Обработка сигнала в GPS приемнике, Вопрос о чувствительности. Опции

[Михаил_K]

Добрый день (утро, вечер, нужное подчеркнуть ).
Вопрос в следующем. В документации на GPS приемник написано что его чувствительность
при сопровождении равна минус 160 dBm. Поясните вкратце пожалуйста. Информационная скорость - 50 символов в секунду, соответственно полоса сигнала 50 Гц. Для такой полосы уровень мощности тепловых шумов составляет минус 157 dBm. Как обеспечивается чувствительность в минус 160 dBm?

[Stanislav]

Времени писать маловато, но вот решил...

Кооэффициент скругления С/Ш не повышает. Просто как утверждается, сигнал на выходе передатчика не фильтруется, и тогда ширина его спектра от нуля до нуля в два раза больше ширины по уровню 3 дБ. Чтобы "хорошо" принять такой сигнал, нужно принять его весь, т.е. в полосе в два раза шире. Соотвественно и тепловых шумов будет на 3 дБ больше. Но если в приемнике этот сигнал отфильтровать более узкополосным фильром, то часть шумов также этим фильтром отфильтруется, а для того чтобы избежать межсимвольных искажений, фильтр этот должен быть с косинусным спадом. Как известно крутизна спада определяется коэффициентом скругления. Чем больше крутизна, тем уже полоса фильтра, и тем меньше шумов мы через него пропустим.

Еще раз. Может мы не понимаем друг-друга. Я сейчас перечитывал посты и мне пришла в голову мысль, что все эти разговоры от того, что я допустил неточность в описании АЧХ приемного фильтра. Естественно, АЧХ должна быть не косинусная, а еще поделенная на sinx/x (иначе, я действительно должен был-бы передавать дельта импульсы ). Просто мне это казалось очевидным и я как-то даже об этом не задумывался.

Простите, но всё это абсолютно неверно.
Оптимальный для одного символа ПСП приёмник должен иметь прямоугольную импульсную характеристику, безо всяких скруглений. Далее идёт "снятие" кода и накопление в течении 20 мс фильтром, согласованным с формой символа модулирующего сигнала - тот же прямоугольник. АЧХ этих корреляторов должна иметь вид sin(x)/x, безо всяких окон, до самых границ диапазона.
Полоса пропускания же приёмного тракта должна делаться по возможности бОльшей, также до самых границ L1 диапазона. Связано это с тем, что разрешающая способность кода С/А (как, впрочем, и любого другого дальномерного кода) определяется шириной его полосы. Если в диапазоне L1 эта полоса искусственно не ограничивается (а для спутникового передатчика это так), корр. функция будет иметь красивую треугольную форму с резко выделенной вершиной.
Ограничив полосу пропускания приёмника, скажем, 2 МГц, внесём неустранимую межсимвольную интерференцию. Никакие косинусные окна здесь не помогут. Корр. функция (точнее, её пик) при этом будет сильно размазан, и прогрыш в отн. С/Ш, как я и писал уже, может составить значительную величину (если интересно, могу привести расчёт).

ЗЫ. Давайте не забывать, что сигнал С/А предназначен не только для передачи сообщения, но и для определения (псевдо)дальности до спутника.

Не знаю как у вас, а у нас систмы синхронизации при таком отношении С/Ш ведут себя очень устойчиво.

Ведут. Если спутник захвачен, слежение будет (как при этом "колбасит" ФАПы не знаю, не интересовался). Только как его при уровне сигнала -160дБм захватить, что-то не слишком себе представляю. Тем более непонятно, как это делается в копеечных у-Блохах.

...В бесконечно-широкой полосе - бесконечная мощность шума. Учитывая, что физически реализуемый сигнал имет ограниченную мощность, то ни один приемник работать не будет.

Вы противоречите сами себе.
В бесконечной полосе мощность физического теплового шума будет конечной. Поэтому, гипотетический приёмник с очень большим, но всё же конечным ДД, работать всё-таки будет.
Вы меня, однакож, НЕ поняли. Я предлагаю абстрагироваться от физических реалий, и посчитать идеализированную математическую модель, в которой у приёмника будет абсолютно линейный (неискажающий) аналоговый тракт приёма, а полоса его приёма - неограниченной.
Так вот, для такого приёмника с согласованным фильтром, отношение С/Ш на выходе будет конечной величиной даже для шума с бесконечной мощностью. Более того, оно будет лучше любого другого приёмника, с любыми другими фильтрами.

...А узкополосные фильтры призваны, помимо фильтрации сигналов от соседних каналов уменьшить также мощность шума.

Это также абсолютно неверно.
Любой фильтр (с полосой уже 20 МГц) приведёт к ухудшению отношения С/Ш на выходе демодулятора в реальном приёмнике С/А кода. Цифра 20 МГц взята из ширины диапазона, за которой спектр сигнала всё-таки должен как-то ограничиваться (хотя, и не факт, что он не простирается несколько далее).

...Никогда не задумывались, для чего в хороших приемниках на выходе МШУ перед смесителем ставят фильтр (с учетом того, что преселектор на входе МШУ уже имеется)?

Задумывался. Но отношения это к обсуждаемому вопросу не имеет, и утверждение Ваше отнюдь не доказывает.

...А я этого и не говорил, я говорил о том, что косинусный фильтр ее не в носит, при условии что отсчеты мы берем в тактовый момент времени. Поэтому таким фильтром (поделенным на sinx/x конечно) можно ограничить полосу приема не изгадив сигнал.

Нельзя.
Кроме того, зачем ещё делить на sinx/x?

Вы цитируете НЕ мое сообщение.
..................................
Опять чужая цитата. Прямо фальсификация сплошная.

Дико извиняюсь, ошибочка вышла.

...Я согласен, что при таком С/Ш мало чего можно декодировать, т.к. вероятность ошибки демодуляции BPSK бита при идеальной синх. и С/Ш = 5 дБ будет 4Е-2 или 4 ошибки на 100 бит сообщения, что слишком много для 300-битных GPS-кадров - почти каждый из них будут забракован CRC-проверкой.

По-моему, примерно так (считать или в справочники лезть лень). В реальности, конечно, хуже.

Такую фильтрацию для GPS и теоретически нельзя сделать без сопутствующих меж-чиповых помех, что обнулит эффект снижения шума. Шум, как раз, наименее болезненая рана для GPS, т.к. BPSK имеет максимальное евклидовое расстояние (наилучшую функцию правдоподобия).

Вообще-то, можно сделать фильтрацию, близкую к идеальной (с потерями не более 1 дБ, скажем).
Но, повторюсь, для этого есть технические сложности: полосу приёма нужно сделать как можно шире, брать выборки сигнала очень часто и использовать многоразрядные АЦП вместо двух-трёх уровневого компаратора (на последнем, кстати, потери не так уж велики - около 1 дБ). Для дешёвых и маложручих у-Блох это нереально.

Сообщение отредактировал Stanislav - May 27 2008, 17:20

[Михаил_K]

Времени писать маловато, но вот решил...
Простите, но всё это абсолютно неверно.
Оптимальный для одного символа ПСП приёмник должен иметь прямоугольную импульсную характеристику, безо всяких скруглений. Далее идёт "снятие" кода и накопление в течении 20 мс фильтром, согласованным с формой символа модулирующего сигнала - тот же прямоугольник. АЧХ этих корреляторов должна иметь вид sin(x)/x, безо всяких окон, до самых границ диапазона.
Полоса пропускания же приёмного тракта должна делаться по возможности бОльшей, также до самых границ L1 диапазона. Связано это с тем, что разрешающая способность кода С/А (как, впрочем, и любого другого дальномерного кода) определяется шириной его полосы. Если в диапазоне L1 эта полоса искусственно не ограничивается (а для спутникового передатчика это так), корр. функция будет иметь красивую треугольную форму с резко выделенной вершиной.
Ограничив полосу пропускания приёмника, скажем, 2 МГц, внесём неустранимую межсимвольную интерференцию. Никакие косинусные окна здесь не помогут. Корр. функция (точнее, её пик) при этом будет сильно размазан, и прогрыш в отн. С/Ш, как я и писал уже, может составить значительную величину (если интересно, могу привести расчёт).

Вы так уверенно об этом говорите. Только вот я уже давно пользуюсь такими фильтрами в реальных устройствах. Поэтому дальнейший спор считаю бессмысленным. Потренируйтесь в матлабе. Сгенерите цифровой ПСП сигнал, фильтраните косинусным фильром и посмотрите что получиться

Ведут. Если спутник захвачен, слежение будет (как при этом "колбасит" ФАПы не знаю, не интересовался). Только как его при уровне сигнала -160дБм захватить, что-то не слишком себе представляю. Тем более непонятно, как это делается в копеечных у-Блохах.

Речь шла не о -160 дБм, а о С/Ш 5 дБ для BPSK. Наши устройства "захватывают" сигнал BPSK при 4 - 5 дБ.

Кстати, Станислав. Ответье на такой вопрос.
Я принимаю ШПС сигнал. Оцифровываю его и уже в цифре подаю на коррелятор. Какую по вашему частоту дискретизации сигнала лучше выбрать для коррелятора?