|
|
| Разместил: |
starche  |
|
|
OFDM - что говорят оппоненты.Ч.2
Оптимален ли при многолучевости
Продолжим тему сопоставления метода OFDM с другими в
условиях КВ канала. В Ч.1 были рассмотрены, как оказалось,
не очень принципиальные возражения сторонников одноканальных
методов передачи, касающиеся эффективности использования
мощности радиопередатчика. В этой части будут рассмотрены
существенно более важные вопросы, затрагивающие саму суть
обоих методов.
Кратко поясним принципы работы одноканальных модемов
в КВ канале. Как известно, КВ канал относится к классу каналов
с переменными параметрами. Эта изменчивость прараметров
порождается двумя видами рассеяния сигнала в канале - временнЫм
и частотным.
ВременнОе рассеяние порождается многолучевым характером
распространения и проявляется в двух ипостасях - затягивание
переходных процессов и интерференциоными, быстрыми по времени,
частотно-селективными замираниями. Увидеть затягивание можно
при зондировании канала коротким одиночным импульсом, а
селективность - наблюдая провалы в спектре многочастотного
зондирующего сигнала (на худой конец - битонального с
разнесением частот на несколько сотен Герц).
Частотное рассеяние порождается изменениями поглощения
сигнала и высот и наклонов отражающих слоев. Проявляется также
в двух ипостасях - общие по спектру, обычно медленные во
времени замирания и флуктуации частоты и фазы сигнала.
Увидеть флуктуации можно, наблюдая спектр одночастотного
зондирующего сигнала, а медленные замирания - по
одновременному изменению всех компонент спектра многочастотного
сигнала.
ВременнОе рассеяние может достигать нескольких мсек (мне
приходилось наблюдать величины до 10 мсек). Частотное рассеяние
может приводить к расширению спектра синусоидального сигнала до
нескольких Герц.
Понятно, что при указанном временном рассеянии попытаться
просто так поработать со скоростью нескольких сотен бит/сек -
занятие для очень неторопливых и терпеливых. В конце концов
когда-нибудь под влиянием частотного рассеяния реализуется
один очень преобладающий луч и Вы свой пакетик битов сумеете
протолкнуть через канал. Для ясности отмечу, что здесь нет
никакой иронии. Есть немало примеров, когда именно так и
работают. Приведу три таких примера.
Использование автозапроса ошибочных блоков (по забугорному
- ARQ). Используются относительно простые коды, позволяющие
только обнаружить ошибки. Ошибочные блоки переспрашиваются по
обратному каналу. Модем может быть простоватым.Так, в частности,
функционируют пакетные системы.
Многократное циркулярное (т.е. однонапраленное, для многих
пунктов приема) повторение сравнительно коротких блоков.Именно
так известный норморазработчик авиационной радиосвязи ф. ARINC
замыслила передачу телеметрии с гражданских самолетов на землю.
Частый повтор сравнительно медленно меняющихся данных. Авось
один из десяти или ста блоков дойдет до Земли без искажений.
Очень старый пример. Высокоскоростная автоматическая
передача кодом Морзе с записью на ондулятор (ленточный
самописец). Оператор на приеме контролирует на слух качество
приема. Если проскочила помеха, оператор нажимает на ключ.
По этому сигналу оператор на передаче передергивает
перфоленту на метр назад и продолжает передачу. Вот Вам и
ARQ почти столетней давности.
Таких примеров можно привести еще очень много. А что же
OFDM в этих условиях? В свое время мы ввели термин
"относительно инвариантен". Для запаздывающих лучей используем
защитный интервал (см.другие мои статьи), а против селективных
замираний - кодирование с разверткой кодовой комбинации по
частотным подканалам на длительности одного бода. Простейшим
видом такого кодирования является дублирование битов по
нескольким частотно разнесенным подканалам. Если время
запаздывания лучей не превышает длительности защитного интервала,
то модем мало чувствителен (инвариантен) к числу лучей, их
относительной интенсивности и к скорости интерференционных
замираний.
И вот тут возникают наши оппоненты примерно с такими
наскоками. Фи...это же не оптимально! Лучи надо не смешивать,
а отделять друг от друга и порознь обрабатывать. Тут Вам и
пространственное (точнее - угловое или временнОе) разнесение
без дополнительных приемников и антенн. Ну ладно, не хотите
отделять, так хотя бы компенсируйте все запаздывающие или
слабейшие лучи. Приведите канал к однолучевому. Мы знаем как!!!
И, действительно, знают как. Все алгоритмы расписаны, но,
почему-то, не всегда получается. При хорошем прохождении, когда
у всех все ОК, и у них все ОК и может даже еще лучше,а вот при
плохом...
Да и что такое для них плохо? Двухлучевой канал с примерно
равными интенсивностями лучей - плохо.В таком канале категори-
чески не работал один из первых (уже не простоватых) одно-
канальных модемов, в котором использовался автоматический
корректор частотной характеристики канала (своеобразный
эквалайзер, если по-нынешнему). Оказалось, что этот корректор на всех частотах,
пораженных селективными замираниями, резко увеличивал усиление,
а там сигнала-то нет, замер. Там одна помеха, усиление которой
гробило остатки полезного сигнала.
Непрерывная многолучевость = размазанность импульсного
отклика канала по всему интервалу запаздывания лучей.Тоже плохо.
Лучи почему-то не разделяются, канал к однолучевому не сводится
и др. бяки. Можно продолжать достаточно долго.
Немного об истории. Не знаю, как за бугром, знаю, как у нас.
Началась история применения на КВ одноканальных модемов со
скоростями 1200 бит/сек (и более) в одной боковой в начале
60-х годов, то есть одновременно с историей многоканальных
модемов. Основоположник - Д.Д.Кловский. Основная идея - будем
периодически посылать по каналу испытательные импульсы,
запоминать отклик канала на эти импульсы и вычитать из прини-
маемого сигнала отклики канала на ранее переданные информа-
ционные символы.
Новизной идея не выделялась. Примерно также она
излагалась в статье американца W.G.Tuller от 1949 года
(есть русский перевод в сб.Теория информации и ее приложения,
1959г., много ссылок в интернете). Под руководством
Д.Д.Кловского в Куйбышеве образовалась группа для разработки
образца модема СИИП - система с испытательным импульсом и
предсказанием. Этот образец хотели выставить в 1968 г.
на сравнительные испытания с модемом "МС-5", но не успели.
В последующие годы история повторялась. К разработке был
подключен один из "ящиков" ВПК. Гора родила мышь. По
результатам сравнительных испытаний специально подготов-
ленный самими разработчиками и вылизанный до блеска во
всех местах образец одноканального модема оказался не лучше
давно серийного, взятого со склада многоканального
модема АТ-3004Д, разработаного более 20 лет назад.
Что же сторонники многочастотных методов говорят об
одноканальных модемах? В разное время говорили разное.
Только у меня статей пяток наберется по этой теме, а были
и другие критики. В основном упреки сводились к следующему.
Вот Ваш модем принципиально адаптивный, то есть
должен постоянно изучать текущее состояние канала и
приспосабливаться (адаптироваться) к нему. Почему бы Вам
расчетами не убедить нас в том, что точности измерений и
скорости подстройки Вам хватит для того, чтобы уследить
за реальными флуктуациями параметров КВ каналов. Мы вот
сомневаемся, а сомнения наши основаны на результатах
применения адаптивных модемов в других, более спокойных
каналах. Там процесс подстройки занимает длительность
нескольких тысяч бит, а при типичной для КВ скорости
1200 бит/сек процесс адаптации займет несколько секунд.
А каков интервал квазистационарности КВ канала? Те же
секунды. Значит - не успеете. Вот на этот вопрос мы
ответа так и не получили.
Скорее всего ответ будет не в пользу одноканального
метода. Вот убиенное для них рассуждение.
Прагматики от математики постоянно призывают всех
технарей не забывать о том, что они (технари), реализуя
тот или иной алгоритм, имеют дело вовсе не с константами
и переменными (как приличные математики), а с показаниями
приборов и переменными (как все прикладники). Поэтому,
все задачи, включающие измерения так называемых констант,
должны изначально полагаться некорректными или (и) плохо
обусловленными (это все термины из прикладной математики).
И решаться они должны по-особому, а не формуле 2*2=4.
Приведу пояснения по некорректности и обусловленности
и один исключительный по доходчивости пример. Не вдаваясь в
подробности, отмечу, что одним из признаков корректности и
(или) хорошей обусловленности задачи является малость вариаций
решения задачи при малых вариациях ее параметров. А то, что это
не всегда выполняется показывает простой пример.
Рассмотрим систему двух линейных алгебраических уравнений
с двумя неизвестными, например:
ах+ву=с, Ах+Ву=С.
Известно решение этой системы
х=(Вс-вС)/(Ва-вА), у=(Ас-аС)/(Ав-аВ).
С точки зрения фундаментальной математики никаких
трудностей тут нет. Искомые переменные выражены через
константы задачи. Единственная трудность возникает при
равных нулю знаменателях. Тогда говорят, что система не имеет
решения (уравнения несовместны). При геометрической трактовке
это означает, что обе прямые линии, чьи уравнения составили
исходную систему, параллельны (не пересекаются).
При попытке практического решения такой же задачи,
например, при вычислении координат точки пересечения траекторий
цели и снаряда необходимо считаться с теми погрешностями,
с какими будут определяться сами "константы" задачи -
величины а,в,с и А,В,С. Нетрудно увидеть, что при почти
параллельных прямых неточность задания "констант" будет
самым существенным образом влиять на результат.
Таким образом, если фундаментальная математика не дает
решения только в случае строгой параллельности прямых, то
прикладная математика должна отказываться от решения и в
случаях "почти параллельности". Чем выше погрешность
задания "констант", тем больше величина угла между прямыми,
внутри которого прикладная математика не может дать
достаточно точного решения.
Причины погрешностей могут быть самыми различными -
от воздействия внешних помех до недостаточной точности
измерительного прибора, например, из-за округления
результата или неудачно выбранного алгоритма измерений.
Имеется немало рекомендаций относительно того, каких
операций следует избегать в расчетных или измерительных
алгоритмах. Наиболее известными из них являются вычитание
больших по модулю и близких чисел, а также деление больших
по модулю чисел на малое число, определяемое с ощутимой
погрешностью. Нетрудно видеть, что в случае "почти
параллельности" обе нежелательные операции присутствуют в
приведенных выше расчетных формулах.
Рассмотренный пример является наипростейшим в особой
отрасли прикладной математики, предметом которой является
решение плохо обусловленных задач. Этот же пример содержит
по крайней мере один из признаков, характеризующих
некорректную задачу, а именно - при почти параллельности
малым приращениям "констант" соответствуют совсем не
малые приращения решений. Некорректные задачи составляют
предмет другой отрасли прикладной математики.
Приведу еще один пример, к модемам прямого отношения
не имеющий, но дополнительно иллюстрирующий непригодность
адаптивно-компенсационной идеологии по крайней мере к КВ
связи. Речь пойдет о компенсации радиопомех. Кому-то
когда-то (в историю не вдавался) пришла в голову идея
организовывать в пункте приема специальный канал, для
выделения помехи. Обычно для этого использовались
отдельные антенна и приемник. Принятая помеха после
автоподстройки амплитуды и фазы вводилась в качестве
вычитаемого в тракт приема полезного сигнала. Красота!!!
В отдельные моменты времени эффект подавления составлял
30-40 дБ, но среднесуточно он не превышал 10 дБ,
то есть всего 3 раза по напряжению. Аналогичным образом
пытались уменьшить радиопомехи средневолнового диапазона в
кабельных линиях связи. Эффект был тот же. И причина неудач
- та же. Если помеха слабее сигнала, она не страшна. Если
сильнее сигнала раз в 10 или 100? Попробуйте автоматом
вычесть из быстро флуктуирующей сотни медленно
флуктуирующую ее оценку да так, чтобы результат равнялся
бы точной единице. Кто умелец?
Нельзя умолчать еще об одном недостатке одноканального
метода в многолучевом канале. О нем почему-то редко и мало
говорят. При адаптации к меняющимся условиям распространения
в модеме неизбежно должны происходить сдвиги границ тактовых
интервалов, например, из-за смены положения преобладающего
луча. Эти сдвиги могут достигать долей и даже единиц мсек,
то есть превышать длительность бода. Как в этих условиях
не допустить пропаданий или повторных (лишних) регистраций
символов?
Может именно по этой причине увеличение скорости
манипуляции в одноканальных модемах сопровождается ухудшением
их эффективности в сравнении с многоканальными. По опыту знаю,
что в проводных одноканальных модемах нарушения собственного
синхронизма и взаимного синхронизма с источниками информации
довольно частое явление. При каждом таком нарушении фактически
возникает перерыв функционирования с длительностью в десятки
секунд.
Подведем итоги. Какой же из двух способов скоростной
передачи в условиях многолучевости надо предпочитать?
Боюсь, что однозначного ответа на этот вопрос не
существует. Для длительной передачи больших объемов
информации, особенно, если не используется ARQ,
я бы предпочел OFDM. При вокодерной связи автозапрос
производится самими корреспондентами и если этих
корреспондентов устраивает скорость не выше 2400 бит/сек,
то пусть используют одноканальный модем. В пакетных и
телеметрических системах также может быть хорош одно-
канальный модем. Но!!! Раньше выбор часто определялся
габаритно-весовыми характеристиками. Теперь не то время.
Вряд ли кто будет интересоваться количеством команд
в программе. А более универсальным по применению на мой
взгляд является все-таки метод OFDM, да и обеспечиваемые
им скорости пока только снятся разработчикам разных
СИИПов. Ведь чем выше скорость, тем существеннее сказываются
свойственные им погрешности адаптации.
Справедливости ради отметим, что и OFDM использует
адаптацию, например, в подпрограмме тактовой синхронизации.
Но это совсем другая адаптация. Тут допустимы погрешности
в единицы мсек, да и само среднее время распространения
сигнала в канале флуктуирует не так много и не так быстро.
Виват OFDM !!!
|
|
|
| Автор |
Комментарий |
dizelist
Участник
 |
26 Апр 2008 11:12
Мда... Разгромили бедного Даниила Давидовича в пух и прах...
|
levsha
Участник |
28 Сен 2008 07:11
Да разгомили! Почитайте теперь работы Даниила Давидовича и его учеников - услышите обратное и так же убедительно.
Теперь от себя. Имею удовольствие быть одним из разработчиков КВ модемов. Есть реализации как последовательных так и параллельных модемов. Выводы из опыта испытаний этих модемов:
1. OFDM и последовательные модемы в многолучевом канале с замираниями имеют примерно одинаковую помехоустойчивость. Разница в помехоустойчивости определяется количеством неисправленных ошибок в модуляции/кодировании/синхронизации.
2. Достоинство OFDM сигнала более простая реализация приема при одинаковой помехоустойчивости (благодаря циклическому расширению)
3. Достоинство последовательного модема - низкий пик-фактор. Лучше используется мощность КВ передатчика.
|
levsha
Участник |
28 Сен 2008 07:24
Предлоржение: "Разница в помехоустойчивости определяется количеством неисправленных ошибок в модуляции/кодировании/синхронизации."
читать как
"Разница в помехоустойчивости определяется количеством неисправленных ошибок в программном коде модуляции/кодировании/синхронизации."
|
starche
Участник
|
28 Сен 2008 10:02
О комментарии levsha. Простота реализации гарантирует
меньшее количество клопов в программном коде, что и в этом
дает OFDM преимущество. О пикфакторе - это зря. Читайте
более поздние мои статьи на эту же тему.Даже соратники
Д.Д.Кловского теперь это признают.
|
Tpeck
Участник |
25 Янв 2009 18:14
"не превышал 10 дБ, то есть всего 3 раза по напряжению"
Это мало по-вашему?
|
starche
Участник
|
29 Янв 2009 03:26
Tpeck
Если вопрос не риторический, расширьте цитату, чтобы я понял
откуда Вы ее взяли. А то как в старом анекдоте. 3 волоса это много или мало? Ответ: в супе - много, а на голове- мало.
|
|
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные, активировавшие регистрацию и не ограниченные в доступе участники сайта!
|
| Файл создан: 25 Апр 2008 17:37 |
|
