe maksymalna
prędkość transmisji do uŜytkownika wynosi 8 Mb/s,
a w stronę przeciwną jest około dziesięciokrotnie
mniejsza. ZwaŜywszy na duŜe tłumienie sygnału w pętli
abonenckiej, zajmującego pasmo częstotliwości do około
1 MHz, dla zachowania elastyczności pracy systemu przy
róŜnych odległościach uŜytkownika od węzła sieci,
posiada on moŜliwość adaptacji prędkości transmisji
w zaleŜności od warunków panujących w torze
kablowym. Podana wcześniej maksymalna prędkość
transmisji systemów ADSL uzyskiwana jest dla długości
pętli abonenckiej ok. 1,5 km. Przy oddaleniu sięgającym
ok. 6 km prędkości transmisji są porównywalne
z przepływnościami systemów HDSL. Działanie
modemów asymetrycznej pętli abonenckiej zakłada
współistnienie z standardową usługa telefonii na tej
samej parze kablowej. Jest to moŜliwe dzięki
przesunięciu dolnego zakresu pasma częstotliwości tych
modemów do częstotliwości 20 kHz. Jedynym
wymaganiem jest umieszczenie po stronie abonenckiej
rozgałęźnika, czyli filtrów dokonujących wydzielenia
sygnału odpowiedniej usługi. Rekomendacja G.lite ITU
eliminuje potrzebę stosowania takowego rozgałęźnika,
jednakŜe wiąŜe się to ze zmniejszeniem prędkości
transmisji do 1,5 Mb/s.
Modemy ADSL wykorzystują dwie róŜne techniki
kodowania liniowego zapewniającego adaptację
przepływności. Pierwsza naleŜy do rodziny modulacji
amplitudowo fazowych – CAP (Carrierless
Amplitude/Phase Modulation), druga jest odmianą
modulacji wielotonowych – DMT (Discret MultiTone
Modulation). Ta ostatnia, mimo Ŝe została zaadoptowana
dla potrzeb modemów szybkiej transmisji danych
dopiero na początku lat 90-tych, uzyskała uznanie
organizacji
Obecnie, prowadzone są prace nad standardem
systemów VDSL (Very high rate Digital Subscriber
Line). Dla torów kablowych o maksymalnej długości
300m prędkość transmisji do uŜytkownika w tym
systemie wynosi 52 Mb/s. Maleje ona stopniowo wraz
ze zwiększanie zasięgu do wartości 8 Mb/s dla 1,5 km
pętli abonenckiej. Systemy te realizują transmisję
w paśmie częstotliwości sięgającym nawet do 30 MHz,
umoŜliwiając jednocześnie zastosowanie transmisji
w paśmie podstawowym lub systemów ISDN.
Gwarantuje to 300 kHz dolna częstotliwość pasma
systemów VDSL. Nie jest jeszcze ostatecznie
rozwiązana kwestia techniki modulacji choć rozwaŜane
są i takie, jak propozycja przyjęcia metody
kombinowanej; modulacja CAP dla transmisji do sieci,
dyskretna modulacja wielotonowa z transformacją
falkową w kierunku przeciwnym. ChociaŜ kwestia
standardu pozostaje ciągle otwarta, modemy VDSL
znajdują się juŜ w sprzedaŜy. Są to rozwiązania
poszczególnych
producentów
nie
gwarantujące
kompatybilności pomiędzy sobą.
3.
PPROBLEMATYKA TRANSMISJI
W P
Ę
TLI ABONENCKIEJ
RozwaŜane systemy szybkiej transmisji danych
wykorzystują miedziane tory kablowe stosowane
wcześniej jedynie do transmisji w paśmie podstawowym
i specyfikowane pod tym właśnie kątem. Systemy xDSL
zajmując wyŜsze zakresy częstotliwości naraŜone są na
szereg niedogodności w znaczący sposób mogących
pogorszyć jakość transmisji. Ograniczenia narzucane
przez pętle abonencką mają dwojaki charakter:
elektryczny i mechaniczny [7]. W pierwszej grupie
największe znaczenie ma duŜe tłumienie toru kablowego
dla wysokich częstotliwości. Jest ono głównym
powodem ograniczonej długości pętli abonenckiej.
W przypadku torów pupinizowanych wprowadzenie
technologii xDSL jest praktycznie niemoŜliwe. Kolejny
czynnik to przenik przede wszystkim zbliŜny. W ramach
jednego systemu, jego wpływ ogranicza się, dokonując
częstotliwościowego rozdziału kanałów dla obu
kierunków transmisji. Dla systemów VDSL szczególnie
niebezpieczne są interferencje radiowe z racji wielkości
pasma zajmowanego przez ten system. Wśród
ograniczeń natury mechanicznej poza wspomnianą
wcześniej pupinizacją szczególnie niebezpieczne są nie
zakończone impedancją falową otwarte odgałęzienia
toru. Są one przyczyną powstawania lokalnych
(w dziedzinie częstotliwości) maksimów tłumienia.
Wynika to z transformacji rozwarcia pętli do impedancji
bliskich zeru dla częstotliwości, których nieparzysta
wielokrotność ćwiartki długości fali równa jest długości
odgałęzienia. Nie naleŜy równieŜ pomijać, wydawałoby
się tak trywialnych problemów jak, połączenia kabli
o róŜnych średnicach czy nie skręcone pary kablowe. Są
one źródłem przekazie szerokopasmowym odpowiednio,
odbić sygnałów i dodatkowych przeników.
standaryzacyjnych
i
jest
przyjęta
jako
obowiązujący
standard.
BliŜsza
charakterystyka
powyŜszych
modulacji
zostanie
zaprezentowana
w dalszej części artykułu.
4. TECHNIKI MODULACJI W SYSTEMACH
xDSL
kaŜdy (n+k)-bitowy symbol jest zakodowany za pomocą
amplitudy i fazy częstotliwości nośnej, a wszystkie
symbole tworzą diagram zwany konstelacją. Liczba
symboli w konstelacji wynosi
Aby móc zrealizować efektywną transmisję w tak
niekorzystnych warunkach narzucanych przez pętle
abonencką, w modemach szybkiej transmisji danych
stosuje się zaawansowane techniki cyfrowego
przetwarzania sygnałów. Zalicza się do nich metody
kodowania korekcyjnego, kształtowanie impulsów,
modulacje cyfrowe, eliminacja echa oraz korekcja
kanałowa. Niektóre z nich zostaną bliŜej przedstawione
poniŜej. W modemach xDSL rozpowszechniły się dwa,
wspomniane juŜ wcześniej sposoby modulacji – CAP
oraz DMT. Prezentują one dwa odmienne podejścia
przedstawiania transmitowanych sygnałów w pętli
abonenckiej. W modulacji CAP dane cyfrowe modulują
jedną częstotliwość nośną, podczas gdy w modulacji
DMT są one rozproszone modulując pewien zbiór
częstotliwości nośnych. Ich podstawową zaletą jest
moŜliwość
n
+
k
M
=
2
Schemat blokowy modulatora oraz przykładową
konstelację symboli przedstawia rys. 1. Adaptacja
prędkości realizowana w modulatorach CAP, polega na
zmniejszaniu
liczby
symboli
w
konstelacji
przy
pogarszających się warunkach transmisyjnych.
Q
110110
A
j
000 001 010 011 100 101 110
111
I
adaptacji
prędkości
transmisji
w
miarę
zmieniających się warunków.
I
4.1. MODULACJA AMPLITUDOWO FAZOWA
– CAP
Filtr synfazowy
Filtr synfazowy
Linia
transmisyjna
Linia
transmisyjna
Dane
Dane
+
+
C/A
C/A
Koder
stanów
Koder
stanów
∑
∑
Koncepcja modulacji CAP (amplitudowo fazowej
bez fali nośnej) jest taka sama, jak powszechnie
stosowanej w modemach pasma podstawowego
modulacji kwadraturowej QAM. W obu, podawany na
wejście modulatorów strumień bitowy grupowany jest
w koderze stanów w bloki o długości n. Koder stanów
pełni rolę modulatora kratowego. Jego zasada działania
polega na wypracowaniu na podstawie n-bitowego bloku
informacji bloku (n+k). Dobór odpowiedniego algorytmu
realizacji tej operacji zapewnia zwiększenie odporności
układu modulator-demodulator na zakłócenia
pojawiające się podczas transmisji. Na wyjściu kodera
stanów otrzymuje się dwa symbole informacyjne
odpowiadające bezpośrednio zakodowanej postaci n-
bitowego ciągu informacyjnego. W dalszym etapie
przetwarzania symbole zostają „dopasowane” do pasma
częstotliwości kanału, a następnie modulują dwa sygnały
nośne – cosw
c
t i sinw
c
t, tworząc odpowiednio składową
synfazową i kwadraturową. Dzięki zastosowaniu
cyfrowego przetwarzania sygnałów, ta procedura jest
realizowana w modulatorach CAP za pomocą pary
filtrów Hilberta o skończonej odpowiedzi impulsowej.
Charakterystyki amplitudowe tych filtrów są identyczne,
natomiast fazowe są przesunięte względem siebie o 90
stopni. Odpowiedzi impulsowe filtrów przedstawiają
następujące zaleŜności
_
_
FPP
FPP
Filtr kwadraturowy
Filtr kwadraturowy
Q
Rys.1. Modulacja CAP
4.2. DYSKRETNA MODULACJA
WIELOTONOWA
Koncepcja modulacji DMT wywodzi się od dobrze
znanych sposobów częstotliwościowego
zwielokrotniania kanałów [10][11]. Dostępne pasmo
częstotliwości dzielone jest na szereg niezaleŜnych
podkanałów. KaŜdy z nich przenosi określoną część
całkowitej informacji. Sposób realizacji omawianej
modulacji
opiera
się
na
wykorzystaniu
szybkiej
transformacji Fouriera.
Wejściowy ciąg bitowy modulatora DMT dzielony
jest na N bloków. KaŜdy z N bloków skojarzony jest
z odpowiednim podkanałem częstotliwościowym. Blok
zawiera n
i
bitów. Indeks i jest numerem kolejnego
bloku. W konsekwencji liczba bitów przypadająca na
jeden symbol modulacji DMT wynosi
N
∑
=
M
=
n
i
1
I
(
t
)
=
k
(
t
)
´
cos(
w
t
)
KaŜdy n
i
- bitowy ciąg w wyniku modulacji QAM
zamieniany jest w symbol zespolony.
Wszystkie symbole pochodzące od N bloków
uzupełnione o odpowiedniki sprzęŜone do nich
podawane są 2N wymiarowej odwrotnej transformacji
Fouriera. Dodanie symboli sprzęŜonych zapewnia
uzyskanie 2N rzeczywistych próbek w dziedzinie czasu
(symbol DMT), które po konwersji równoległo
szeregowej podawane są na przetwornik C/A, tworząc
jeden symbol modulacji DMT.
c
Q
(
t
)
=
k
(
t
)
´
sin(
w
t
)
c
gdzie:
I(t) –
odpowiedź impulsowa filtru synfazowego
Q(t) –
odpowiedź impulsowa filtru kwadraturowego
k
(t) –
filtr kształtujący
Po zsumowaniu składowych synfazowej
i kwadraturowej i przetworzeniu cyfrowo analogowym,
sygnał podawany jest na linię transmisyjną poprzez filtr
pasmowoprzepustowy. W rezultacie otrzymujemy, iŜ
PowyŜszy opis działania modulatora zawiera
jedynie istotne z punktu widzenia idei tej modulacji etapy
przetwarzania. Sposób podziału pasma na kanały oraz
budowa modulatora są przedstawione na rys. 2.
W praktycznej realizacji ze względu na to, iŜ kaŜdy
podkanał nie ma idealnie płaskiej charakterystki
częstotliwościowej stosuje się zabezpieczanie przed
wystąpieniem interferencji pomiędzy poszczególnymi
symbolami DMT. Na początek kaŜdego symbolu dodaje
się tzw. cykliczny przedrostek (ang. cyclic prefix). Jego
długość wynosi k próbek i jest wyznaczana na podstawie
odpowiedzi czasowej kanału transmisyjnego. Dzięki tej
metodzie większość interferencji zamyka się w obrębie
usuwanego po stronie odbiorczej przedrostka.
tych podkanałów DMT, które znajdują się w jego
obrębie. Zostało to zaprezentowane na rys. 3 [12].
4.3. DMT vs. CAP
Wśród największych producentów rynku
telekomunikacyjnego toczy się batalia o wyŜszość
jednej z wyŜej wymienionych technik kodowania
liniowego [8][9]. Po stronie modulacji CAP opowiadają
się takie firmy jak Lucent Technologies, Infineon
Technologies (grupa VDSL Coalition), zaś
zwolennikami DMT są Texas Instruments wraz
z Alcatelem (grupa VDSL Alliance). Zmagania te mają
o tyle istotne znaczenie, iŜ wciąŜ pozostaje otwarta
kwestia techniki kodowania liniowego obowiązującej
w standardzie systemu VDSL. W chwili obecnej
ustalono kompromisowe rozwiązanie, w postaci
dokumentów mających charakter tymczasowych
standardów, obejmujących obie modulacje.
Argumentami stojącymi po stronie modulacji CAP
jest jej bliskie spokrewnienie z modulacją
kwadraturową, której własności i implementacje zostały
wielokrotnie sprawdzone w praktyce. Z kolej przewaga
modulacji DMT bazuje na niezaleŜności
poszczególnych subkanałów, które mogą być wyłączane
w przypadku złej jakości transmisji, co było
przedstawione we wcześniejszym rozdziale. Zwolennicy
QAM/CAP sugerują, Ŝe rozwiązanie to posiada
niedogodność związaną z koniecznością detekcji kanału
o złej jakości po stronie odbiorczej i przesłaniu tej
informacji do nadajnika. Wiązało by się to z przerwami
w transmisji. Problem ten narastałby, jeŜeli takowe
wąskopasmowe
256 podkanałów
telefonia
telefonia
4,31 kHz
0 4 20
0 4 20
1142 f[kHz]
1142 f[kHz]
Linia
transmisyjna
Dane
Modulator
QAM
A/C
FPP
Rejestr
R/S
IFFT
zakłócenia
nie
miałyby
charakteru
stacjonarnego
i
przemieszczałyby
się
po
skali
Rys.2. Modulacja DMT
częstotliwości.
Sprawą otwartą pozostaje równieŜ kwestia poboru
mocy, który w argumentacji kaŜdej ze stron jawi się
jako najmniejszy.
1
1
2
2
3
3
5.
KOREKCJA KANAŁOWA
4
4
Celem zastosowania korekcji kanałowej jest
wyeliminowanie zniekształceń liniowych
transmitowanych sygnałów, czyli inaczej mówiąc
otrzymanie w odbiorniku sygnału takiego jaki był
wysyłany w linię transmisyjną po stronie nadawczej.
Sprowadza się to do odtworzenia w odbiorniku
odwrotnej charakterystyki kanału transmisyjnego tak
aby spełniona była zaleŜność.
1- odgał
ę
zienie toru
2 - interferencje radiowe
3 - charakterystyka kanału
4- przenik
1- odgał
ę
zienie toru
2 - interferencje radiowe
3 - charakterystyka kanału
4- przenik
Rys.3. Adaptacja prędkości w modulacji DMT
-
jw
t
H
(
j
w
)
´
k
(
j
w
)
=
e
Dyskretna modulacja wielotonowa charakteryzuje
się większymi moŜliwościami adaptacji prędkości
transmisji oraz lepszą odpornością na zakłócenia
wąskopasmowe niŜ modulacja amplitudowo fazowa.
W modulacji CAP całkowita prędkość transmisji jest
skojarzona z całym pasmem częstotliwości. Wystąpienie
zakłócenia w dowolnym przedziale częstotliwości rzutuje
na prędkość w całym paśmie. W przypadku modulacji
DMT całkowita przepływność transmisji jest sumą
prędkości skojarzonych z poszczególnymi kanałami.
Zakłócenie wąskopasmowe wpływa jedynie na prędkość
gdzie:
H(j
w
) –
charakterystyka częstotliwościowa kanału
k(j
w
) –
charakterystyka częstotliwościowa korektora
- opóźnienie transmisji
Praktyczne systemy zakładają dopuszczalny błąd
takiego odwzorowania. Układy korekcyjne są
powszechnie stosowane w układach z modulacją QAM
i CAP. Urządzenie realizujące to zadanie nosi nazwę
korektora (ang. equaliser). Na rys. 4. Podano przykład
korektora bezpośredniego. Zasadniczym jego
elementem jest układ filtru adaptacyjnego, odtwarzający
t
sygnał nadawany. Proces korekcji składa się z dwóch
etapów:
1 – korekcja wstępna za pomocą sekwencji
treningowej – odbiornik zna strukturę sygnału
wysyłanego przez nadajnik (etap realizowany do
momentu otrzymywania wartości zbliŜonych właściwym
punktom konstelacji) .
2 – korekcja dokładna – warunkiem poprawności jej
działania są wolne zmiany charakterystyki kanału.
Sygnał błędu zmieniający współczynniki filtru
adaptacyjnego wypracowany jest na podstawie
porównania sygnału za filtru z przyjętą decyzją.
sekwencji treningowych, poniewaŜ odbiornik odtwarza
wstępnie charakterystykę kanału na podstawie aktualnie
przesyłanych informacji. Korzyści zastosowania metod
ślepej korekcji sygnału uwidaczniają się szczególnie
w przypadku sieci punk – wielopunkt, gdzie
dopasowywanie się nowo włączonego urządzenia do
charakterystyki kanału, odbywa się bez konieczności
przerywania aktualnie realizowanej transmisji.
Wśród róŜnych klas algorytmów ślepych, znajdują
się równieŜ metody wykorzystujące algorytm
gradientowy. Układ takiego korektora, porównując go
z rys.4. pozbawiony jest jedynie, wcześniej juŜ
wielokrotnie wspominanej sekwencji treningowej.
Filozofia ślepej korekcji zawarta jest w układzie
decyzyjnym, który dokonuje nieliniowego
przekształcenia sygnału wyjściowego filtru
adaptacyjnego zgodnie z określonym algorytmem
wykorzystującym własności statystyczne odbieranego
sygnału.
Pierwszy taki algorytm został zaproponowany przez
Sato w 1975 roku i miał on zastosowanie
w wielowartościowej modulacji PAM. Sygnał błędu
oraz reguła decyzyjna maja następującą postać
zakłócenia
zakłócenia
Filtr
adaptacyjny
Filtr
adaptacyjny
Układ
decyzyjny
Układ
decyzyjny
Kanał
transmisyjny
Kanał
transmisyjny
∑
∑
sekwencja
treningowa
sekwencja
treningowa
∑
∑
przed
przed
po
po
¶
S
(
n
)
e
(
n
)
=
=
y
(
n
)
-
g
sign
(
y
(
n
))
¶
y
(
n
)
dec
(
y
(
n
))
=
g
sign
(
y
(
n
))
Rys. 4. Korekcja kanałowa
gdzie:
dec(y(n))
–
decyzja
na
podstawie
sygnału
Adaptacja współczynników filtru korektora
realizowana jest w oparciu o algorytm gradientowy
minimalizacji funkcji błędu. Zakładając Ŝe funkcja błędu
ma postać
wyjściowego filtru adaptacyjnego y(n)
- współczynnik skalujący, charakteryzujący
własności sygnału wyjściowego nadajnika
g
[
(
)
]
[
]
2
2
2
E
w
(
n
)
S
(
n
)
=
e
(
n
)
=
E
y
(
n
)
-
d
(
n
)
g
=
[
]
gdzie:
s(n) – funkcja błędu
y(n) – wyjście filtru adaptacyjnego
d(n) – przyjęta decyzja
algorytm adaptacji współczynników korektora liniowego
jest następujący
E
w
(
n
)
Algorytm RCA (Reduced Constellation Algorithm)
jest modyfikacją powyŜszego rozwiązania wykorzystaną
w
systemach
z
modulacją
QAM/CAP
(przestrzeń
dwuwymiarowa).
Obecnie najbardziej popularny jest algorytm CMA
(Constant Modulus Algorithm), dla której funkcja błędu
zaproponowana
f
=
f
-
2
m
e
(
n
)
x
(
n
-
k
)
k
,
t
+
1
k
,
t
gdzie:
f
k
– k współczynnik korektora
m
przez
Godarda
(1980)
przyjmuje
następującą postać
- krok adaptacji
x(n)- wejście filtru adaptacyjnego
(
)
2
2
2
S
(
n
)
=
E
y
(
n
)
-
R
Podstawową zaletą uŜycia sekwencji treningowych
jest szybkość zbieŜności powyŜszego algorytmu,
jednakŜe za cenę pogorszenia efektywnej prędkości
transmisji.
gdzie, R określone jest w następujący sposób
[
]
4
E
w
(
n
)
2
[
Re
]
5.1.
Ś
LEPA KOREKCJA
R
=
2
E
w
(
n
)
Re
Najnowsze metody korekcji eliminują stosowanie
sekwencji treningowych, w miejsce której wprowadza się
tzw. procedurę ślepej korekcji kanałowej (ang. blind
equalization) opartej na własnościach statystycznych
odbieranego sygnału [14]. Zaletą tej metody jest
zwiększenie elastyczności pracy urządzeń. Nadajnik nie
trzeba wyposaŜać w algorytmy obsługi retransmisji
Innymi słowy dokonuje się minimalizacji błędu
pomiędzy odebranym punktem konstelacji a załoŜonym
okręgiem o stałym promieniu. PowaŜną słabością tego
algorytmu jest brak moŜliwości korekcji zniekształceń
fazowych wprowadzanych przez kanał transmisyjny.
Wspomniane powyŜej algorytmy stanowią
podwaliny wiedzy o ślepej korekcji kanałowej. Na
[ Pobierz całość w formacie PDF ]