Исследование и разработка модема сигналов со многими несущими частотами для передачи цифровой информации по КВ каналу

Казанцев, Антон Александрович

Системы, сети и устройства телекоммуникаций

автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Исследование и разработка модема сигналов со многими несущими частотами для передачи цифровой информации по КВ каналу

кандидата технических наук: Казанцев, Антон Александрович
город: Ижевск
год: 2007
специальность ВАК РФ: 05.12.13
цена: 450 рублей

Диссертация по радиотехнике и связи на тему «Исследование и разработка модема сигналов со многими несущими частотами для передачи цифровой информации по КВ каналу»

Автореферат диссертации по теме "Исследование и разработка модема сигналов со многими несущими частотами для передачи цифровой информации по КВ каналу"

На правах рукописи

УДК 621.396

КАЗАНЦЕВ Антон Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МОДЕМА СИГНАЛОВ СО МНОГИМИ НЕСУЩИМИ ЧАСТОТАМИ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО КВ КАНАЛУ

Специальность 05 12 13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ООЗ17489В

Ижевск 2007

003174896

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет» (ИжГТУ)

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор В. В. Хворенков

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор В.Б. Гитлин (ИжГТУ)

доктор технических наук, профессор

Б.И. Николаев (Поволжская государственная академия

телекоммуникаций и информатики, г. Самара)

Ведущая организация

Московский научно-исследовательский телевизионный институт (МНИТИ), г. Москва

Защита состоится 16 ноября 2007 г в 14 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212 065 04 в ИжГТУ по адресу 426069, г Ижевск, ул. Студенческая, 7

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим высылать по указанному адресу

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета

Автореферат разослан 12 октября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор ^.Я. Бендерский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основной проблемой теории связи является поиск методов передачи и приема сигналов, обеспечивающих малые потери информации, заложенной в сообщении, и максимально возможную скорость передачи при минимальной стоимости системы связи. На практике каждое из этих требований решается за счет других Наиболее перспективные системы передачи информации, позволяющие найти квазиоптимальное решение совокупности указанных задач, основываются на методах цифровой обработки сигналов

Одним из часто применяемых и перспективных методов цифровой обработки сигналов является модуляция со многими несущими (далее ММН), основанная на дискретном преобразовании Фурье (далее ДПФ). Системы связи с ММН используются для цифрового радио- и телевещания, в высокоскоростных цифровых линиях связи, в беспроводных локальных сетях, для передачи данных в диапазоне СВЧ, а также для коммуникации с подвижными объектами.

В современных системах радиосвязи в качестве канала связи (далее КС) широко используются диапазоны KB (3-30 МГц) и УКВ (30-300 МГц) Трудности построения систем передачи цифровой информации в этих диапазонах обусловлены сложной помеховой обстановкой, многолучевым характером распространения радиоволн и наличием глубоких, частотно-селективных замираний Главной проблемой является многолучевое распространение сигналов, которое при передаче цифровой информации приводит к появлению эффекта межсимвольной интерференции (далее МСИ), что ухудшает качество связи и накладывает ограничение на скорость передачи информации. В результате применения сигналов с ММН удается значительно снизить эффект МСИ за счет увеличения длительности символа и введения защитного интервала

Исследованию и описанию сигналов с ММН, а также разработке модемов сигналов с ММН посвящено большое количество работ как зарубежных (Дольц M JI, Чанг Р.В., Зальцбург Б.Р., Вайнштейн С.Б., Эберт П.М., Хиросаки Б., Прокис Дж, Armada A.G, Bahai A.R.S , Caí X, Chow J.S , Coleri S., Ergen M., Costa E , Gill M.C., Olsson M , Pollet T, Wang X, Liu К J и др ), так и отечественных авторов (Финк JI M, Коржик В И, Окунев Ю Б, а также Жидков С В, Крейнделин Е И, Сергиенко А Б и др )

Однако в подавляющем большинстве этих работ недостаточно полно рассмотрены теоретические аспекты помехоустойчивости при неидеальности приемопередающей аппаратуры- расстройке несущих частот, фазовом шуме и расстройке частоты дискретизации Вместе с тем, эти факторы оказывают существенное влияние на качество обработки сигналов При этом для оценивания помехоустойчивости сигналов с ММН при указанных дестабилизирующих факторах применяются методы имитационного моделирования или используются формулы для приближенного расчета Следовательно, необходимо разработать методику оценивания помехоустойчивости модемов с ММН при наличии этих дестабилизирующих факторов Кроме того, для качественной передачи информации необходимо свести к минимуму искажения, вносимые физической средой — каналом связи Для этого используется оценивание импульсной характе-

ристики (далее ИХ) с последующим выравниванием (эквалайзикгом) искажений, вносимых КС в передаваемый сигнал В модемах сигналов с ММН, как правило, применяется метод оценивания ИХ с помощью пилот-сигналов (далее ПС) Главным недостатком такого способа оценивания ИХ является поиск компромисса между потерей в скорости передачи полезной информации и качеством интерполяции ИХ по пилот-сигналам Другим способом получения оценки ИХ является так называемое «слепое» оценивание Недостатком «слепого» оценивания по сравнению с первым методом является менее точная оценка ИХ, увеличение сложности вычислительных процедур и на порядок больший период сходимости Достоинством является минимальные потери в скорости передачи полезной информации К этому виду относится способ оценивания ИХ, применяемый только в модемах сигналов с ММН - оценивание по отсчетам циклического префикса (далее ЦП). Это адаптивный алгоритм, использующий для определения ИХ трансверсальный фильтр. Коэффициенты фильтра управляются решением от демодулятора поднесущих Главным недостатком данного алгоритма является срыв процедуры оценивания ИХ при резком и значительном изменении состояния канала связи и достаточно долгий период сходимости к заданному уровню ошибок Таким образом, существует проблема разработки и реализации алгоритмов формирования и обработки сигналов с ММН, которые для повышения помехоустойчивости модемов при работе в условиях канала связи с переменными параметрами могут учитывать множество факторов и в которых будут отсутствовать недостатки существующих способов оценивания ИХ Следовательно, исследование и разработка модема сигналов с ММН является актуальной задачей

Объектом исследования является радиомодем сигналов с модуляцией со многими несущими частотами

Предметом исследования являются помехоустойчивость и математическое описание алгоритмов формирования и обработки сигналов с ММН при работе в условиях неидеального канала связи с переменными параметрами.

Цель диссертационной работы — разработка и научное обоснование технических и методических решений, направленных на улучшение тактико-технических характеристик существующих средств связи с ММН за счет повышения помехоустойчивости, достигаемого путем совместного использования для оценивания импульсной характеристики канала связи пилот-сигналов и отсчетов циклического префикса (защитного интервала) сигнала с ММН, а также учета неидеальности приемопередающей аппаратуры

Основные задачи. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи

-разработка математической модели радиолинии с сигналами с ММН в диспергирующем канале связи с учетом неидеальности приемопередающей аппаратуры,

-анализ помехоустойчивости модемов с ММН при неидеальности генераторного оборудования,

-синтез помехоустойчивых алгоритмов формирования и обработки сигналов с ММН для работы в условиях КС с переменными параметрами,

- разработка программного обеспечения для проведения имитационного моделирования работы синтезированной радиолинии с использованием сигналов с ММН,

-исследование помехоустойчивости разработанных алгоритмов формирования и обработки сигналов с ММН,

-практическая реализация результатов диссертации и натурные испытания реализованных модемов с ММН

Методы исследования При решении поставленных задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследования Теоретические исследования базируются на методах теории вероятностей и математической статистики, теории случайных процессов, теории цифровой связи, теории матриц Экспериментальные исследования проводились путем имитационного моделирования работы синтезированной радиолинии в системе МАТЬАВ, а также включали в себя натурные испытания изделий, при разработке которых были использованы результаты диссертационного исследования.

Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов обеспечена корректностью разработанных математических моделей и сходимостью выводов теоретического исследования с результатами имитационного моделирования и натурных испытаний.

Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся результаты теоретического исследования и алгоритмические решения по формированию и обработке сигналов с ММН, в том числе

- математическая модель радиолинии с сигналами с ММН, учитывающая многолучевость и нестационарность канала связи, а также неидеальность генераторного оборудования;

- методика оценивания влияния неидеальности ВЧ каскадов приемопередающей аппаратуры на помехоустойчивость модемов с ММН,

- процедура выбора параметров модема сигналов с ММН, учитывающая неидеальность генераторного оборудования и параметры канала связи;

- алгоритмы формирования и обработки сигналов с ММН, позволяющие повысить помехоустойчивость модемов с ММН при работе в условиях нестационарного канала связи

Научная новизна. В процессе выполнения исследований были получены следующие новые научные результаты

- разработана математическая модель радиолинии с сигналами с ММН, учитывающая многолучевость и нестационарность канала связи, а также неидеальность генераторного оборудования, разработанная модель отличается от известных моделей тем, что, кроме многолучевости, позволяет учесть расстройку несущих частот и фазовый шум в ВЧ каскадах приемопередающей аппаратуры,

- предложена методика и проведено оценивание влияния неидеальности ВЧ каскадов приемопередающей аппаратуры на помехоустойчивость модемов с ММН; особенностью методики является то, что она позволяет рассчитать отношение сигнал/помеха при снятии ограничения о малости величины дестабилизирующего фактора и вида модуляции (при условии, что точки сигнального созвездия имеют равную энергию),

- разработана процедура выбора параметров модема сигналов с ММН, учитывающая неидеальность генераторного оборудования и параметры канала связи, процедура позволяет рассчитать квазиоптимальные параметры сигнала с ММН исходя из заданной полосы частот КС, технической скорости передачи информации и параметров КС, в том числе при наличии расстройки несущих частот и расстройки частоты дискретизации в приемопередающей аппаратуре,

- разработаны алгоритмы формирования и обработки сигналов с ММН, позволяющие повысить помехоустойчивость модемов с ММН при работе в условиях нестационарного канала связи; впервые предложена идея совместного использования для оценивания импульсной характеристики канала связи пилот-сигналов и отсчетов циклического префикса (защитного интервала) сигнала с ММН, что позволяет повысить точность оценки ИХ при работе модема сигналов с ММН в условиях канала связи с переменными параметрами

Практическую ценность работы представляют

- модель радиолинии с сигналами с ММН, учитывающая нестационарность многолучевого канала связи и неидеальность генераторного оборудования,

- точные количественные оценки помехоустойчивости модемов с ММН в зависимости от степени неидеальности генераторного оборудования и характера вносимых искажений,

- программные средства, реализующие разработанные алгоритмы формирования и обработки сигналов с ММН,

- результаты имитационного моделирования работы синтезированной радиолинии с использованием сигналов с ММН и результаты трассовых испытаний изделий, при разработке которых были использованы выводы диссертационного исследования

Реализация и внедрение работы. Результаты диссертационной работы были внедрены на ОАО «Сарапульский радиозавод» при разработке коротковолновой корреспондентской радиостанции «Северок-КМП» и использованы при выполнении ОКР «Намотка-1» Кроме этого, результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе Ижевского государственного технического университета на кафедре «Радиотехника» в лекционном курсе «Основы проектирования аппаратуры систем подвижной радиосвязи»

Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты диссертационной работы обсуждались на

- научно-технической конференции «Приборостроение в XXI веке Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2004),

-8-ой международной конференции и выставке «Цифровая обработка сигналов и ее применение» (Москва, 2006, работа отмечена дипломом),

-3-ей научно-технической конференции «Приборостроение в XXI веке 1'Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2006),

-XIII-ой международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2007),

- Всероссийской научно-технической конференции «Наука - производство - технология - экология» (Киров, 2007),

- VI-ой международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Казань, 2007).

Автор был награжден медалью «За лучшую научную студенческую работу» по итогам открытого конкурса на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах РФ (2004)

Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 научных работ, в том числе 5 статей в научно-технических сборниках, включенных в перечень научных журналов, рекомендованных ВАК РФ, и 9 докладов на российских и международных научно-технических конференциях

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение, изложенные на 151 с. машинописного текста В работу включены 63 рис, 5 табл , список литературы из 140 наименований и приложения на 6 с.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности диссертационной работы, формулировку цели и задач работы, основные положения, выносимые на защиту, и определяет содержание и методы выполнения работы.

В первой главе разрабатывается математическая модель радиолинии для передачи цифровой информации сигналами с ММН, проводится оценка длительности символа Т и защитного интервала (циклического префикса) т3, обосновывается величина интервала между поднесущими частотам^ Д/

KB канал представляет собой канал с переменными во времени параметрами и характеризуется меняющимися во времени случайными ИХ

*М=t«/(Ox e-'2**w х 5(т-т,(/)), (1)

где множество {а, (/)} определяет меняющиеся во времени коэффициенты затухания для L путей распространения, {тДО} — соответствующие им времена задержки, ,/с - несущая частота сигнала Для любой реализации h{\,t) при фиксированном t можно определить частотную передаточную функцию (далее ЧПФ) канала H(j(a,t), взяв преобразование Фурье от h{x,t) по т При построении модели КС были введены допущения, характерные для реального КС Во-первых, при любом t существует промежуток времени в течение которого h{x,t) практически затухает. h(x,t) » 0 при т > г3. Во-вторых, КС имеет ограниченную полосу пропускания Q, т.е. для любой частоты со > Q имеет место равенство Я(/со,г) » 0 Неидеальность генераторного оборудования — наличие расстройки несущих частот и фазового шума - можно учесть путем введения в модель КС соответствующих элементов Для моделирования сдвига по частоте нужно умножить сигнал на величину exp(j 2тс df t), где df - абсолютная рас-

стройка частот между передатчиком и приемником. Моделирование воздействия фазового шума осуществляется умножением сигнала на величину ехр(]-ф(г)), где ф(?) - случайный процесс. Тогда КС можно представить моделью, показанной на рис. 1. Каждый отвод задерживает сигнал на время т0=л/П,

длина линии задержки равна /3. Коэффициенты а'(0 представляют собой случайный процесс, и<7) - аддитивный белый гауссовский шум (далее АБГШ). Достоверность этой модели подтверждается тем, что при некоторых начальных условиях получаются уже существующие аналоги. Таким образом, математическая модель сигнала на выходе многолучевого

Рис. 1. Модель многолучевого КС с учетом канала связи с учетом неидеальности неидеальности генераторного оборудования оборудования имеет вид:

r(t) =

./=0

хе

j-2ndft

хе

У-ф(')

+ n(J).

(2)

Модель радиолинии с использованием сигнала с ММН показана на рис. 2. х- '-1 n(t)

9h(t,t) — •ехрС-2тс-с/«) •exp(j-<p(i))

Рис. 2. Модель радиолинии с сигналами со многими несущими и с учетом неидеальности генераторного оборудования (®- операция свертки)

На вход поступает вектор данных Х={Х0> Х\...ХМ.\}. Эти данные передаются по КС с помощью комплексных монохроматических сигналов:

/ \ 1 jink'1' . .

™ = Т ^[0,(7>T3)U=0..A/-1, (3)

где М - число поднесущих, т, - защитный интервал. Согласно (2), сигнал на выходе КС имеет вид:

M-\L-l

ТУ«")

Vr к=о ыо

хе

(4)

Для демодуляции нужно расфильтровать сигнал /*(0 с помощью банка фильтров с ИХ ¿4(0, согласованными с функциями Ьк(1) при / е [т3,(Г + т3)]:

ак{1) = Ъ*к{Т + Ъ-1),1е[0,Т]. (5)

Тогда демодулированный символ для к-ой поднесущей:

Ук = НкХк х

- "iV, x i 7 * x °M,)ä>+. m

ш=0 * T

m*k

где Nk - АБГШ в к-ом подканале, Нк - ЧПФ ¿-ого подканала. В результате на выходе демодулятора имеем вектор Y={Jo, У\ Ум-1}> содержащий передаваемые данные, искаженные мультипликативной и аддитивной помехами. Мультипликативная помеха имеет две составляющие- ЧПФ Нк, являющуюся результатом многолучевого распространения сигналов, и усредненную по интервалу времени Т помеху, возникающую в результате неидеальности генераторного оборудования. Второе слагаемое в (6) - помеха, являющаяся результатом межканальной интерференции (далее МКИ) МКИ возникает вследствие нарушения ортогональности поднесущих из-за наличия дестабилизирующих факторов в приемопередающей аппаратуре- расстройки несущих частот и фазового шума

Наиболее часто используемым видом модуляции со многими несущими является OFDM - ортогональное частотное разделение каналов В этом случае для разделения полосы канала на подканалы используется обратное ДПФ (далее ОДПФ) На рис 3 приведена модель радиолинии с сигналами OFDM в дискретном времени Вектор входных данных d поступает на блок канального кодирования, с выхода которого вектор кодовых комбинаций D поступает на блок формирования комплексных модулирующих символов (модулятор ФМ или KAM). Сформированные модулирующие символы (вектор X) преобразуются к параллельному виду Хк, к = О М-1, и поступают на блок ОДПФ (модулятор OFDM) ОДПФ от последовательности Хк порождает последовательность {*„, п

= О, .Д-1}, где хп = — У]ХЛ ехр -- , N = 2М-размер ДПФ Эти отсчеты

N t3> К N )

Рис. 3. Модель радиолинии с сигналами OFDM в дискретном времени

поступают на блок параллельно-последовательного преобразования, после чего к полученному символу OFDM присоединяется циклический префикс Благодаря наличию -ЦП смежные сигнальные блоки не интерферируют^ что решает

у к = 2>„ ехр|

проблему МСИ. ЦП состоит из отсчетов хц.\, Хы-ы, • ••> х*\'-I■ Они присоединяются к началу каждого символа, и длина символа увеличивается до Далее сигнал передается по КС, где происходит свертка отсчетов сигнала .V,, с отсчетами ИХ КС Нп (в ® Ь), и добавление отсчетов п„ АБГШ. Демодуляция сигнала с ММН происходит в обратном порядке. Цифровые отсчеты принимаемого сигнала {г„, п = Л'-А., N4.4-1,...,0,1,2,..., N-1} поступают на блок удаления ЦП, откуда отсчеты {у„, п = 0,1,2,..., N-1} поступают на блок ДПФ. На выходе этого блока получается вектор У, содержащий принятые комплексные символы

лн кп\

—-- , к = 0.. М-\. Эти символы детектируются в двоичный

п~о V N )

код (вектор 01) и поступают на блок декодирования данных, в результате получается вектор принятого сообщения (11.

Во второй главе исследуется помехоустойчивость модема сигналов с ММН. Рассматриваются основные причины нарушения ортогональности под-несущих: частотная расстройка между несущими в передатчике и приемнике, расстройка частоты дискретизации приемопередающей аппаратуры и фазовый шум в ВЧ тракте приемопередающей аппаратуры. При наличии расстройки аУ между несущими частотами анализ спектра сигнала с ММН происходит не в

точках ортогональности поднесущих, а в области перекрытия спектров поднесущих частот (рис. 4). Это приводит к повороту плоскости комплексного сигнального созвездия на угол ф(е)=-- 9(^-1)/ N, где 8 = с#7А/, уменьшению амплитуды полезного сигнала и МКИ. Для анализа помехоустойчивости сигналов с ММН при разных значениях 6 получено выражение для вычисления отношения сигнал/помеха (далее ОСП) на символ: т-1

Анализ информации

Р.Гц

■7/т и/т -:/т*ш о т ч/г 1/7><# ш Рис. 4. Анализ сигнала с ММН при наличии частотной расстройки (1/

2(б) =

2х

. (яО

51П -

*1=0 к\*к

БШ

(п

е + к\-к

(7)

ч N

где N - размер ДПФ, к\ и к - номера поднесущих. График зависимости ОСП на символ от 9 приведен на рис. 5. Из рис. 5 видно, что уже при 9 = 0.35 сигнал и помеха имеют равную мощность. С точки зрения практики (7) можно использовать для определения количественных соотношений между величиной 9 и вероятностью ошибки на бит. График зависимости вероятности ошибки на бит от 9 для случая четырехпозиционной фазовой модуляции (далее 4ФМ) поднесущих приведен на рис. 6а, для случая четырехпозиционной относительной фа-.зовой модуляции (далее 40ФМ) поднесущих - на рис. 66 (кривая «расчет»).

бит от отношения сигнал/шум (далее ОСШ) в КС с АБГШ рассчитаны по классическим формулам, приведенным, к примеру, в труде Проки-са Использование данных формул возможно потому, что при достаточно большом числе поднесущих (М > 40) сигнал с ММН аппроксимируется как гауссовский случайный процесс. Из анализа зависимости рь от 8 следует, что для обеспе-

60 40 20 0 -20 -40 -60 -80

! —Т .....!•— —-¡--ТГГ^Ггг?. ---1--1-1----г......... ■ —1.....{.....—- - ---•!-—»—1— —;.....

; ; ...[..А

01 02 03 04 05 0.6 07 08 09 1 Рис. 5. Зависимость ОСП на символ <}2(6)

от относительной расстройки в чения вероятности ошибки на бит меньше 10"6 для обоих видов модуляции максимально допустимой величиной относительной расстройки является в = 0 05 На рис 6 приведены также результаты имитационного моделирования (кривая «моделирование») и результаты расчета по формуле, приведенной в трудах М Олсона (кривая «СЖбоп»). Сходимость кривой «моделирование» с кривой «расчет», полученной в результате расчета ОСП по (7), подтверждает адекватность формулы (7) Сравнение кривой «ОЬэоп» с кривыми «расчет» и «моделирование» показывает, что оценка помехоустойчивости, получаемая с помощью (7), является более точной, чем оценка, получаемая по существующей методике

Т>10

/< 1

к' п 11 11 г! ( 1

и п 1 ■ 1 1 1 «—•расчет X моделирование 01890П

0.2 0.4 0.6 0 8 1

Рис. 6. Зависимость вероятности ошибки на бит р)Отв(а-4ФМ, б - 40ФМ)

Необходимо отметить, что для 4ФМ при моделировании осуществлялась когерентная обработка, т е начальная фаза подразумевалась известной Кроме того, для обоих видов модуляции не учитывался поворот фазового созвездия с течением большого интервала времени, так как расчет ОСП по (7) учитывает только уменьшение амплитуды полезного сигнала и увеличение МКИ Следовательно, оценки 6, полученные в результате расчета, являются максимально допустимыми.

Фазовый шум, обусловленный работой гетеродина, интерпретируется как белый гауссовский шум <р с нулевым математическим ожиданием и с дисперсией (средней мощностью) а2 рад2 Для нахождения оценки помехоустойчивости

модема сигналов с ММН при различной дисперсии фазового шума ст2 получено выражение для вычисления ОСП на символ:

ч2(Ф

За!

, о2 <1 рад2

(8)

С физической точки зрения выражение (8) объясняется следующим образом. Фазовый шум приводит к повороту сигнального созвездия каждой подне-

| N-1

сущей на угол Ф(<р)=—-^ф(и), где ср (и) - отсчет фазового шума При этом,

" и=0

чем больше а2, тем больше угол поворота и больше вероятность ошибки при детектировании Данный факт отражен в наличии а2 с отрицательным знаком в

числителе (8). Кроме того, в результате действия фазового шума нарушается ортогональность поднесущих, что приводит к их взаимному влиянию В этом случае для любой к-ой поднесущей сигналы от других 1-х поднесущих (г Ф к) выступают в качестве аддитивных помех Соответственно, чем больше ст2, тем

больше мощность помех Это отражено наличием ст2 в знаменателе (8). График

зависимости ОСП на символ от а2 приведен на рис 7. Из анализа рис 7 видно,

что ОСП при наличии фазового шума уменьшается неравномерно При малой мощности фазового шума ОСП очень быстро уменьшается при незначительном увеличении с2 и становится меньше 10 дБ уже при с2 > 0 05 рад2 С

, дальнейшим увеличением о2 о$, рад2 ' 9

ОСП уменьшается с меньшей

скоростью и достигает нуля

■2 — л лс

ОСП,

Оф,

Рис. 7. Зависимость ОСП на символ <?2(ф) от

мощности фазового шума <т2 ДБ при = 0 45 рад2 График

зависимости вероятности ошибки на бит рь от а2 для 4ФМ приведен на рис 8а, для 40ФМ - на рис 86 (кривая «расчет») Из анализа зависимости рь от ст2 следует, что предельно допустимым уровнем мощности фазового шума гетеродина для обеспечения вероятности ошибки на бит меньше 10"6для обоих видов модуляции является значение сг2 =0 01 рад2 Данный факт подтверждается имитационным моделированием На рис 8 также показаны результаты расчета по

Р*10°

10'

— расчет

х моделирование

— Armada

10"

¡ i -i-

■

'i : i ¡ 1 < / i í_______L_________ i i i

[-------f--------- 1

J i ¡ — расчет x моделирование — Armada

0.4 0.6

О? рад2

Рис. 8. Зависимость вероятности ошибки на битрь от dj (а - 4ФМ, б - 40ФМ)

формуле, приведенной в трудах А Армада (кривая «Armada») Сравнительный анализ кривой «Armada» с кривыми «расчет» и «моделирование» показывает, что оценка помехоустойчивости, получаемая с помощью (8), является более точной, чем оценка, получаемая по существующей приближенной методике. При сравнении зависимостей на рис 8а и 86 видно, что фазовый шум гетеродина большее влияние оказывает на модем с относительной модуляцией, чем с абсолютной Это объясняется тем, что неправильное определение текущей фазы влечет за собой неверное определение информации не только в текущем символе, но и в следующем. Таким образом, происходит удвоение ошибок.

Для прикладных задач полученные результаты можно применить следующим образом Наиболее часто фазовый шум гетеродина характеризуется функцией L(fm), которая представляет собой отношение величины односторонней спектральной плотности мощности шума на частоте fm от частоты подне-сущей к мощности самой поднесущей Путем измерений с помощью анализатора спектра можно получить данную характеристику, а именно отношение N0p/C спектральной плотности мощности фазового шума Nqp к мощности поднесущей С Далее, зная эту характеристику, можно рассчитать среднюю мощность фазового шума по формуле-

df,

(9)

где Ь - полоса частот фазового шума С помощью (8) вычисляется ОСП в КС, затем оценивается вероятность ошибки. Методика была опробована при практической реализации модема сигналов с ММН

Результаты воздействия помех на сигнал с ММН при наличии частотной расстройки и при наличии расстройки частоты дискретизации А/", похожи Однако, при наличии расстройки частоты дискретизации появляется зависимость помехи от номера поднесущей т. Поворот плоскости комплексного сигнального созвездия в этом случае происходит на угол Ф(е)=пте (Лг — 1)/ /V, где е = Ь>///ц - относительная расстройка частоты дискретизации, / - частота дискретизации Уменьшение амплитуды полезного сигнала можно характеризовать эквивалентной мультипликативной помехой (далее МП) Модуль МП равен

кте

и также зависит от т, что показано на рис 9 Из анализа

рис 9 следует, что при увеличении номера поднесущей т амплитуда МП уменьшается, соответственно, уменьшается и амплитуда полезного сигнала Здесь можно выделить три области а) произведение \гж\ <0.1 - в этом случае амплитуда полезного сигнала уменьшается незначительно, и имеет место лишь МП, дБ поворот сигнального созвездия на

угол Ф(е); б) 0 1 < |те| < 1 - в этом случае амплитуда полезного сигнала уменьшается значительно и происходит поворот сигнального созвездия на большой угол Ф(е), в) \тг\ = 1,2,3 п, п<=2- в таких точках амплитуда МП равна нулю и происходит полная потеря данных Для анализа помехоустойчивости сигнала с ММН при наличии рас-

Рис. 9. Зависимость модуля мультипликатив- стРойки частоты Дискретизации ДГ, ной помехи от номера поднесущей т при раз- получено выражение для вычисле-ных значениях е ния ОСП на символ

,-1-1

д2(&,т) =

2х

( птеЛ вт -

. I N )_

2 лм

(Ю)

где N - размер ДПФ, т, к - номера поднесущих График зависимости ОСП на символ от номера поднесущей т при разных значениях г приведен на рис 10

ОСП, дБ 100

80 60 40 20 0 -20

Из рис 10 видно, что с увеличением номера поднесущей т уменьшается значение ОСП. Кроме этого, при увеличении значения е в 10 раз ОСП для одной и той же поднесущей уменьшается в среднем на 20 дБ. График зависимости вероятности ошибки на бит от т при различных значениях е для случая модуляции поднесущих с помощью 40ФМ приведен на рис 11 Из 0 100 200 300 400 500"" анализа рис 11 следует, что вероят-Рис 10. Зависимость ОСП на символ ность ошибки существенно возрастает д2(е,т) от номера поднесущей т при раз- при увеличении номера поднесущей т личных 8 (ЛМ024) и значения 8 При этом видно, что при

значениях е > 10"4 вероятность ошибки достаточно велика Увеличение вероятности ошибки с возрастанием относительной расстройки частоты дискретиза-

; — л 6=Ю"

=1 п"31

ции 8 объясняется уменьшением амплитуды полезного сигнала и увеличением амплитуды сигналов от других поднесущих

Третья глава посвящена разработке алгоритмов формирования и обработки сигналов с ММН для работы в условиях КС с переменными параметрами. Здесь также предложена процедура выбора параметров модема сигнала с ММН (рис 12) Исходными данными для процедуры являются

^10° ю1 10*

ю-3

10' 10"1 10-

! 6=1 (Г3

¡1—1

J_I_I

» Ш вод 1000 1400 1800 т Рис. 11. Зависимость вероятности ошибки на бит рь от номера поднесущей т при различных е (для 40ФМ, N=4096) полоса частот КС, техническая скорость передачи информации и параметры КС. Также учитываются выводы, полученные в первой и второй главах. В результате применения этой процедуры можно получить квазиоптимальный сигнал с ММН, обеспечивающий компромисс между скоростью передачи, достоверностью приема и энергетическими затратами

Структурная схема модема с ММН, предназначенного для работы в КС с переменными параметрами, показана на рис 13 Модулятор содержит блок формирования пилот-сигналов. Демодулятор содержит блок совместного оценивания ИХ по циклическому префиксу и пилот-сигналам, блок оценивания ЧПФ по пилот-сигналам и канальный эквалайзер. Блок оценивания ИХ выдает оценку импульсной характеристики Ь, взятие ДПФ от которой дает вектор Н, содержащий оценки ЧПФ Нк, к = 0 М-1, всех подканалов Далее, канальный эквалайзер вычисляет оценку переданного комплексного символа для каждой

АЛ А

поднесущей Хк = Ук IНк, к - 0 М-1, затем осуществляется демодуляция Хк. Оценка Хк будет тем достоверней, чем достоверней будет оценка Нк При этом необходимо учитывать, что в условиях КС с переменными параметрами ЧПФ постоянно изменяется

Для решения этой задачи был разработан алгоритм оценивания ИХ, в котором впервые применен способ оценивания, основанный на совместном использовании пилот-сигналов и отсчетов ЦП Информация, передаваемая пилот-сигналами, используется для переобучения оценивателя ИХ по ЦП, которое необходимо по ряду причин Во-ггервых, блок оценивания ИХ по ЦП предназначен для работы в КС с медленными замираниями Скорость замираний может изменяться в течение месяца, суток и даже двухминутных циклов Во-вторых, в условиях аддитивных помех происходит накопление ошибки на выходе эквалайзера, что может привести к срыву процедуры оценивания ИХ.

Своевременное переобучение оценивателя ИХ позволит избежать ошибок на выходе эквалайзера На протяжении интервала корреляции замираний тк не происходит формирование и передача пилот-сигналов, оценка ИХ и адаптация

Начало

Исходные данные

1 Полоса частот канала В

2 Техническая скорость передачи данных Я

3 Параметры канала связи время корреляции замираний длительность ИХ »э, абс. расстройка частоты дискр ьи , абс расстройка несущей частоты <№

Выбор частоты дискретизации

и>2В

Выбор длительности символа Г

4?3<Т<0 05т/с

Расчет частотного интервала между поднесу щими

Л/=4/Л/

Расчет количества лоднесущих м=в/д/

Вы величи (з^Ъ бор ны ЦП <0 25 Т

Выбор передач симе Тли, териода и пилот-юла ,<Тк

Выбор 41 интервал поднес Д^ил- стотного 1а между ущими

Расчет коэффициента

уменьшения технической скорости

ки1-{Тпил~Т-т:з)1Тпил

ккг={М„иЛ-МУМпил

Расчет технической скорости

К1=Л,Ж«М/(Г«3)

( Конец )

Рис. 12. Процедура выбора параметров модема с ММН

Рис. 13. Структурная схема модема с ММН, предназначенного для работы в условиях КС с переменными параметрами (а - модулятор, б - демодулятор) оценивателя к малым изменениям состояния КС осуществляется только с помощью отчетов циклического префикса По завершению интервала корреляции замираний передаются пилот-сигналы В демодуляторе по результатам обработки пилот-сигналов происходит новый этап обучения оценивателя ИХ по отсчетам циклического префикса Тем самым, устраняется недостаток данного оценивателя, связанный с длительностью переходного процесса при значительных изменениях состояния канала В системах с обратной связью пилот-сигналы следует передавать по специальному сигналу запроса Таким образом, передача пилот-сигналов будет происходить не каждый раз, а лишь в те моменты, когда это действительно необходимо, что позволит повысить скорость передачи полезной информации

В работе также предложен алгоритм адаптации взвешивающего коэффициента ц, который применяется в алгоритме оценивания ИХ Оценивание ИХ по ЦП производится с помощью рекуррентного алгоритма наименьших квадратов На каждой /-ой итерации

1 Вычисляется вектор 3 Обновляется вектор оценок ИХ

(11) ВД=ьм(*)+к(/КЧ0 (13) ц + и,я (к) • Р(/ -1) ■ и, (£) 4 Обновляется матрица Р-

2.Вычисляется априорная ошибка ц ^^ ^

оценки ИХ .

(12) --"(/) й/Я(А)-Р(/-1). (14)

Здесь й,(к) = {х м_,к - вектор-столбец, со-

держащий оценки циклического префикса переданного сигнала к-ого и (£-1)-ого символов, / = 1. V, V — количество отсчетов в ЦП, Р - матрица, обратная к корреляционной матрице вектора й/(А), у(1) — /-ый отсчет принятого ЦП А-ого символа, ь(л) - вектор оценок ИХ для ¿-ого символа.

Адаптация ц осуществляется на каждом символьном интервале и приводит к более точной оценке ИХ при передаче сигнала с ММН по КС с переменными параметрами Алгоритм адаптации заключается в одновременной минимизации эксцесса среднеквадратической ошибки и среднеквадратического отклонения на выходе оценивателя Для вычисления квазиоптимального значения ц, удовлетворяющего обоим критериям, предложено следующее выражение

V-op, = 1"

2ст„

МВДГ I HQ] )

(v + l) +

где R - усредненная корреляционная матрица векторов Щ(к), Q - корреляционная матрица отсчетов белого шума в модели ИХ КС с переменными параметрами, а2п - дисперсия АБГШ в КС. Методика вычисления этих параметров описана в тексте диссертационной работы.

С целью уменьшения числа итераций, необходимых для сходимости рекуррентного алгоритма наименьших квадратов, для инициализации матрицы Р предложено использовать отсчеты ЦП пилот-сигналов1

Р(0) = Е/[о 001 • С;2, ], (16)

1 v

где Оц = — ]jj£var(U/(fr)), var (.. ) - дисперсия, к - номер пилот-символа, Е -v /=i

единичная матрица размером (v+l) (v+l)

Для вычисления элементов h0(A) был разработан следующий алгоритм По пилот-сигналам для каждой поднесущей вычисляется оценка ЧПФ канала

к — /Xр,1„1,, к > (17)

где Xpilollk — переданный пилот-сигнал на г-ой поднесущей, / = 0 М-1 Далее от полученной последовательности вычисляется ОДПФ'

(15)

М-1 /2кт

ho»(k) = -^yZH>»eas,k е М , « = 0 V (18)

М 1=0

В четвертой главе приведены результаты имитационного моделирования работы синтезированной радиолинии с сигналами с ММН в условиях КС с переменными параметрами, описаны способы практической реализации результатов диссертационного исследования, а также приведены методика и результаты натурных испытаний реализованных модемов сигналов с ММН Модель радиолинии с использованием сигналов с ММН была разработана с помощью пакета программ MATLAB Для сравнения качества работы предложенного модема с ММН с качеством работы уже существующих аналогов (которые описаны в работах Bahai ARS, Coleri S., Ergen M, Wang X, Liu K.J) в ходе имитационного моделирования были испытаны еще 4 модема сигналов с ММН Критерием качества работы служила вероятность ошибки на символ Символ считался принятым ошибочно, если в нем был неправильно принят хотя бы один разряд. На рис 14 представлена зависимость вероятности ошибки на символ ps от ОСШ при передаче информации сигналами с ММН по четырехлучевому каналу связи с АБГШ и медленными замираниями На графиках приняты следующие обозначения 1 - эквалайзер с оцениванием ИХ по ЦП, 2 - без эквалайзера, 3 - оценивание ИХ по пилот-сигналам с ОС, 4 - оценивание ИХ по пилот-сигналам, 5 - оценивание ИХ по префиксу и пилот-сигналам На протяжении интервала корреляции замираний г, параметры КС (коэффициент передачи лучей и величина задержки между ними) не изменяются ПС передаются через время г, (рис 14а) и 2 rt (рис 146) Из анализа рис 14а следует, что при передаче ПС через время ^разработанный алгоритм (обозначен цифрой 5) обеспечивает выигрыш в ОСШ до двух дБ по отношению к ближайшему по качеству аналогу - эквалайзеру ^оцениванием ИХ по пилот-сигналам. Из анализа рис 146 следует, что при передаче ПС через,время 2г, выигрыш в ОСШ достигает уже 4дБ Прототип разработанного алгоритма - эквалайзер с оцениванием ИХ по префиксу

.......1......-!■....... ÖZJT .......[" 3^""

......i—^tï"!------!

! 1 ______1.....j_______j_______i___

......-r.....-i-......i---------------

_i i i_i i i

Рис. 14. Зависимость вероятности ошибки на символ р,, от ОСШ (медленные замирания)

ОСШ, дБ

2,2101

ОСШ, дБ

(обозначен цифрой I) - в обоих случаях показывает много худшие результаты На рис. 15 показана зависимость вероятности ошибки на символ от ОСШ в двухлучевом КС с АБГШ и быстрыми замираниями При этом на протяжении времени между передачей ПС параметры КС изменяются через каждый символ не более чем на 20% от среднего значения (рис 15а) и не более чем на 40% от среднего значения (рис 156), которое изменяется через время, равное периоду передачи ПС Из анализа рис 15 видно, что и при изменениях состояния КС между передачами ПС разработанный алгоритм показывает наилучшие результаты из исследованных аналогов и дает выигрыш в среднем до двух дБ по эквалайзеру с оцениванием

Рис. 15. Зависимость вероятности ошибки на символ Ра от ОСШ (быстрые замирания) отношению к ближайшему по качеству аналогу ИХ по пилот-сигналам (обозначен цифрой 4) В целом, по результатам моделирования, приведенным в тексте работы, сделан вывод, что разработанный модем с ММН с оцениванием ИХ по ПС и ЦП обеспечивает выигрыш в ОСШ по отношению к ближайшему по качеству аналогу - модему с эквалайзером по пилот-сигналам - до шести дБ в зависимости о-т состояния канала связи

По результатам диссертационного исследования разработаны и практически реализованы два модема сигналов с ММН Модемы используются в носимой корреспондентской радиостанции КВ-диапазона «Северок-КМП» Один из модемов применяется для пакетной передачи файловой информации и обеспечивает информационную скорость 2400 бит/с (техническая скорость составляет 4000 бит/с), другой (с технической скоростью 4200 бит/с) - используется для передачи цифровой речи, сжатой вокодером типа МЕЬР до скорости 2600 бит/с При практической реализации модемов была разработана процедура ускоренного вычисления функции максимального правдоподобия, используемой при начальной синхронизации Для осуществления синхронизации необходимо рассчитать функцию максимального правдоподобия, используя выражения

к=х

Уо(Т) = ~Г+Е'К^2 +К* + лО|2, (19)

1 Ы т

где г(к) - отсчет принимаемого сигнала с ММН, т - временный сдвиг (в отсчетах), N - количество точек ДПФ, Ь - длительность ЦП в отсчетах, р - взвешивающий коэффициент, (*) — операция комплексного сопряжения Далее выполняется процедура поиска значения ттах, которому соответствует максимум суммы |7д,(т) + у0(т) - это и будет искомое значение временного положения границ символьных интервалов Расчет Уд,(т) и у0(т) непосредственно по (19) требует больших вычислительных затрат, для нахождения ттах с точностью до отсчета необходимо выполнить (Лг+£)(8£.+1) действительных умножений и (ЛЧ-£)(8£-3) действительных сложений, что для реализованных модемов (/V = 128, Ь = 32) составит 41120 и 40480 соответственно Для уменьшения вычислительных затрат был разработан алгоритм ускоренного вычисления уд,(т) и у0(т) без потери точности Для нахождения ттах с точностью до отсчета по разработанному алгоритму необходимо выполнить (9ЛЧ-13£) действительных умножений и (12ЛМ-18£-11) действительных сложений, что для реализованных модемов составляет 1568 и 2101 соответственно Выигрыш по сравнению с исходным алгоритмом состоит в уменьшении количества операций умножения в 26 раз и в уменьшении количества операций сложения в 19 раз

При непосредственном участии автора проведены связные государственные испытания реализованных модемов на радиотрассах 15 км и 247 км Показателем качества работы первого модема служило количество пакетов, принятых с ошибками, в случае передачи данных без пакетирования критерием качества служит количество ошибочно принятых бит по отношению к общему количеству бит Показателем качества работы второго модема являлся класс качества разборчивости речи, определенный согласно методике испытаний КВ радиостанций, разработанной на основе ГОСТ Р 50840-95 По результатам испытаний принято решение о подготовки радиостанции «Северок-КМП» к серийному производству на ОАО «Сарапульский радиозавод»

В заключении приведены основные выводы диссертационной работы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Разработана математическая модель радиолинии с использованием сигналов со многими несущими, учитывающая неидеальность генераторного оборудования Модель позволяет оценить влияние многолучевого распространения сигналов, а также расстройки несущих частот в приемопередающей аппаратуре, фазового шума в ВЧ каскадах приемопередающей аппаратуры и расстройки частоты дискретизации на помехоустойчивость сигналов со многими несущими.

2 Проведен анализ помехоустойчивости сигналов с ММН при различных дестабилизирующих факторах расстройке между несущими частотами пере-

датчика и приемника, фазовом шуме в ВЧ каскадах приемопередающей аппаратуры и расстройке частоты дискретизации Анализ показал, что неидеальность генераторного оборудования такого рода приводит к уменьшению амплитуды полезного сигнала, повороту фазы и взаимному влиянию поднесущих друг на друга, т.е МКИ

3. На основе проведенного исследования помехоустойчивости разработана методика расчета отношения сигнал/помеха в зависимости от величины дестабилизирующего фактора: в - расстройки несущих частот по отношению к величине частотного интервала между поднесущими, о^ - средней мощности

(дисперсии) фазового шума или б - расстройки частоты дискретизации по отношению к величине частотного интервала между поднесущими

С помощью разработанной методики рассчитаны максимально допустимые значения указанных дестабилизирующих факторов для обеспечения вероятности ошибки на бит меньше 10"6:0=0.05, ст* = 0.01 рад2; б=10"4

4 Разработана процедура выбора параметров модема со многими несущими, исходными данными для которой являются заданная полоса частот, техническая скорость передачи данных и параметры канала связи

5. Разработаны основные алгоритмы формирования и обработки сигналов с ММН для работы в условиях канала связи с переменными параметрами Для адекватного реагирования на резкое изменение состояния канала связи и уменьшения влияния аддитивного шума на точность итерационных процедур рекуррентного алгоритма наименьших квадратов предложено через определенный период регулярно посылать пилот-сигналы с целью переобучения эквалайзера В промежутке между передачей пилот-сигналов импульсная характеристика оценивается с помощью отсчетов циклического префикса. Кроме этого, предложена и разработана процедура адаптации взвешивающего коэффициента ц, используемого при оценивании импульсной характеристики, путем вычисления его оптимального значения на каждом символьном интервале

6 Проведено имитационное моделирование работы разработанного модема сигналов с ММН, предназначенного для передачи информации в каналах связи с переменными параметрами Результаты моделирования подтверждают теоретические выводы разработанный модем обладает повышенной помехоустойчивостью и обеспечивает минимальную вероятность ошибки на символ по сравнению с исследуемыми аналогами в многолучевом канале связи, как с медленными, так и с быстрыми замираниями. Выигрыш в отношении сигнал/шум по отношению к ближайшему по качеству аналогу - модему с эквалайзером по пилот-сигналам - достигает шести дБ в зависимости от состояния канала связи

7. По результатам диссертационного исследования разработаны и практически реализованы два модема сигналов с ММН Модемы используются в носимой корреспондентской радиостанции КВ-диапазона и предназначены для работы в полосе стандартного телефонного канала (300Гц-3400Гц) Один из модемов применяется для пакетной передачи файловой информации и обеспечивает информационную скорость 2400 бит/с (техническая скорость составляет

4000 бит/с), другой (с технической скоростью 4200 бит/с) - используется для передачи цифровой речи, сжатой вокодером типа МЕЬР до скорости 2600 бит/с Модемы были реализованы на сигнальном процессоре с помощью языка программирования С.

8 Разработан алгоритм вычисления функции максимального правдоподобия, используемой при начальной синхронизации, который позволил для реализованных модемов получить выигрыш в уменьшении количества операций умножения в 26 раз и в уменьшении количества операций сложения в 19 раз по сравнению с исходным алгоритмом

9. Проведены связные государственные испытания реализованных модемов на радиотрассах 15 км и 247 км Результаты испытаний показали, что модемы обеспечивают безошибочную передачу файла объемом до 64000 байт как в режиме с пакетированием, так и без него, и словесную разборчивость речи не хуже 2 класса по ГОСТ Р 50840-95

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Казанцев, А А, Хворенков, В В, Бояршинов, МА Анализ помехоустойчивости модемов со многими несущими при передаче данных // Информационные технологии в радиотехнике и связи // Труды науч -техн конф. "Приборостроение в XXI веке Интеграция науки, образования и производства" — Ижевск Изд-во ИжГТУ, 2005г. - С 216 - 221

2 Казанцев, А А, Копысов, А Н, Лопатин, Д О Анализ помехоустойчивости модема со многими несущими при нелинейных искажениях в ВЧ-каскадах приемопередающей аппаратуры //Вестник ИжГТУ период, науч -теор журн ИжГТУ, 2005, № 3 Ижевск- изд-во ИжГТУ, 2005 г. - С. 16-20

3 Казанцев, А А, Хворенков, В В Исследование модема со многими несущими в условиях нелинейности канала связи // Инфокоммуникационные технологии период науч -техн и информ -аналит журн ПГАТИ, том 3, №4, 2005 г - С 12-17

4 Казанцев, А А Влияние нестабильности частоты дискретизации на помехоустойчивость системы связи со многими несущими //Обработка сигналов в радиотехнических системах //Восьмая международная конференция и выставка «Цифровая обработка сигналов и ее применение». Материалы докладов Т 1 Типография ООО «Инсвязьиздат» Москва, 2006 г —С 211-216

5 Казанцев, А А , Хворенков, В В Анализ помехоустойчивости модема со многими несущими при расстройке между несущими передатчика и приемника //Инфокоммуникационные технологии- период науч -техн и информ -аналит журн ПГАТИ, том 4, №1, 2006 г - С 39-45

6 Казанцев, А А Проблема частотной синхронизации в системах со многими несущими // Вестник ИжГТУ период науч -теор журн ИжГТУ, 2006, № 1 Ижевск, изд-во ИжГТУ, 2006 г - С 52-57

7 Казанцев, А А Оценка помехоустойчивости модема со многими несущими при фазовом шуме в ВЧ-каскадах аппаратуры связи //Вестник ИжГТУ

период науч -теор журн ИжГТУ, 2006, № 2 Ижевск изд-во ИжГТУ, 2006 г — С 62-66

8 Казанцев, А А Исследование адаптивного канального эквалайзера для системы связи со многими несущими // Третья науч -техн конф "Приборостроение в XXI веке Интеграция науки, образования и производства" Ижевск: изд-во ИжГТУ, 2006. - С. 309-318.

9 Казанцев, А А, Сгшушин, А А Помехоустойчивость системы связи со многими несущими при расстройке частоты дискретизации // Третья науч -техн конф "Приборостроение в XXI веке Интеграция науки, образования и производства". Ижевск, изд-во ИжГТУ, 2006.-С. 341-349.

10 Лянгузов, К А, Казанцев, А А, Копысов, А Н. Особенности реализации пакетной передачи данных в корреспондентских радиостанциях // Третья науч -техн конф "Приборостроение в XXI веке Интеграция науки, образования и производства" Ижевск: изд-во ИжГТУ, 2006. - С 319-325

11 Загидуллин, ЮТ, Казанцев, А А. Исследование блока обнаружения преамбулы в системе связи с модуляцией со многими несущими // Третья науч -техн конф "Приборостроение в XXI веке Интеграция науки, образования и производства" Ижевск, изд-во ИжГТУ, 2006. - С 349-356.

12. Казанцев, А А , Белов, Ю В, Загидуллин, Ю Т Передача информации сигналами OFDM в коротковолновом диапазоне // XIII международная на-уч.-техн. конф. "Радиолокация, навигация, связь". Материалы докладов. Т 2 Типография Воронежского государственного университета Воронеж, 2007 г -С. 1066-1071

13 Казанцев, А А, Загидуллин, ЮТ, Бояршинов, МА Использование сигналов OFDM для оценки качества речевого тракта при передаче речи по стандартному телефонному каналу// Всероссийская науч -техн. конф. "Наука-производство-технология-экология" Сборник материалов. В 8 т - Киров. Изд-во ВятГУ, 2007. Том 1 ФАВТ, ФПМТ- С. 291-293.

14 Казанцев, А А, Загидуллин, Ю Т Влияние расстройки частоты дискретизации на точность синхронизации в системах передачи информации сигналами OFDM // Телекоммуникационные системы и сети // Труды VI-ой международной науч -техн. конф. "Физика и технические приложения волновых процессов" Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы» / Под ред. В А Неганова и Г Л. Ярового - Казань, 2007 -С 319-320.

А.А. Казанцев

В авторской редакции

Подписано в печать 0£ 09 07 Формат 60x84/16 Усл. Печ. л 1,25 Тираж 100 экз Заказ №

Издательство ИжГТУ 426069, Ижевск, Студенческая ул , 7

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Казанцев, Антон Александрович

Список сокращений.

Введение.

Глава 1 Разработка модели радиолинии с использованием сигналов с ММН.

1.1 Разработка математической модели канала связи КВ диапазона с учетом неидеальности генераторного оборудования.

1.2 Разработка математической модели радиолинии с использованием сигналов с ММН.

1.3 Модель радиолинии с использованием сигналов с ММН в дискретном времени

1.4 Оценка длительности символа и защитного интервала.

1.5 Оценка частотного интервала между поднесущими.

1.6 Выводы по главе

Глава 2 Исследование помехоустойчивости модема сигналов с ММН при неидеальности генераторного оборудования

2.1 Постановка задачи

2.2 Анализ помехоустойчивости при наличии частотной расстройки в приемопередающей аппаратуре.

2.3 Оценка помехоустойчивости при фазовом шуме в ВЧ каскадах приемопередающей аппаратуры.

2.4 Исследование помехоустойчивости при расстройке частоты дискретизации.

2.5 Выводы по главе

Глава 3 Разработка алгоритмов формирования и обработки сигналов с ММН для работы в условиях канала связи с переменными параметрами.

3.1 Постановка задачи

3.2 Использование пилот-сигналов для оценивания импульсной характеристики канала связи.

3.3 Разработка процедуры выбора параметров модема сигналов с ММН.

3.4 Использование отсчетов циклического префикса для оценивания импульсной характеристики канала связи.

3.5 Разработка модема сигналов с ММН для работы в условиях канала связи с переменными параметрами.

3.6 Выводы по главе

Глава 4 Имитационное моделирование и практическая реализация результатов диссертационной работы.

4.1 Имитационное моделирование работы модема сигналов с ММН в условиях канала связи с переменными параметрами.

4.2 Практическая реализация результатов диссертационной работы.

4.3 Натурные испытания разработанных модемов сигналов с ММН.

4.4 Выводы по главе

Введение 2007 год, диссертация по радиотехнике и связи, Казанцев, Антон Александрович

Основной проблемой теории связи является поиск методов передачи и приема сигналов, обеспечивающих малые потери информации, заложенной в сообщении, и максимально возможную скорость передачи при минимальной стоимости системы связи. На практике каждое из этих требований решается за счет других [64]. Наиболее перспективные системы передачи информации, позволяющие найти квазиоптимальное решение совокупности указанных задач, основываются на методах цифровой обработки сигналов [6,12-15, 51, 55].

Одним из часто применяемых и перспективных методов цифровой обработки сигналов является модуляция со многими несущими (далее ММН), основанная на дискретном преобразовании Фурье (далее ДПФ). Системы связи с ММН используются для цифрового радиовещания, цифрового телевещания, в высокоскоростных цифровых линиях связи, в беспроводных локальных сетях, для передачи данных в диапазоне СВЧ, а также для коммуникации с различными подвижными объектами [18, 76, 82, 84, 85, 86, 94].

В современных системах радиосвязи в качестве канала связи (далее КС) широко используются диапазоны ВЧ (3-30 МГц) и ОВЧ (30-300 МГц) [64]. Трудности построения систем цифровой передачи информации в этих диапазонах обусловлены сложной помеховой обстановкой, многолучевым характером распространения радиоволн и наличием глубоких, частотно-селективных замираний [19, 20, 38, 67]. Главной проблемой является многолучевое распространение сигналов, которое при передаче цифровой информации (далее ЦИ) приводит к появлению эффекта межсимвольной интерференции (далее МСИ), что ухудшает качество связи и накладывает ограничение на скорость передачи информации. В результате применения сигналов с ММН удается:

1. Значительно снизить эффект МСИ за счет увеличения длительности символа и введения защитного интервала.

2. Эффективно использовать выделенную полосу частот.

Важным преимуществом систем связи со многими несущими по отношению к системам с одной несущей является их малая чувствительность к частотно5 селективным замираниям.

Исследованию и описанию сигналов со многими несущими и разработке модемов сигналов с ММН посвящено большое количество работ как зарубежных [49, 76-93, 95-98, 100-103, 112-139], так и отечественных авторов [21, 24, 39, 40, 45, 47, 52, 64, 69, 71]. Однако в подавляющем большинстве этих работ недостаточно полно рассмотрены теоретические аспекты помехоустойчивости при неидеальности приемопередающей аппаратуры: расстройке несущих частот, фазовом шуме и расстройке частоты дискретизации. Вместе с тем, эти факторы оказывают существенное влияние на качество обработки сигналов. При этом для оценивания помехоустойчивости сигналов с ММН при указанных дестабилизирующих факторах применяются методы имитационного моделирования или используются формулы для приближенного расчета. Следовательно, необходимо разработать методику оценивания помехоустойчивости модемов с ММН при наличии этих дестабилизирующих факторов. Кроме того, быстрое развитие производительности различных цифровых микросхем и сигнальных процессоров в последние годы создало предпосылки для разработки и реализации алгоритмов формирования и обработки сигналов с ММН, которые для повышения помехоустойчивости модемов при работе в условиях канала связи с переменными параметрами могут учитывать множество факторов. Эти алгоритмы должны обеспечить формирование сигнала с минимальным количеством поднесущих частот, предназначенных для передачи служебной информации, а помехоустойчивость системы передачи информации должна повышаться за счет усложнения алгоритма обработки.

Следовательно, исследование и разработка модема сигналов со многими несущими частотами является актуальной задачей на сегодняшний день.

Объектом исследования является радиомодем сигналов с модуляцией со многими несущими частотами.

Целью данной работы является разработка и научное обоснование 6 технических и методических решений, направленных на улучшение тактико-технических характеристик существующих средств связи с ММН за счет повышения помехоустойчивости, достигаемого путем совместного использования для оценивания импульсной характеристики канала связи пилот-сигналов и отсчетов циклического префикса (защитного интервала) сигнала с ММН, а также учета неидеальности приемопередающей аппаратуры.

Основные задачи. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:

-разработка математической модели радиолинии с сигналами с ММН в диспергирующем канале связи с учетом неидеальности приемопередающей аппаратуры;

-анализ помехоустойчивости модемов с ММН при неидеальности генераторного оборудования;

-синтез помехоустойчивых алгоритмов формирования и обработки сигналов с ММН для работы в условиях КС с переменными параметрами;

- разработка программного обеспечения для проведения имитационного. моделирования работы синтезированной радиолинии с использованием сигналов с ММН;

-исследование помехоустойчивости разработанных алгоритмов формирования и обработки сигналов с ММН;

-практическая реализация результатов диссертации и натурные испытания реализованных модемов с ММН.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования базируются на методах теории вероятностей и математической статистики, теории случайных процессов, теории цифровой связи, теории матриц. Экспериментальные исследования проводились путем имитационного моделирования работы синтезированной радиолинии в системе МАТЬАВ, а также включали в себя натурные испытания изделий, при разработке которых были использованы результаты диссертационного исследования. 7

На защиту выносятся следующие научные результаты:

- математическая модель радиолинии с сигналами с ММН, учитывающая многолучевость и нестационарность канала связи, а также неидеальность генераторного оборудования; методика оценивания влияния неидеальности ВЧ каскадов приемопередающей аппаратуры на помехоустойчивость модемов с ММН;

- алгоритмы формирования и обработки сигналов с ММН, позволяющие повысить помехоустойчивость модемов с ММН при работе в условиях нестационарного канала связи.

Научная новизна. В процессе выполнения исследований были получены следующие новые научные результаты:

- разработана математическая модель радиолинии с сигналами с ММН, учитывающая многолучевость и нестационарность канала связи, а также неидеальность генераторного оборудования; разработанная модель отличается от известных моделей тем, что, кроме многолучевости, позволяет учесть расстройку несущих частот и фазовый шум в ВЧ каскадах приемопередающей аппаратуры;

- разработана процедура выбора параметров модема сигналов с ММН, учитывающая неидеальность генераторного оборудования и параметры канала 8 связи; процедура позволяет рассчитать квазиоптимальные параметры сигнала с ММН исходя из заданной полосы частот КС, технической скорости передачи информации и параметров КС, в том числе при наличии расстройки несущих частот и расстройки частоты дискретизации в приемопередающей аппаратуре;

Практическую ценность работы представляют:

- модель радиолинии с сигналами с ММН, учитывающая нестационарность многолучевого канала связи и неидеальность генераторного оборудования;

- точные количественные оценки помехоустойчивости модемов с ММН в зависимости от степени неидеальности генераторного оборудования и характера вносимых искажений;

- алгоритмы формирования и обработки сигналов с ММН, позволяющие повысить помехоустойчивость модемов с ММН при работе в условиях канала связи с параметрами, переменными во времени; программные средства, реализующие разработанные алгоритмы формирования и обработки сигналов с ММН;

Реализация и внедрение работы. Результаты диссертационной работы были внедрены на ОАО «Сарапульский радиозавод» при разработке коротковолновой корреспондентской радиостанции «Северок-КМП» и использованы при выполнении ОКР «Намотка-1». Кроме этого, результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе Ижевского государственного технического университета на кафедре «Радиотехника» в лекционном курсе «Основы проектирования аппаратуры систем подвижной радиосвязи».

Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты диссертационной работы обсуждались на:

- научно-технической конференции «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2004);

- 8-ой международной конференции и выставке «Цифровая обработка сигналов и ее применение» (Москва, 2006, работа отмечена дипломом);

- 3-ей научно-технической конференции «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2006);

- ХШ-ой международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2007);

- Всероссийской научно-технической конференции «Наука - производство -технология - экология» (Киров, 2007);

- У1-ой международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Казань, 2007).

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение, изложенные на 151 с. машинописного текста. В работу включены 63 рис., 5 табл., список литературы из 140 наименований и приложения на 6 с.

Заключение диссертация на тему "Исследование и разработка модема сигналов со многими несущими частотами для передачи цифровой информации по КВ каналу"

4.4 Выводы по главе 4

1. Проведено имитационное моделирование работы разработанного модема сигналов с ММН, предназначенного для передачи информации в каналах связи с переменными параметрами. Результаты моделирования подтверждают теоретические выводы: разработанный модем обладает повышенной помехоустойчивостью и обеспечивает минимальную вероятность ошибки на символ по сравнению с исследуемыми аналогами в многолучевом канале связи, как с медленными, так и с быстрыми замираниями.

Выигрыш в отношении сигнал/шум по отношению к ближайшему по качеству аналогу - модему с эквалайзером по пилот-сигналам - достигает шести дБ в зависимости от состояния канала связи.

2. По результатам диссертационного исследования, проведенного в главах 1-3, разработаны и практически реализованы два модема сигналов с ММН. Модемы используются в носимой корреспондентской радиостанции КВ-диапазона и предназначены для работы в полосе стандартного телефонного канала (300Гц-3400Гц).

Один из модемов применяется для пакетной передачи файловой информации и обеспечивает информационную скорость 2400 бит/с (техническая скорость составляет 4000 бит/с), другой (с технической скоростью 4200 бит/с) - используется для передачи цифровой речи, сжатой вокодером типа MELP до скорости 2600 бит/с. Модемы были реализованы программно на языке С для сигнального процессора типа BlackFin фирмы Analog Devices.

3. Особенностью реализованных модемов являются используемые сигнально-кодовые конструкции, а также методы обработки сигналов, позволяющие повысить помехоустойчивость модемов с ММН и сэкономить вычислительные ресурсы сигнального процессора. Так, разработанный алгоритм вычисления функции МП, используемой при начальной синхронизации, для реализованных модемов позволяет получить выигрыш в уменьшении количества операций умножения в 26 раз и в уменьшении количества операций сложения в 19 раз по сравнению с исходным алгоритмом. 4. Проведены натурные испытания реализованных модемов на радиотрассах 15 км и 247 км. Результаты испытаний показали, что модем № 1 обеспечивает безошибочную передачу файла объемом до 64000 байт как в режиме с пакетированием, так и без него; модем № 2 обеспечивает словесную разборчивость речи не хуже 2 класса по ГОСТ Р 50840-95.

Заключение

В ходе выполнения диссертационной работы были получены следующие основные результаты:

1. Разработана математическая модель радиолинии с использованием сигналов со многими несущими, учитывающая неидеальность генераторного оборудования. Модель позволяет оценить влияние многолучевого распространения сигналов, а также расстройки несущих частот в приемопередающей аппаратуре, фазового шума в ВЧ каскадах приемопередающей аппаратуры и расстройки частоты дискретизации на помехоустойчивость сигналов со многими несущими.

2. Проведен анализ помехоустойчивости сигналов с ММН при различных дестабилизирующих факторах: расстройке между несущими частотами передатчика и приемника, фазовом шуме в ВЧ каскадах приемопередающей аппаратуры и расстройке частоты дискретизации. Анализ показал, что неидеальность генераторного оборудования такого рода приводит к уменьшению амплитуды полезного сигнала, повороту фазы и взаимному влиянию поднесущих друг на друга, т.е. МКИ.

3. На основе проведенного исследования помехоустойчивости разработана методика расчета отношения сигнал/помеха в зависимости от величины дестабилизирующего фактора: 0 - расстройки несущих частот по отношению к величине частотного интервала между поднесущими, а^ - средней мощности дисперсии) фазового шума или е - расстройки частоты дискретизации по отношению к величине частотного интервала между поднесущими.

С помощью разработанной методики рассчитаны максимально допустимые значения указанных дестабилизирующих факторов для обеспечения вероятности ошибки на бит меньше 10"6: 9=0.05; а2 = 0.01 рад2; е=Ю"4.

4. Разработана процедура выбора параметров модема со многими несущими, исходными данными для которой являются заданная полоса частот, техническая скорость передачи данных и параметры канала связи.

5. Разработаны основные алгоритмы формирования и обработки сигналов с ММН для работы в условиях канала связи с переменными параметрами. Для адекватного реагирования на резкое изменение состояния канала связи и уменьшения влияния аддитивного шума на точность итерационных процедур рекуррентного алгоритма наименьших квадратов предложено через определенный период регулярно посылать пилот-сигналы с целью переобучения эквалайзера. В промежутке между передачей пилот-сигналов импульсная характеристика оценивается с помощью отсчетов циклического префикса. Кроме этого, предложена и разработана процедура адаптации взвешивающего коэффициента р, используемого при оценивании импульсной характеристики, путем вычисления его оптимального значения на каждом символьном интервале.

6. Проведено имитационное моделирование работы разработанного модема сигналов с ММН, предназначенного для передачи информации в каналах связи с переменными параметрами. Результаты моделирования подтверждают теоретические выводы: разработанный модем обладает повышенной помехоустойчивостью и обеспечивает минимальную вероятность ошибки на символ по сравнению с исследуемыми аналогами в многолучевом канале связи, как с медленными, так и с быстрыми замираниями. Выигрыш в отношении сигнал/шум по отношению к ближайшему по качеству аналогу - модему с эквалайзером по пилот-сигналам - достигает шести дБ в зависимости от состояния канала связи.

7. По результатам диссертационного исследования разработаны и практически реализованы два модема сигналов с ММН. Модемы используются в носимой корреспондентской радиостанции КВ-диапазона и предназначены для работы в полосе стандартного телефонного канала (300Гц-3400Гц). Один из модемов применяется для пакетной передачи файловой информации и обеспечивает информационную скорость 2400 бит/с (техническая скорость составляет 4000 бит/с), другой (с технической скоростью 4200 бит/с) - используется для передачи цифровой речи, сжатой вокодером типа МЕЬР до скорости 2600 бит/с. Модемы были реализованы на сигнальном процессоре с помощью языка программирования С.

8. Разработан алгоритм вычисления функции максимального правдоподобия, используемой при начальной синхронизации, который позволил для реализованных модемов получить выигрыш в уменьшении количества операций умножения в 26 раз и в уменьшении количества операций сложения в 19 раз по сравнению с исходным алгоритмом.

9. Проведены связные государственные испытания реализованных модемов на радиотрассах 15 км и 247 км. Результаты испытаний показали, что модемы обеспечивают безошибочную передачу файла объемом до 64000 байт как в режиме с пакетированием, так и без него, и словесную разборчивость речи не хуже 2 класса по ГОСТ Р 50840-95.

Библиография Казанцев, Антон Александрович, диссертация по теме Системы, сети и устройства телекоммуникаций

1. Ануфриев, К Е. Самоучитель MatLab 5.3/б.х- СПб.: БХВ Петербург, 2002736 с.

2. Балакришнан, А. В. Теория фильтрации Калмана / Пер. с англ. С. М. Зуева; Под ред. А. А. Новикова. М.: Мир, 1988. - 168 с.

3. Белоусов, КВ. Матрицы и определители. Учебное пособие по линейной алгебре. Кишинев, 2006. - 101 с.

4. Блейхут, Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов/ Пер. с англ. -М.: Мир, 1989.-448 с.

5. Блейхут, Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки /Пер. с англ. -М.: Мир, 1986.

6. Глинченко, A.C. Цифровая обработка сигналов: Учеб. пособие: В 2 ч. Ч. 1. Красноярск: Изд-во КГТУ. 2001.-199 с.

7. Глинченко, А. С. Цифровая обработка сигналов: Учеб. пособие: В 2 ч. Ч. 2. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001.-184 с.

8. Голд, Б., Рейдэр, Ч. Цифровая обработка сигналов / Пер с англ.; Под ред. A.M. Трахтмана- М.: Сов. радио, 1973. 368 с.

9. Гольденберг, J1.M. и др. Цифровая обработка сигналов: Справочник/ JI. М.Гольденберг, Б.Д.Матюшкин, М.Н. Поляк М.: Радио и связь, 1985. - 302 с.

10. Горяинов, В.Т., Журавлев, А.Г., Тихонов, В.И. Статистическая радиотехника: Примеры и задачи. Учеб. пособие для вузов/ Под ред. В. И. Тихонова.-2-e изд. -М.: Сов. Радио, 1980.- 544 с.

11. ГОСТ Р 50840-95 Передача речи по трактам связи. Методы оценки качества, разборчивости и узнаваемости. Москва: Госстандарт России, 2007 - 93с.

12. Долуханов, М. П. Распространение радиоволн. -М.: Связь, 1972. -391 с.

13. Дэвис, К. Радиоволны в ионосфере. -М.: Мир, 1973. 502 с.

14. Жидков, C.B. Помехоустойчивость модемов со многими несущими при гладких нелинейных искажениях в высокочастотных каскадах аппаратуры связи Журнал радиоэлектроники, №2,2002.

15. Зюко, А.Г., Кловский, Д.Д., Коржик, В.И., Назаров, М.В. Теория электрической связи М.: Радио и связь, 1998. - 433 с.

16. Казанцев, A.A., Хворенков, В.В. Исследование модема со многими несущими в условиях нелинейности канала связи //Инфокоммуникационные технологии: период, науч.-техн. и информ.-аналит. журн. ПГАТИ, том 3, №4, 2005 г. С. 1217.

17. Кловский, Д.Д., Конторович, В.Я., Широков, С.М. Модели непрерывных каналов связи на основе стохастических дифференциальных уравнений. М.: Радио и связь, 1984. - 248 с.

18. Комарович, В. Ф., Сосунов, В. Н. Случайные радиопомехи и надежность KB связи. -М.: Связь, 1977. 136 с.

19. Крейнделин, В. Б., Колесников, А. В. Итерационный алгоритм фазовой синхронизации в системе OFDM, использующей рассеянные пилот-сигналы // Радиотехника. 2005. - № 10. - С. 37-40.

20. Макаров, C.B., Цикин, И. А. Передача дискретных сообщений по радиоканалам с ограниченной полосой пропускания. М.: Радио и связь, 1988. -211с.

21. Мышкис, А. Д. Лекции по высшей математики М.: Наука, 1973. - 540 с.

22. Николаев, Б.И. Последовательная передача дискретных сообщений по непрерывным каналам с памятью- М.: Радио и связь, 1988. 264 с.

23. Окунев, Ю.Б. Системы связи с инвариантными характеристиками помехоустойчивости. -М.: Связь, 1973. 80 с.

24. Потемкин, В.Г. Система инженерных и научных расчетов MatLab 5.x: в 2-х т. Том 1.- М.: Диалог-МИФИ, 1999. - 304 с.

25. Прокис, Дж. Дж. Цифровая связь. Пер. с англ./Под ред. Д.Д. Кловского.— М.: Радио и Связь, 2000. 800 с.

26. Рытое, С.М. Введение в статистическую радиофизику. Часть 1. Случайные процессы. М.: Наука, 1976. - 496 с.

27. Свешников, А.Г., Тихонов, А.Н. Теория функций комплексной переменной. -М.: Наука, 1979.- 320 с.

28. Сергиенко, А.Б. Цифровая обработка сигналов: учебное пособие для вузов. -СПб.: Питер, 2002. 608с.

29. Скляр, Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2-е издание.: пер. с англ.- М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. -1104 с.

30. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Корн. Г. М.: Наука, 1970-720 с.

31. Типовая методика испытаний. Коротковолновые радиостанции. Артикуляционные измерения разборчивости речи в радиолинии. Москва: ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, 2007 - 12 с.

32. Тихонов, В.И. Статистическая радиотехника М.: Советское радио, 1966. -670 с.

33. Тяжев, А.И. Выходные устройства приемников с цифровой обработкой сигналов. Самара: Самарский университет, 1992. - 276 с.

34. Уидроу, Б., Стирнз, С. Адаптивная обработка сигналов: пер. с англ. М.: Радио и связь, 1989. - 440 с.

35. Умное, А.Е. Аналитическая геометрия и линейная алгебра: Учеб. пособие: Для вузов М.О.: Издание ЗАО "Оптимизационные системы и технологии", 2004.-368 с.

36. Феер, К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра. Пер. с англ./ Под ред. В.И. Журавлева. М.: Радио и связь, 2000. - 520 с.

37. Финк, JI.M. Теория передачи дискретных сообщений. Изд. 2-е, переработанное и дополненное-М.: Советское радио, 1970. 727 с.

38. Френке, Л. Теория сигналов. М.: Советское радио, 1974. - 344 с.

39. Харкевич, A.A. Борьба с помехами. М.: Наука, 1965. - 276 с.

40. Хмельницкий, Е.А. Оценка реальной помехозащищенности приема сигналов в KB диапазоне. М.: Радио и связь, 1970. - 175 с.

41. Цыпкин, Я. 3. Основы теории обучающихся систем. М.: Наука, 1970. - 252 с.

42. Шульгин, В.И. Основы теории передачи информации. 4.2. Помехоустойчивое кодирование.- Учебное пособие. Харьков: Нац. аэрокосм, университет «Харьковский авиационный институт», 2003. - 87 с.

43. А. Шульгин, В.И. Основы теории связи. 4.1. Теория и практика кодирования.-Учебное пособие. Харьков: Нац. аэрокосм, университет «Харьковский авиационный институт», 2005. - 196 с.

44. Altekar, S. A., Beaulieu, N. С. Upper bounds to the error probability of decision feedback equalization.-IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 39, Jan. 1993.-P. 145-156.

45. Arenas, J.M., Landstrom, D. Synchronization in OFDM systems.-PhD thesis, Lund University, 1999. P. 1-4.

46. Armada, A. G., Calvo, M. Phase noise and sub-carrier spacing effects on the performance of an OFDM communication system.-IEEE Communications Letters, vol. 2, no. 1, Jan. 1998.-P. 11-13.

47. Armada, A. G. Understanding the Effects of Phase Noise in Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). IEEE Transactions on broadcasting, vol. 47, no.2, June 2001.-P. 153-159.

48. Bahai, A.R.S., Goldsmith, A. J., Saltzberg, B.R. A new approach for evaluating clipping distortion in Multicarrier systems. IEEE Journal on selected areas in Communications, vol. 20, no.5, May 2002. - P. 3-7.

49. Barhumi, I. etc. Time-domain and frequency-domain per-tone equalization for OFDM over doubly selective channels. Signal Processing 84 (2004). - P. 2055-2066.

50. Baxley, R.J. Analyzing selected mapping for peak-to-average power reduction in OFDM. Thesis of Georgia Institute of Technology, April 2005. - 98 p.

51. Bingham, J. A. C. Multicarrier modulation for data transmission: an idea whose time has come.- IEEE Commun. Mag., May 1990. P. 5-14.

52. Cai, X. Error probability minimizing pilots for OFDM with M-PSK modulation over Raleigh fading channels. /IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 53, No.l, 2004. P. 146-155.

53. Chiu, K, Markovic, D., Tang, H., Zhang, N. OFDM Receiver Design. EE225C, Final Report, December 2000. - 18 p.

54. Chow, J. S., Tu, J. C., Cioffi, J. M. A discrete multitone transceiver system for HDSL application. IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 9, Aug. 1991. - P. 895-908.

55. Chow, P. S., Cioffi, J. M., Bingham, J. A. C. A practical discrete multitone transceiver loading algorithm for data transmission over spectrally shaped channels. -IEEE Trans. Commun., vol. 43, Feb.-Apr. 1995. P. 773-775.

56. Cimini, L. J., Jr. Analysis and simulation of a digital mobile channel using orthogonal frequency-division multiplexing. IEEE Trans. Commun., vol. COM-33, July, 1985-P. 665-675.

57. Coleri, S., Ergen, M., Puri, A., Bahai, A. A study of channel estimation in OFDM systems-IEEE Transactions on Communications, March 2002. P. 894-898.

58. Coleri, S., Ergen, M., Puri, A., Bahai, A. Channel estimation techniques based on pilot arrangement in OFDM systems. /IEEE Transactions on Broadcasting, Vol. 48, No. 9,2002.-P. 223-229.

59. Costa, E., Midrio, M., Pupolin, S. Impact of Amplifier Non-linearities on OFDM Transmission System Performance.-IEEE Communications Letters, Vol. 3 no. 2, Feb., 1999.

60. Costa, E., Pupolin, S. M-QAM-OFDM system performance in the presence of a nonlinear amplifier and phase noise.-IEEE Transactions on Communications, March 2002,-P. 462-472.

61. De Courville, M., Duhamel, P., Palicot, J. Blind Equalization of OFDM Systems based on the Minimization of a Quadratic Criterion. In ICC Conference Record, 1996.-P. 1318-1322.

62. Ding, Z., Johnson, C. R., Jr., Kennedy, R. A. On the (non)existence of undesirable equilibria of Godard blind equalizer IEEE. Trans. Signal Processing, vol. 40, Oct. 1992.-P. 2425-2432.

63. ETSI ES 201 980. Digital Radio Mondiale. System Specifications.v.2.1.1-European Telecommunications Standards Institute, April 2004. P. 8-18.

64. Enright, R., Darnell, M. OFDM modem with peak to - mean envelope power ratio reduction using adaptive clipping/ HF Radio systems and techniques//Conference Publication No. 411, 7-10 July, 1997. - P. 44- 49.

65. Gill, M. C. Coded-Waveform Design for High Speed Data Transfer over High Frequency Radio Channels. /PhD Thesis, February, 1998. 144 p.

66. Gregorio, F. H., Laakso, I. The performance of OFDM-SDMA systems with power amplifier Non-linearities. Proceedings of the 2005 Finnish signal processing symposium - finsig'05, August 25,2005. - P. 58-61.

67. Gregorio, F., Laakso, T. A novel carrier allocation for multiuser OFDM system with amplifier nonlinearities. -Accepted to European Signal Processing Conference, EUSIPCO 2005, Sept. 2005.

68. Haykin, S. Adaptive Filter Theory. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1996. -997 p.

69. Hazy, L,, El-Tanany, M. Synchronization of OFDM systems over frequency selective fading channels. Proceedings of the IEEE VTC, Phoenix, Arizona, USA, May 1997.-P. 2094-2098.

70. Hoeher, P., Kaiser, S., Robertson, P. Two-dimensional pilot-symbol aided channel estimation by Wiener filtering. -IEEE Int. Conf. Acoustics, Speech and Signal Processing, Munich, Germany, Apr. 1997.-P. 1845-1848.

71. Hutter, A. A. Design of OFDM systems for frequency-selective and time-variant channels // Access-Transmission-Networking/ International Zurich Seminar on Broadband Comunications, Zurich, February, 2002. P. 39-1-39-6.

72. Joint channel estimation and equalization in multicarrier modulation system using cyclic prefix. in Proc. ICASSP'99, vol. 5, Phoenix, AZ, 1999.-P. 2733-2736.

73. Kalman filtering and neural networks/ edited by Haykin S. 2001. - 202 p.

74. Kennedy, R. A. Blind adaptation of decision feedback equalizers: gross convergence properties.-Int. J. Adapt. Control Signal Process, vol. 7,1993-P. 497523.

75. Klein, A., Kaleh, G. K, Baier, P. W. Zero forcing and minimum mean-square-error equalization for multiuser detection in code-division multiple-access channels-IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 45, May 1996.-P. 276-287.

76. Kundur, D., Hatzinakos, D. On the use of Lyapunov criteria to analyze the convergence of blind deconvolution algorithm. IEEE Trans. Signal Processing, vol. 46, Nov. 1998.-P. 2918-2925.

77. Li, Y., Ding, Z. Convergence analysis of finite length blind adaptive equalizers. IEEE Trans. Signal Processing, vol. 43, Sept. 1995. -P. 2120-2129.

78. Li, Y., Liu, K. J. R. Static and dynamic convergence behavior of adaptive blind equalizers. IEEE Trans. Signal Processing, vol. 44, Nov. 1996. - P. 2736-2744.

79. Macchi, O., Eweda, E. Convergence analysis of self-adaptive equalizers.-IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-30, Mar. 1984. P. 161-176.

80. Mackay, David J.C. Information theory, inference and learning algorithms. -2003.-641 p.

81. Marione, M. On the Necessity of High Front-ends in Broadband Performance RF Wireless Access Employing Multicarrier Modulations (OFDM).-WJ Communications, Palo Alto, USA P. 1-10.

82. Minn, H., Bhargava, V. K. A simple and Efficient Timing Offset Estimation for OFDM Systems. Proc. Vehicular Tech. Conf. Tokyo, Japan, March 2000.

83. Morelli, M. A Comparison of Pilot-aided Channel Estimation Methods for OFDM Systems / M. Morelli, U. Mengali // IEEE Transactions on Signal Processing. -2001. Vol. 49, No. 12. - P. 3065-3073.

84. Necker, M. etc. An Adaptive Wiener-Filter for Improved Channel Estimation in mobile OFDM-Systems. / International Symposium on Signal Processing and Information Technology // IEEE 28-30 December. P. 213-216.

85. OFDM for mobile data communications. Flarion Technologies, Inc., March 2003.-P. 2-5.

86. Olsson, M. A Rapid Prototype of an IEEE802.11a Synchronizer.-Linkoping, November, 2002. 85 p.

87. Pollet, T., Bladel, Van M., Moenecley, M. BER Sensitivity of OFDM Systems to Carrier Frequency Offset and Wiener Phase Noise. IEEE Transactions on Communications, Feb./Mar./Apr. 1995.-P.43:191-193.

88. Pollet, T., Moenecley, M. Synchronizability of OFDM Signals.-In Proc. Globecom, 1995.-P. 2054-2058.

89. Pollet, T., Peeters, M. Synchronization with DMT Modulation. IEEE Communications, April, 1999-P. 80-86.

90. Ramasami, V. C. Orthogonal frequency division multiplexing.-IEEE Transactions on Communications, July 2002. P. 3-20.

91. Robert, Dr., McLaren, W. Receiver Performance in IEEE 802.11a Wireless LAN standard. Thesis of University of Missouri-Columbia, December 2000. - 143 p.

92. Robins, W. P. Phase noise in signal sources. IEEE Telecommunication series 9, 1991.

93. Saito, M., Moriyama, S., Yamada, O. A digital modulation for terrestrial digital TV broadcasting using trellis coded OFDM and its performance.-IEEE Transactions on broadcasting, vol. 92, no.2, June 1992. P. 1694-1695.

94. Schafliuber, D. Kalman Tracking of Time-Varying Channels in Wireless MIMO-OFDM Systems / D. Schafhuber, G. Matz, F. Hlawatsch // Proc. 37th Asilomar Conf. Signals, Systems, Computers, Pacific Grove (CA). Nov. 2003. P. 1261-1265.

95. Schmidl, T. M., Cox, D. C. Blind Synchronization for OFDM-Electronics Letters, February, 1997. 33(2):113-114.

96. Schmidl, T. M., Cox, D. C.Robust Frequency and Timing Synchronization for OFDM.-IEEETrans. On Comms., Vol. 45,No.l2,Dec 1997.-P. 1613-1621.

97. Simeone, O. et al. Pilot-Based Channel Estimation for OFDM Systems by Tracking the Delay-Subspace. IEEE Trans. On Wireless Comms., Vol. 3, No.l, Jan 2004.-P. 315-325.

98. Smee, J. E., Beaulieu, N. C. Error-rate evaluation of linear equalization and decision feedback equalization with error propagation.-IEEE Trans. Commun., vol. 46, May 1998.-P. 656-665.

99. Suzuki, N., Uehara, H., Yokoyama, M. A new OFDM demodulation method with variable length effective symbol and ICI Canceller. IEICE Trans. Fundamentals, vol.E85-A, no. 12, December 2002. - P. 2859-2867.

100. Tellado, J., Hoo, L., Cioffi, J. Maximum-likelihood detection of nonlinearly distorted multicarrier symbols by iterative decoding.-IEEE Transactions on Communications, vol. 51 ,Feb. 2003-P. 218-228.

101. Tellambura, C. A coding technique for reducing Peak to Average Power Ratio in OFDM. in Proceedings IEEE GLOBECOM 98,1998, vol. 5.

102. Wang, X., Ray, Liu K.J. Adaptive channel estimation in Multicarrier modulation systems using cyclic prefix. /IEEE Communications Letters, vol. 3, Oct., 1999.-P. 291-293.

103. Wang, X., Ray, Liu K.J. Performance analysis for adaptive channel estimation exploiting cyclic prefix in multicarrier modulation systems. IEEE Transactions on Communications, vol. 51, no. 1, January, 2003. - P. 94-105.

104. Yamamura, T., Harada, H. High Mobility OFDM Transmission System by a New Channel Estimation and ISI Cancellation Scheme using Characteristics of Pilot Symbol Inserted OFDM Signal. /Transactions on Communications, 1999. P. 319323.

105. Zheng, H., Liu, K. J. R. Robust image and video transmission over spectrally shaped channels using multicarrier modulation. IEEE Trans.Multimedia, vol. 1, Mar. 1999.-P. 88-103.

106. Zhenlan, C., Dahlhaus, D. Time versus Frequency domain channel tracking using Kalman filters for OFDM systems with antenna arrays.

107. Zhidkov, S. V. Performance Analysis of Multicarrier Systems in the Presence of Smooth Nonlinearity.- EURASIP Journalon Wireless Communications and Networking 2004. -P. 335-343.

108. Ziegler, R. A., Cioffi, J. M. Estimation of time-varying digital radio channel. -IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 41, May 1992.-P. 134-151.1. Теорема 1.n1У е~ н зш(7г9) . *N

Похожие работы

Радиотехника и связь
05.12.00