автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Исследование характеристик группового сигнала и повышение качества синхронизации радиосистем абонентского доступа с кодовым разделением каналов

Савичев Вячеслав Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУППОВОГО СИГНАЛА И ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА СИНХРОНИЗАЦИИ РАДИОСИСТЕМ АБОНЕНТСКОГО ДОСТУПА С КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ

Специальность 05 12 13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2007

ооз

003174851

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им проф М А Бонч-Бруевича на кафедре Радиотехнических систем

Научный руководитель

кандидат технических наук, профессор Гуревич Виктор Элизарович СПбГУТ

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Курицын Сергей Александрович СПбГУТ

кандидат технических наук, с н с Зингеренко Юрий Александрович ЗАО НПП «Новел-ИЛ»

Ведущая организация «Гипротранссигналсвязь», филиал ОАО «Росжелдорпроект», Санкт-Петербург

Защита состоится «8» ноября 2007 г в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 219 004 01 при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им проф М А Бонч-Бруевича по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб р Мойки, 61

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им проф М А. Бонч-Бруевича

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по адресу 191186, Санкт-Петербург, наб реки Мойки, д 61, на имя ученого секретаря диссертационного совета

Автореферат разослан «8» октября 2007 г

Ученый секретарь ^у/

диссертационного совета Д 219 004 01

доктор технических наук, профессор в-ю- Волков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последние годы на рынке систем доступа возникла тенденция к переходу на оборудование, использующее радиотехнологии Это происходит по двум причинам из-за недостатков и ограничений, изначально присущих системам проводного доступа, что сдерживает развитие телефонии и служит поводом к появлению систем, отвечающих требованиям компаний-операторов, и в связи с появлением высоких технологий, которые позволяют внедрять беспроводные системы, не обладающие недостатками проводных

Современные системы фиксированного радиодоступа обеспечивают реализацию разных пакетов услуг от услуг традиционной телефонии до полного набора услуг мультисервисных сетей связи (TDM VoIP, VPN) по одной линии связи

В настоящее время на телекоммуникационном рынке представлено огромное количество различных систем, таких как WLL, FBWA, Wi-Fi, WiMAX и другие

Многочисленные исследования доказали, что емкость сети, определяющая количество пользователей, способных работать в зоне действия одной базовой станции, наибольшая для CDMA-сетей и наименьшая для FDMA-сегей Помимо этого, CDMA - единственная технология, не требующая, как правило, тщательного частотного планирования, необходимого для эффективного использования имеющегося спектра частот и предоставления услуг большему числу абонентов в системах FDMA и TDMA

Учитывая преимущества систем абонентского радиодоступа с кодовым разделением каналов и особенности развития инфраструктуры связи в России, строительство и эксплуатация на нашей территории таких систем часто оказывается экономически более выгодным и целесообразным, чем строительство кабельных сетей доступа Такие системы повсеместно применяются и при построении ведомственных и корпоративных сетей Сегодня весь мир находится на этапе перехода к сетям третьего и четвертого поколения (3G и 4G), а технология CDMA, как известно, выбрана специалистами Международного Союза Электросвязи в качестве основной технологии систем следующего поколения

Актуальность диссертационной работы обусловлена необходимостью исследования характеристик группового сигнала и повышения качества синхронизации таких систем

Системам радиодоступа с кодовым разделением каналов посвящен ряд работ таких отечественных и зарубежных авторов, как В А Григорьев, JIМ Невдяев, В Ю Бабков, М А Сивере, Lee J, Simon М К Вопросам синхронизации в технике связи посвящены работы таких авторов, как JIС Левин, М Н Колтунов Применение функций Радемахера-Уолша освящается в работах таких авторов, как Н Г Дядюнов, А И Сенин, X Ф Хармут

1

Однако ряду проблем, в том числе вопросам синхронизации приемного и передающего оборудования в системах абонентского радиодоступа в научно-технической литературе уделено недостаточное внимание.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является исследование характеристик группового сигнала и повышение качества синхронизации систем радиодоступа с кодовым разделением каналов, а именно выявление влияния трактов на характеристики канальных и группового сигнала, оценка искажений при демодуляции сигналов Уолша из-за ограниченной точности интервальной синхронизации, усовершенствование систем поиска и установки состояния синхронизма Указанная цель достигается решением следующих задач

1 Анализ спектральных характеристик канальных и групповых сигналов систем CDMA

2 Анализ влияния всех трактов системы радиодоступа с кодовым разделением каналов на спектральные характеристики канальных и группового сигнала

3 Анализ автокорреляционных функции (АКФ) канальных сигналов систем CDMA

4 Анализ искажений при демодуляции сигналов Уолша из-за ограниченной точности интервальной синхронизации

5 Исследование статистических свойств группового сигнала системы CDMA

6 Разработка новых способов и устройств поиска и установки состояния интервального синхронизма в системах CDMA

7 Анализ статистических временных характеристик новых способов поиска и установки синхронизма, их сравнение с ранее известными

8 Экспериментальное исследование предложенных в диссертации устройств синхронизации для систем CDMA

Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось на основе применения математического аппарата теории вероятностей, спектральной теории сигналов, теории случайных процессов и цифровой обработки сигналов Для численного анализа, проведения оценки и промежуточных вычислений использовались программные математические комплексы MathCad и Maple Программное обеспечение реализовано на языках ассемблер, С++ и Pascal

Достоверность полученных в ходе исследований результатов подтверждена результатами натурных экспериментов

Научная новизна Получены аналитические выражения, а также построены графики спектральных характеристик канальных и групповых сигналов системы CDMA, позволяющие оценить влияние трактов системы на характеристики данных сигналов

Предложена методика, позволяющая рассчитать необходимое для правильного детектирования группового и канального сигнала отношение с/ш на входе приемника системы CDMA при различных типах используемых

2

фильтров и различных сочетаний модулированных канальных сигналов в составе группового сигнала

Получены выражения, позволяющие оценить искажения, возникающие при демодуляции сигналов Уолша из-за ограниченной точности интервальной синхронизации в системах CDMA, а также построены графики АКФ канальных сигналов и средней мощности демодулированных канальных сигналов при неточной синхронизации и при различных используемых алфавитах информационных символов 1,-1 и 1,0

Установлены не отмеченные ранее в литературе статистические свойства группового сигнала, на основании которых предложены новые устройства поиска и установки состояния интервального синхронизма без использования синхрогрупп и с использованием укороченных синхрогрупп

Предложена методика расчета статистических временных характеристик устройств поиска синхронизма

Практическая ценность Практическое применение результатов оценки влияния трактов системы CDMA на спектральные характеристики группового и канального сигнала позволяет на этапе проектирования подобных систем выбрать оптимальные частотные характеристики ее трактов

Применение результатов оценки искажений, возникающих при демодуляции сигналов Уолша из-за ограниченной точности интервальной синхронизации позволяет сформулировать требования к стабильности частот задающих генераторов устройств синхронизации

Новые устройства поиска и установки синхронизма, в основе которых лежат установленные автором статистические свойства группового сигнала, позволяют сократить время, необходимое на отыскание состояния синхронизма, повысить эффективность использования канала связи и повысить качество синхронизации в системах CDMA уменьшить среднее время и дисперсию времени вхождения системы в синхронизм

Реализация результатов работы. Основные результаты работы внедрены в научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработках Федерального государственного унитарного предприятия «Ленинградский отраслевой научно-исследовательский институт радио» (ФГУП ЛОНИИР) и в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им проф М А Бонч-Бруевича (СПбГУТ)

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы обсуждались и были одобрены на 55, 56, 57, 58, 59-й научно-технической конференции (НТК) профессорско-преподавательского состава СПбГУТ По результатам проведенных исследований опубликовано 14 работ (8 в соавторстве) из них 2 статьи в журнале «Мобильные системы», 2 статьи в журнале «Broadcasting» и 3 статьи в сборниках «Труды учебных заведений связи», а также получено 2 патента РФ на полезные модели Основные положения, выносимые на защиту.

3

1 Аналитические выражения и графики спектральных характеристик и АКФ групповых сигналов при различных сочетаниях канальных переносчиков в системе CDMA

2 Аналитические выражения и графики, оценивающие влияние трактов системы на спектральные характеристики канальных и групповых сигналов системы CDMA

3 Методика оценки искажений, возникающих при демодуляции сигналов Уолша из-за ограниченной точности интервальной синхронизации, графики средней мощности демодулированных канальных сигналов при неточной синхронизации и при различных используемых алфавитах информационных символов 1, -1 и 1, О

4 Установленные автором статистические свойства группового сигнала системы CDMA

5 Сформулированные требования к взаимной нестабильности генераторов опорных сигналов абонентских и базовых станций системы CDMA

6 Новые устройства поиска и установки состояния интервального синхронизма, их временные характеристики, а также результаты их сравнения с ранее известными устройствами

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 8 приложений Работа содержит 170 листов основного текста, 64 рисунка, 7 таблиц, 104 формулы и 51 наименование отечественной и зарубежной литературы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, сформулированы цели и задачи работы, определены практическая ценность и область применения результатов, приведены сведения об апробации работы и представлены основные положения, выносимые на защиту

В первой главе рассмотрен процесс эволюции методов и систем абонентского радиодоступа Перечислены их достоинства и недостатки, а также приведено сравнение стоимости канала связи для проводных и радиосистем абонентского доступа

Представлены особенности того или иного стандарта радиодоступа, а также приведено описание основных технологий разделения абонентских каналов

На сегодняшний день наибольшее распространение получают технологии, радиодоступа основанные на кодовом разделении каналов (CDMA) Такие технологии имеют множество преимуществ по сравнению с технологиями FDMA и TDMA Основная идея CDMA заключается в том, что в одной и той же полосе частот формируется комбинация сигналов-переносчиков, свободных в точке приема от взаимных влияний друг на друга Исходящий от каждого абонента сигнал смешивается с одним из этих переносчиков В результате формируется и передается через канал групповой широкополосный сигнал с

4

распределенной энергией

Приведены характеристики основных известных на сегодняшний день методов расширения спектра, которые условно делятся на две группы — «чистые» и «гибридные»

«Чистыми» методами доступа являются DS-CDMA, FH-CDMA и ТН-CDMA, к гибридным (с разными комбинациями методов расширения спектра) можно отнести DS/FH, DS/TH, FH/TH и DS/FH/TH

В настоящее время известны три основных метода расширения спектра DS (Direct Sequence) — прямая последовательность, FH (Frequency Hopping) — скачкообразная перестройка частоты и ТН (Time Hopping) — псевдослучайная перестройка во времени Соответственно, существует три способа передачи сигнала с расширением спектра DSSS, FHSS и THSS

Рассмотрены характеристики и преимущества системы радиодоступа с кодовым разделением каналов и прямым расширением спектра DS-CDMA

Проведен аналитический обзор теоретических исследований радиосистем доступа В большинстве работ вопросы, связанные с исследованием характеристик группового сигнала и повышения качества синхронизации в таких систем либо не ставились, либо решались на упрощенных моделях

На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи диссертационного исследования

Во второй главе получены спектральные характеристики канальных и групповых сигналов системы CDMA Дано обоснование необходимости данного исследования

Для вычисления комплексного спектра функций Уолша использована методика, заключающаяся в последовательном сложении спектров каждой пары смежных биимпульсов одинаковой длительности с учетом их полярности

Получены аналитические выражения комплексного спектра канальных переносчиков из 16-мерного базиса Ниже для примера приведены выражения для 10-го и 11-го переносчиков из 16-мерного базиса

sin

So

2<о Т 2ГОТ

0)7" со Т 0)7' an—sin—sin— 16 8 4

sin

toT (о T 0)7" sin—sin—cos— 16 8 4

32 32

где А — амплитуда функции Уолша, Т — интервал ортогональности,

фю = 0)772, фп = —-—

На рис. 1 приведены нормированные амплитудные спектры указанных канальных переносчиков

а ** >« |Ь ш з» г* :«»С0 * £ *• й 1Й. I* 1* 1й.<И ТТТгттг I I г т 1 т т

а) б)

Рис. 1. Амплитудные спектры 10-й(а) и 11-й (б) функций

Получены аналитические выражения и построены графики энергетического спектра канальных переносчиков. Для примера ниже приведены формулы и графики (рис. 2) для 10-го и 11-го переносчиков из 16-мерного базиса:

I и>т

-п . 2®Т . 2 0)7" . 7 4)7"

СМИ -С1Л- -с.л"--

. 4 0)7"

32 „;„2«>Г .2<аТ 1<йТ

16 8

©

16 8

о.г •

--1—^ I

« ; » » а » (I) т т Т т Т т

а) б)

Рис. 2. Энергетические спектры 10-й(а) и 11-й (б) функций Энергетический спектр группового сигнала

. 2 ш Т

М-1 эт -

/^(со)= ^(ш)=2МА2Т-2М

;=0

(йГ\ 2М )

2 '

где М - число используемых канальных (абонентских) переносчиков из Л7-мерного базиса Уолша.

Аналогичный спектр имеет и сумма несинхронизированных между собой абонентских сигналов на входе приемника базовой станции, так как

6

случайные временные сдвиги между ними могут повлиять только на дискретную часть энергетического спектра.

Приведена разработанная автором программа, позволяющая рассчитать спектр группового сигнала системы CDMA при различных наборах и количестве канальных переносчиков из заданного базиса. При этом задаются размерность базиса, скорость группового потока и номера используемых каналов.

Выполнен анализ влияния трактов системы CDMA на спектральные характеристики группового и канальных сигналов путем замены трактов на единый эквивалентный фильтр, включенный перед решающим устройством. В качестве эквивалентного фильтра рассмотрены согласованный, квазиоптимальный и прямоугольный с переменной полосой пропускания фильтры.

Рассчитаны коэффициенты ослабления мощности группового сигнала при полной загрузке на выходе квазиоптимального и согласованного фильтра при изменении количества канальных переносчиков в составе группового сигнала.

Получена зависимость отношения сигнал/шум (с/ш) на выходе идеального прямоугольного фильтра от ширины полосы пропускания фильтра W при полной загрузке группового сигнала. На рис. 3 полоса пропускания фильтра ^нормирована кМт„.

Рис. 3 Зависимость отношения с/ш на выходе идеального прямоугольного фильтра от ширины его полосы пропускания при полной загрузке группового сигнала

Отношение с/ш на выходе канального тракта где мощность шума неортогональности

00

£„еорт = ¿ид - ¿иск = | ,

/в

£ид и Ежк - мощности идеальной (неискаженной) и искаженной функции,/в -верхняя граничная частота полосы пропускания.

Представлен график зависимости отношения с/ш на выходе канального тракта от ширины его полосы пропускания для 16-ти мерного базиса (рис. 4). Полоса пропускания тракта нормирована к N1 т„.

Рис. 4 Зависимость отношения с/ш от ширины полосы пропускания канального тракта для 16-ти мерного базиса

Приведены примеры расчетов необходимого для правильного детектирования канального и группового сигнала отношения с/ш на входе приемника системы CDMA при различных типах используемых фильтров и с учетом шум-фактора усилителя.

В третьей главе приведена методика оценки зависимости снижения энергетического запаса радиолинии от точности работы устройства интервальной синхронизации в системах DS-CDMA.

Основная причина неточности интервальной синхронизации -временное рассогласование маркерных последовательностей, одна из которых задает начало и конец каждого интервала ортогональности на базовой станции (БС), а другая - на абонентской станции (АС). При этом групповой сигнал на входе АС - это сумма N синхронизированных, а на входе БС - сумма M<N не синхронизированных между собой канальных сигналов.

8

При точной (т=0) синхронизации средняя в интервале ТВХ=Т мощность выходного сигнала канального демодулятора Р(т)=Р(0)=А2, где А — амплитуда чипа При неточной (т^О) синхронизации средняя (по времени и по множеству) мощность выходного сигнала в таком же по длительности, но смещенном вправо на т интервале ТВЫХ=Т, уменьшается

{«(/)"<? - т)Л + а\и(()и({ - т + Гвх )<Л х О

где а=ра\+{\-р)а2, ах 2 — двоичные информационные символы, модулирующие функцию и(1) в следующем интервале ортогональности, р и 1- р -вероятности их появления Первое слагаемое в данной формуле характеризует указанное уменьшение, а второе — межинтервальную переходную помеху

Если входной сигнал Уолша не искажен, то

/Чт)= А21Д(т)+ аК(Г - т)], где А2И() - АКФ канального переносчика и(/)

Для расчета АКФ канальных сигналов применена методика, позволяющая обойтись без громоздких выражений, и основанная на том, что амплитуды всех чипов неискаженного входного сигнала одинаковы, и коэффициент автокорреляции и-го переносчика при дискретных значениях х=1ТШ, 1-0, 1,

-N-'

где ¿с(и)_ количество чипов входного сигнала в интервале ТЕХ=Т, совпадающих по полярности с чипами копии того же сигнала, сдвинутой на время т, — количество чипов несовпадающей полярности в том же

интервале Поскольку каждый отдельно взятый чип функции Уолша представляет собой прямоугольный импульс, для построения полного графика /?(т) достаточно соединить найденные таким образом ординаты прямыми линиями Для примера на рис 5 показаны построенные таким образом графики коэффициента автокорреляции К(т) канального переносчика из базиса произвольной размерности N и средней по времени, нормированной к А2 мощности демодулированного сигнала, при алфавите информационных символов 1,-1 и 1, О

Рис. 5. Коэффициент автокорреляции первой функции Уолша и средняя мощность демодулированного канального сигнала при неточной синхронизации

Определены требования к взаимной нестабильности интервалов ортогональности в абонентском передатчике и приемнике БС и к соответствующим источникам маркерных импульсов.

Сравнительные расчеты показывают:

— в yV-мерном базисе наиболее чувствительны к неточности интервальной синхронизации канальные переносчики с большими (по Уолшу) номерами: N и N-1, наименее чувствительны - нулевой и первый переносчики;

— если допустить уменьшение мощности полезного сигнала на входе решающего устройства, даже для наиболее чувствительных переносчиков, не более 1 дБ, то фазовый сдвиг Дф между маркерными импульсами в абонентском передатчике и приемнике БС не должен превосходить критической величины Дфкр= ±2n/\0N. Соответствующий критический временной интервал составляет ткр=+7У(10Л').

В наихудшем случае, когда одна из частот отклоняется от другой скачком, допустимая расстройка

IOjV + 1 ~ а>Б ~10yv-r где шб=1/7,вых - частота следования маркерных импульсов базовой станции.

Если расхождение частот происходит плавно, например, по гармоническому закону с частотой Q, то допустимую рассторойку можно найти, решая уравнение

sinQr

A KO=№——,

Qr

где <7=Да>/а>Б

В четвертой главе рассмотрены различные способы поиска и установки интервального синхронизма, освещены их достоинства и недостатки Известные способы поиска и установки состояния синхронизма можно разделить на две группы использующие расчет и оценку корреляции, основанные на сравнении полученной последовательности данных с эталонной последовательностью

Проведено исследование группового сигнала системы CDMA, на основе которого установлены и доказаны новые статистические свойства группового сигнала Использование этих свойств группового сигнала при поиске и проверки состояния синхронизма позволяет отказаться от использования синхрогрупп либо использовать укороченные синхрогруппы, улучшить тем самым использование пропускной способности канала и повысить качество синхронизации системы в целом

Если в N-мерном базисе Уолша нулевая (по Уолшу) функция постоянна и равна 1, а все остальные N-1 функций модулируются равновероятными и независимыми информационными битами «1» (соответствующий канальный переносчик присутствует в групповом сигнале) или «О» (соответствующий канальный переносчик в групповом сигнале отсутствует), причем длительность информационного бита равна длительности интервала ортогональности, состоящего из N чипов, то справедливы следующие положения

Свойство 1 Если количество т функций Уолша из jV-мерного базиса (m<N) в любом интервале ортогональности, модулированных информационным битом «1», равно или превышает N12, то относительная амплитуда тх первого чипа группового сигнала в этом интервале

удовлетворяет неравенству —+l<mi<N и является наибольшей по сравнению

2

с относительными амплитудами т, других чипов этого интервала, причем m,<NI2 (i=2,3, .,N)

Свойство 2 Максимально возможное значение первого чипа интервала ортогональности группового сигнала равно N, а максимально возможное значение любого следующего по времени чипа того же интервала ортогональности не превышает N12

Свойство 3 Минимально возможное значение любого чипа группового сигнала, кроме первого, равно -N12, а минимально возможное значение первого чипа группового сигнала равно 1

На основе указанных свойств группового сигнала предложены два новых устройства поиска и проверки состояния синхронизма - без использования синхрогрупп и с использованием укороченных синхрогрупп из одного или двух чипов Предложенные устройства позволяют повысить качество синхронизации в системах CDMA Представлены подробные схемы и описания алгоритмов поиска и проверки синхронизма, а также устройств

реализующих предлагаемые алгоритмы.

На предложенные устройства поиска и проверки синхронизма получены 2 патента РФ на полезные модели (в соавторстве).

Для алгоритма поиска синхронизма без использования синхрогруппы найдено среднее время вхождения в синхронизм

_Н(2 + 0} + 0_т

/пу — - I Г

20

где кумулятивная вероятность появления ж > N/2 единиц в ЛМ каналах

б = блм(**ЛГ/2) = X Си_хрт{\-р)м-х-т, 2

Рассчитано среднеквадратическое отклонение времени вхождения в синхронизм Тск—аТ, где а = {№ + г} - среднеквадратическое отклонение количества №+г чиповых интервалов, проверяемых в процессе поиска синхронизма. Здесь

■1

Ол 12

Графики зависимости среднего и среднеквадратического отклонения времени вхождения в синхронизм от вероятности р появления т>Ы/2 единиц в N—1 каналах приведены на рис. 6 и 7.

I 1 \

1 1 \ \

\ 4=61

V Ы2 ----

дг=3

Рис. 6. Зависимость Твх/Тотр

Рис. 7. Зависимость ТСК1Т отр

Получены аналитические выражения среднего и среднеквадратического отклонения времени вхождения в синхронизм для способов с использованием синхрогруппы

_ Дг + ш _

вх - 2 ' 12

где т - длина

синхрогруппы, а = {г}

12

Вероятность искажения синхрогруппы

|-=0

где рош - вероятность ошибки многоуровневого группового сигнала и среднее время повторения сбоев синхронизма

\-Р<1

" (1 -Р )Р"

V ош сг / ош сг

где Гц - период следования синхрогрупп.

График зависимости Рош сг от рош представлен на рис. 8, зависимость среднего времени вхождения в синхронизм от размерности базиса канальных переносчиков для известных и предлагаемых способов поиска синхронизма -на рис. 9.

"""

б

7:

: уУт=2

9: / т = 1

о •

Рис. 8. Зависимость Р0тст отрот

1 - Способ, основанный на использовании укороченных синхрогрупп

2 - Способ, без использования синхрогрупп

3 - Способ,использующие расчет и оценку корреляции в месте приема группового сигнала

4 - Способ,основанный на сравнении полученной в приемной части последовательности данных с

эталонной последовательностью

Рис. 9. Зависимость Твх от /V для известных и предлагаемых способов поиска синхронизма

Расчеты и графики подтверждают, что предлагаемые алгоритмы поиска и установки состояния синхронизма без использования синхрогрупп и с использованием укороченных синхрогрупп, созданные на основе новых статистических свойств группового сигнала, имеют среднее время вхождения в синхронизм, меньшее в полтора - два раза, чем известные способы.

В пятой главе приведено описание экспериментальных исследований, для которых разработан и изготовлен действующий макет устройства поиска и установки интервального синхронизма, а также создан испытательный стенд (рис. 10), позволяющий провести физическое моделирование.

Рис. 10. Функциональная схема испытательного стенда

Макет устройства поиска и установки синхронизма действует на основе алгоритмов, описанных в главе 4 Испытания макета проводились в ФГУП ЛОНИИР

Приведены обобщенные результаты экспериментов, в которых исследовались такие параметры, как влияние неидеальности трактов системы на искажения группового и канального сигналов, время вхождения в синхронизм и частость потери состояния синхронизма Оценки данных параметров проводились при различных способах обработки группового сигнала (цифровом или многоуровневом), при различных способах реализации алгоритма поиска синхронизма (аппаратном или программном), а также при воздействии и отсутствии искажений различного рода в группового тракте системы радиодоступа

По результатам проведенных экспериментов сделаны выводы о выборе оптимального алгоритма поиска и установки состояния синхронизма и способа обработки группового сигнала Наилучшим является, приведенный в диссертации, алгоритм поиска и установки состояния синхронизма, программно реализованный по пункту 3 формулы патента РФ на полезную модель № 62487, при цифровой обработке группового сигнала

Приводится сравнение реальных значений исследуемых параметров и значений, полученных при теоретических расчетах Некоторое различие обусловлено тем, что в теоретических расчетах не учитывается время, необходимое на обработку сигнала элементами схемы, а также задержка сигнала в групповом тракте системы абонентского радиодоступа

На основании проведенных экспериментальных исследований можно утверждать, что теоретические расчеты, приведенные в диссертационной работе, удовлетворительно соответствуют экспериментально полученным данным

В заключении перечисляются основные результаты исследований, проведенных в рамках диссертационной работы

1 Проработаны и проанализированы публикации и рекомендации ITU-T и ITU-R, посвященные системам абонентского радиодоступа, а также системам CDMA Подробно рассмотрены современные системы радиодоступа, а также системы CDMA Выявлены наиболее существенные вопросы, связанные с исследованием характеристик группового сигнала и повышением качества синхронизации таких систем Их исследование и разрешение выбрано в качестве основного направления научных исследований данной работы Сформулированы цели диссертационной работы, выбраны средства для их достижения

2 Получены спектральные, энергетические и корреляционные характеристики канальных и групповых сигналов системы CDMA при различных размерностях базиса канальных сигналов, позволившие детально проанализировать групповой сигнал таких систем, а также установить ранее неизвестные статистические свойства группового сигнала и на их основе предложить новые способы поиска и установки синхронизма

15

3 На основе проведенных исследований создана программа на языке Pascal, позволяющая рассчитать спектр группового сигнала системы CDMA при различных наборах и количестве канальных переносчиков из заданного базиса Данная программа может применяться разработчиками подобных систем, а также в учебном процессе вузов связи

4 Проанализировано влияние трактов системы радиодоступа на характеристики канальных и группового сигналов Разработаны алгоритмы расчетов необходимого для правильного детектирования группового и канального сигнала отношения с/ш на входе приемника системы CDMA при различных типах фильтров

5 Разработана методика расчета коэффициента ослабления при прохождении группового сигнала в случае неполной загрузки (отсутствии в групповом сигнале части канальных переносчиков) через квазиоптимальный и согласованный фильтры, соответствующие групповому сигналу при полной загрузке

6 Разработана методика расчета средней мощности выходного сигнала канального демодулятора при точной и неточной интервальной синхронизации, а также при различных используемых алфавитах информационных символов 1, —1 и 1, О

7 Определены требования к взаимной нестабильности интервалов ортогональности в абонентском передатчике и приемнике базовой станции и к соответствующим источникам маркерных импульсов Установлено, что в N-мерном базисе наиболее чувствительны к неточности интервальной синхронизации канальные переносчики с большими (по Уолшу) номерами N и N—1, наименее чувствительны — нулевой и первый переносчики Если допустить уменьшение мощности полезного сигнала на входе решающего устройства, даже для наиболее чувствительных переносчиков, не более 1 дБ, то фазовый сдвиг Д<р между маркерными импульсами в абонентском передатчике и приемнике базовой станции не должен превосходить критической величины Афкр= ±2n/lON Соответствующий критический временной интервал составляет ткр=+77(1ОЛ0

8 Описаны, проанализированы и подвергнуты сравнению известные способы поиска и установки интервального синхронизма, приведены их достоинства и недостатки

9 Установлены и доказаны новые статистические свойства группового сигнала системы CDMA, позволившие предложить новые способы поиска интервального синхронизма

10 Предложены два новых способа поиска состояния интервального синхронизма без использования синхрогруппы и с использованием укороченной синхрогруппы из одного или двух чипов Предложены также новые способы проверки истинности установленного состояния синхронизма на основе полученных статистических свойств группового сигнала Данные способы поиска и проверки состояния синхронизма позволяют повысить качество синхронизации в системах радиодоступа, а именно сократить

16

среднее время поиска и установки синхронизма в полтора-два раза по сравнению с известными способами

11 Разработаны алгоритмы и устройства поиска и установки синхронизма, реализующие предлагаемые способы поиска и проверки синхронизма и позволяющие повысить не менее чем в полтора раза качество интервальной синхронизации в системах CDMA Полезные модели, разработанные на основе этих алгоритмов, защищены двумя патентами РФ

12 Разработана методика расчета показателей качества синхронизации в системах CDMA дисперсии и среднего времени вхождения в синхронизм

13 Создан действующий макет устройства поиска и установки синхронизма, а также испытательный стенд, позволяющий провести физическое моделирование С помощью испытательного стенда проведена оценка влияния неидеальности трактов системы на искажения группового и канального сигналов, оценка времени вхождения в синхронизм и частости потери состояния синхронизма Полученные результаты обработаны и представлены в виде таблиц По результатам испытаний сделан вывод о том, что теоретические расчеты, выполненные в диссертационной работе, удовлетворительно совпадают с экспериментально полученными данными

14 По результатам проведенных экспериментов выявлено, что наилучшим является, предложенный в диссертации, алгоритм поиска и установки состояния синхронизма, программно реализованный по пункту 3 формулы патента РФ на полезную модель № 62487, при цифровой обработке группового сигнала

В приложения вынесены

1 Графики амплитудных и энергетических спектров канальных переносчиков 16-мерного базиса

2 Текст исходного файла программы расчета энергетического спектра группового сигнала при различных наборах и количестве канальных переносчиков

3 Графики АКФ канальных переносчиков 16-мерного базиса Уолша

4 Принципиальная электрическая схема действующего макета устройства поиска и установки синхронизма

5 Схема аппаратной реализации алгоритма поиска и установки синхронизма, выполненная на ПЛИС

6 Текст исходного файла программы цифровой реализации алгоритма поиска и установки синхронизма, выполненной на цифровом сигнальном процессоре

7 Протоколы проведенных испытаний действующего макета устройства поиска и установки синхронизма

8 Акты об использовании результатов диссертационной работы

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Сорокин К Г , Савичев ВАК вопросу о спектре сигналов в системе радиодоступа с квадратурной амплитудной модуляцией // 55 НТК мат-лы / СПбГУТ СПб, 2003. С 60

2 Савичев В А Устройство синхронизации системы абонентского радиодоступа // 56 НТК мат-лы /СПб ГУТ СПб, 2004

3 Гуревич В Э. Савичев В А Фурье-спеткры функций Уолша // Труды учебных заведений связи СПб, 2004 №171 С 78-87

4 Гуревич В Э Савичев В А Спектральные свойства сигналов Радемахера-Уолша// 57 НТК мат-лы /СПб ГУТ СПб, 2005 С 68-69

5 Савичев В А Оценка искажений при фильтрации сигналов с кодовым разделением и прямым расширением спектра // Труды учебных заведений связи СПб, 2005 №173 С 21-27

6 Савичев В А Искажения сигналов в групповых и канальных трактах системы с кодовым разделением и прямым расширением спектра // Мобильные системы М , 2005 №10, С 52-55

7 Гуревич В Э Савичев В А Анализ требуемой точности синхронизации в системах CDMA // 58 НТК мат-лы / СПбГУТ СПб, 2006 С 63

8 Гуревич В Э Савичев В А Синхронизация канальных сигналов в системах CDMA // 59 НТК мат-лы / СПбГУТ СПб, 2006 С 83

9 Гуревич В Э Савичев В А Синхронизация ортогональных переносчиков в системах DS-CDMA // Труды учебных заведений связи СПб,2006 №175 С 133-141

10 Савичев В А Спектры функций Уолша в системе CDMA //Мобильные системы М , 2006 №3, С 49-51

11 Савичев В А Перспективы использования абонентского радиодоступа WLL // Broadcasting М„ 2006 №2, С 46-49

12 Савичев В А Использование технологий расширения спектра в системах фиксированного абонентского радиодоступа // Broadcasting М , 2006 №6, С 42-47

13 Гуревич В Э Савичев В А Устройство синхронизации группового сигнала по интервалам ортогональности функций Уолша в системе передачи информации с кодовым разделением каналов / Патент РФ на полезную модель № 62487, опубл 10 04 07//2007 Бюлл№10

14 Гуревич В Э Савичев В А Система синхронизации по интервалам ортогональности функций Уолша для системы передачи информации с кодовым разделением каналов / Патент РФ на полезную модель № 65322, опубл 27 07 07//2007 Бюлл№21

Подписано к печати 05 10 2007 Объем 1 печ л Тираж 80 экз Зак 52

Тип СПбГУТ 191186 СПб, наб р Мойки,61 18

Введение.

Глава 1 Методы и системы радиодоступа.

1.1 Функции систем радиодоступа.

1.2 Классификация систем радиодоступа.

1.3 Цифровые системы радиодоступа.

1.3.1. Расширение спектра в системах радиодоступа.

1.3.2. Системы ОБ-СЭМА.

1.3.3. Системы РН-СОМА.

1.3.4. Системы ТН-СЭМА.

1.3.5. «Гибридные» системы.

1.4 Обзор теоретических исследований РСД и постановка задачи диссертационной работы.

1.4.1. Обзор теоретических исследований характеристик группового сигнала и повышение качества синхронизации в РСД.

1.4.2. Постановка задачи диссертационной работы.

Глава 2 Спектральные характеристики сигналов РСД.

2.1. Спектральные характеристики канальных сигналов.

2.2. Спектральные характеристики группового видеосигнала Уолша.

2.3. Программа расчета спектра группового сигнала.

2.4. Влияние трактов РСД на спектральные характеристики группового и канальных сигналов.

2.4.1. Анализ влияния неидеальности группового тракта.

2.4.2. Анализ влияния неидеальности канальных трактов.

Актуальность проблемы

В конце XX века системы абонентского радиодоступа вступили в фазу бурного развития, которая продолжается и в настоящее время. На сегодняшний день, очевидно, что такие системы практически находятся вне конкуренции по оперативности развертывания, цене, количеству возможных услуг, во многих случаях представляя собой единственное экономически оправданное решение.

Для стран, в которых большая территория сочетается с невысокой плотностью населения, системы абонентского радиодоступа имеют особое значение, так как позволяют оперативно обеспечить телекоммуникационными услугами обширные территории. Как известно, в Российской Федерации остро стоит вопрос информатизации удаленных сельских регионов, поэтому для решения данного вопроса целесообразно использовать системы радиодоступа. Помимо этого, применение подобных систем в ведомственных и корпоративных сетях позволит сократить затраты на их развертывание и эксплуатацию.

На сегодняшний день известно множество технологий абонентского радиодоступа - это и WLL, и широко известный WiFi, и новый стандарт сетей радиодоступа - WiMaX и многие другие. Различие между ними заключается не только в объеме предоставляемых абонентам услуг и в архитектуре построения сети, но и в методе разделения каналов (FDMA, TDMA, CDMA). Сегодня наибольшее распространение получает метод кодового разделения каналов CDMA, что обусловлено многими неоспоримыми преимуществами данной технологии.

Многочисленные исследования доказали, что емкость сети, определяющая количество пользователей, способных работать в зоне действия одной базовой станции, наибольшая для CDMA-сетей и наименьшая для FDMA-сетей. Помимо этого, CDMA - единственная технология, не требующая, как правило, частотного планирования, необходимого для эффективного использования имеющегося спектра частот и предоставления услуг большему числу абонентов в системах FDMA и TDMA.

Сегодня весь мир находится на этапе перехода к сетям третьего и четвертого поколения (3G и 4G), а технология CDMA, как известно, выбрана специалистами Международного Союза Электросвязи в качестве основной технологии систем следующего поколения.

Актуальность диссертационной работы обусловлена необходимостью исследования характеристик группового сигнала и повышения качества синхронизации таких систем.

Системам радиодоступа с кодовым разделением каналов посвящен ряд работ таких отечественных и зарубежных авторов, как В.А. Григорьев, JI.M. Невдяев, В.Ю. Бабков, М.А. Сивере, Lee J, Simon M.K. Вопросам синхронизации в технике связи посвящены работы таких авторов, как JI.C. Левин, М.Н. Колтунов. Применение функций Радемахера-Уолша освещается в работах таких авторов, как Н.Г. Дядюнов, А.И. Сенин, Х.Ф. Хармут.

Однако ряду проблем, в том числе вопросам синхронизации приемного и передающего оборудования в системах абонентского радиодоступа, в научно-технической литературе уделено недостаточное внимание.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является проведение исследований, направленных на исследование характеристик группового сигнала и повышение качества синхронизации систем радиодоступа с кодовым разделением каналов, а именно: выявление влияния трактов на характеристики канальных и группового сигнала, оценка искажений при демодуляции сигналов Уолша из-за ограниченной точности интервальной синхронизации, усовершенствование систем поиска и установки состояния синхронизма.

Указанная цель достигается решением следующих задач.

1. Анализ спектральных характеристик канальных и групповых сигналов систем CDMA.

2. Анализ влияния всех трактов системы радиодоступа с кодовым разделением каналов на спектральные характеристики канальных и группового сигнала.

3. Анализ автокорреляционных функции (АКФ) канальных сигналов систем CDMA.

4. Анализ искажений при демодуляции сигналов Уолша из-за ограниченной точности интервальной синхронизации.

5. Исследование статистических свойств группового сигнала системы CDMA.

6. Разработка новых способов и устройств поиска и установки состояния интервального синхронизма в системах CDMA.

7. Анализ статистических временных характеристик новых способов поиска и установки синхронизма, их сравнение с известными.

8. Экспериментальное исследование предложенных в диссертации устройств синхронизации для систем CDMA.

Решение поставленных задач осуществлялось на основе применения математического аппарата теории вероятностей, спектральной теории сигналов, теории случайных процессов и цифровой обработки сигналов. Для численного анализа, проведения оценки и промежуточных вычислений использовались программные математические комплексы MathCad и Maple. Программное обеспечение реализовано на языках ассемблер, С++ и Pascal.

Достоверность полученных в ходе исследований результатов подтверждена результатами натурных экспериментов.

Научная новизна

Получены аналитические выражения, а также построены графики спектральных характеристик канальных и групповых сигналов системы CDMA, позволяющие оценить влияние трактов системы на характеристики данных сигналов.

Предложена методика, позволяющая рассчитать необходимое для правильного детектирования группового и канального сигнала отношение с/ш на входе приемника системы CDMA при различных типах используемых фильтров и различных сочетаний модулированных канальных сигналов в составе группового сигнала.

Получены выражения, позволяющие оценить искажения, возникающие при демодуляции сигналов Уолша из-за ограниченной точности интервальной синхронизации в системах CDMA, а также построены графики АКФ канальных сигналов и средней мощности демодулированных канальных сигналов при неточной синхронизации и при различных используемых алфавитах информационных символов: 1; -1 и 1; 0.

Установлены не отмеченные ранее в литературе статистические свойства группового сигнала, на основании которых предложены новые устройства поиска и установки состояния интервального синхронизма: без использования синхрогрупп и с использованием укороченных синхрогрупп.

Предложена методика расчета статистических временных характеристик устройств поиска синхронизма.

Практическая ценность

Практическое применение результатов оценки влияния трактов системы CDMA на спектральные характеристики группового и канального сигнала позволяет на этапе проектирования подобных систем выбрать оптимальные частотные характеристики ее трактов.

Применение результатов оценки искажений, возникающих при демодуляции сигналов Уолша из-за ограниченной точности интервальной синхронизации позволяет сформулировать требования к стабильности частот задающих генераторов устройств синхронизации.

Новые устройства поиска и установки синхронизма, в основе которых лежат установленные автором статистические свойства группового сигнала, позволяют сократить время, необходимое на отыскание состояния синхронизма, повысить эффективность использования канала связи и повысить качество синхронизации в системах CDMA: уменьшить среднее время и дисперсию времени вхождения системы в синхронизм.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Аналитические выражения и графики спектральных характеристик и АКФ групповых сигналов при различных сочетаниях канальных переносчиков в системе CDMA.

2. Аналитические выражения и графики, оценивающие влияние трактов системы на спектральные характеристики канальных и групповых сигналов системы CDMA.

3. Методика оценки искажений, возникающих при демодуляции сигналов Уолша из-за ограниченной точности интервальной синхронизации, графики средней мощности демодулированных канальных сигналов при неточной синхронизации и при различных используемых алфавитах информационных символов: 1; -1 и 1; 0.

4. Установленные автором статистические свойства группового сигнала системы CDMA.

5. Сформулированные требования к взаимной нестабильности генераторов опорных сигналов абонентских и базовых станций системы CDMA.

6. Новые устройства поиска и установки состояния интервального синхронизма, их временные характеристики, а также результаты их сравнения с ранее известными устройствами.

Реализация результатов работы

Основные результаты работы внедрены в научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработках федерального государственного унитарного предприятия «Ленинградский отраслевой научно-исследовательский институт радио» (ФГУП ЛОНИИР) и в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича (СПбГУТ).

Апробация работы и публикации

Основные положения диссертационной работы обсуждались и были одобрены на 55, 56, 57, 58, 59-й научно-технической конференции (НТК) профессорско-преподавательского состава СПбГУТ. По результатам проведенных исследований опубликовано 14 работ (8 в соавторстве) из них 2 статьи в журнале «Мобильные системы», 2 статьи в журнале «Broadcasting» и 3 статьи в сборниках «Труды учебных заведений связи», а также получено 2 патента РФ на полезные модели.

Краткое содержание диссертации

В главе 1 приведен обзор современных систем абонентского радиодоступа. Рассмотрена классификация систем, приведены основные стандарты систем радиодоступа. Представлены основные методы разделения каналов. Приведен обзор технологии CDMA. Проанализированы публикации и рекомендации ITU-T и ITU-R, посвященные системам абонентского радиодоступа, а также системам CDMA. Выявлены наиболее существенные вопросы, связанные с исследованием характеристик группового сигнала и повышением качества синхронизации таких систем. Сформулированы цели диссертационной работы, выбраны средства для их достижения.

В главе 2 получены спектральные характеристики канальных и групповых сигналов системы CDMA при различных размерностях базиса канальных сигналов. Приведено описание программы для расчета спектра группового сигнала при различных наборах и количестве канальных переносчиков из заданного базиса. Приведены результаты анализа влияния трактов системы радиодоступа на характеристики канального и группового сигнала.

В главе 3 приведена методика оценки зависимости снижения энергетического запаса радиолинии от точности работы устройства интервальной синхронизации в системах DS-CDMA. Показано, что уменьшение энергетического запаса радиолинии зависит от АКФ канальных переносчиков. Рассмотрены различные способы расчета АКФ и в качестве примера рассчитаны АКФ канальных переносчиков из 16-мерного базиса Уолша. Определены требования к взаимной нестабильности генераторов опорных сигналов абонентских и базовых станций системы CDMA.

В главе 4 найдены и доказаны новые статистические свойства группового сигнала системы CDMA, на основании которых созданы новые способы поиска интервального синхронизма: без использования синхрогрупп и с использованием укороченных синхрогрупп из одного или двух чипов. Также созданы новые способы проверки истинности установленного состояния синхронизма. Приведены их описания. Представлены расчеты временных характеристик алгоритмов поиска и установки синхронизма в системах DS-CDMA. Описаны, проанализированы и подвергнуты сравнению известные способы поиска и установки синхронизма по интервалам ортогональности, освещены их достоинства и недостатки.

В главе 5 приведено описание экспериментальных исследований, для которых разработан и изготовлен действующий макет устройства поиска и установки интервального синхронизма, а также создан испытательный стенд, позволяющий провести физическое моделирование. Приведены обобщенные результаты проведенных экспериментов, в которых исследовались такие параметры, как влияние неидеальности трактов системы на искажения группового и канального сигналов, время вхождения в синхронизм и частость потери состояния синхронизма. Оценки данных параметров проводились при различных способах обработки группового сигнала (цифровом или многоуровневом), при различных способах реализации алгоритма поиска синхронизма (аппаратном или программном), а также при воздействии и отсутствии искажений различного рода в группового тракте системы радиодоступа. По результатам проведенных экспериментов сделаны выводы о выборе оптимального алгоритма поиска и установки состояния синхронизма и способа обработки группового сигнала.

Основные результаты исследований, проведённых в рамках диссертационной работы.

1. Проработаны и проанализированы публикации и рекомендации ITU-T и ITU-R, посвященные системам абонентского радиодоступа, а также системам CDMA. Подробно рассмотрены современные системы радиодоступа, а также системы CDMA. Выявлены наиболее существенные вопросы, связанные с исследованием характеристик группового сигнала и повышением качества синхронизации таких систем. Их исследование и разрешение выбрано в качестве основного направления научных исследований данной работы. Сформулированы цели диссертационной работы, выбраны средства для их достижения.

2. Получены спектральные, энергетические и корреляционные характеристики канальных и групповых сигналов системы CDMA при различных размерностях базиса канальных сигналов, позволившие детально проанализировать групповой сигнал таких систем, а также установить ранее неизвестные статистические свойства группового сигнала и на их основе предложить новые способы поиска и установки синхронизма.

3. На основе проведенных исследований создана программа на языке Pascal, позволяющая рассчитать спектр группового сигнала системы CDMA при различных наборах и количестве канальных переносчиков из заданного базиса. Данная программа может применяться разработчиками подобных систем, а также в учебном процессе вузов связи.

4. Проанализировано влияние трактов системы радиодоступа на характеристики канальных и группового сигналов. Разработаны алгоритмы расчетов необходимого для правильного детектирования группового и канального сигнала отношения с/ш на входе приемника системы CDMA при различных типах фильтров.

5. Разработана методика расчета коэффициента ослабления при прохождении группового сигнала в случае неполной загрузки (отсутствии в групповом сигнале части канальных переносчиков) через квазиоптимальный и согласованный фильтры, соответствующие групповому сигналу при полной загрузке.

6. Разработана методика расчета средней мощности выходного сигнала канального демодулятора при точной и неточной интервальной синхронизации, а также при различных используемых алфавитах информационных символов: 1; -1 и 1; 0.

7. Определены требования к взаимной нестабильности интервалов ортогональности в абонентском передатчике и приемнике базовой станции и к соответствующим источникам маркерных импульсов. Установлено, что в N-мерном базисе наиболее чувствительны к неточности интервальной синхронизации канальные переносчики с большими (по Уолшу) номерами: N и N-\, наименее чувствительны - нулевой и первый переносчики. Если допустить уменьшение мощности полезного сигнала на входе решающего устройства, даже для наиболее чувствительных переносчиков, не более 1 дБ, то фазовый сдвиг Д(р между маркерными импульсами в абонентском передатчике и приемнике базовой станции не должен превосходить критической величины Афкр= ±2л/1(Ж Соответствующий критический временной интервал составляет ткр=±77(10Лг).

8. Описаны, проанализированы и подвергнуты сравнению известные способы поиска и установки интервального синхронизма, приведены их достоинства и недостатки.

9. Установлены и доказаны новые статистические свойства группового сигнала системы CDMA, позволившие предложить новые способы поиска интервального синхронизма.

10. Предложены два новых способа поиска состояния интервального синхронизма: без использования синхрогруппы и с использованием укороченной синхрогруппы из одного или двух чипов. Предложены также новые способы проверки истинности установленного состояния синхронизма на основе полученных статистических свойств группового сигнала. Данные способы поиска и проверки состояния синхронизма позволяют повысить качество синхронизации в системах радиодоступа, а именно сократить среднее время поиска и установки синхронизма в полтора-два раза по сравнению с известными способами, а также повысить на 25-30% эффективность использования пропускной способности канала связи.

11. Разработаны алгоритмы и устройства поиска и установки синхронизма, реализующие предлагаемые способы поиска и проверки синхронизма и позволяющие повысить не менее чем в полтора раза качество интервальной синхронизации в системах CDMA. Полезные модели, разработанные на основе этих алгоритмов, защищены двумя патентами РФ.

12. Разработана методика расчета показателей качества синхронизации в системах CDMA: дисперсии и среднего времени вхождения в синхронизм .

13. Создан действующий макет устройства поиска и установки синхронизма, а также испытательный стенд, позволяющий провести физическое моделирование. С помощью испытательного стенда проведена оценка влияния неидеальности трактов системы на искажения группового и канального сигналов, оценка времени вхождения в синхронизм и частости потери состояния синхронизма. Полученные результаты обработаны и представлены в виде таблиц. По результатам испытаний сделан вывод о том, что теоретические расчеты, выполненные в диссертационной работе, удовлетворительно совпадают с экспериментально полученными данными.

14. По результатам проведенных экспериментов выявлено, что наилучшим является, предложенный в диссертации, алгоритм поиска и установки состояния синхронизма, программно реализованный по пункту 3 формулы патента РФ на полезную модель № 62487 [33], при цифровой обработке группового сигнала.

5.6. Заключение

1. Бабков В.Ю., Возток М.А., Никитин А.Я, Сивере М.А. Системы связи с кодовым разделением каналов СПб.: СПбГУТ, 1999 г.

2. Справочник по подвижной наземной связи (включая беспроводный доступ) Том 1 Беспроводный доступ абонентских линий М.: МСЭ Сектор радиосвязи, 1997 г.

3. Андреев A.M. CDMA без тайн, Технологии и средства связи, 1998, №4

4. Невдяев JI.M. Мобильная связь 3-го поколения М.:МЦНТИ, 2000 г

5. Прокис Дж. Цифровая связь М.: Радио и Связь, 2000 г.

6. Невдяев JI.M. Мобильная связь 3-го поколения М.:МЦНТИ, 2000 г.

7. Невдяев JI.M. «CDMA: Гибридные технологии доступа», Сети, 2000,№7

8. Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А. Сети и системы радиодоступа М.: Экотрендз, 2005 г.

9. Борисов В.И, Зинчук В.М., Лимарев А.Е. и др. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью- М.: Радио и Связь, 2003 г

10. Архипкин В.Я., Иванов П.В., Соколов А.Г., Смольянинов В.М. Анализ межканальных помех в ортогональных системе CDMA, Электросвязь, 2001, №12

11. Спилкер Дж.Цифровая спутниковая связь М.: Связь, 1979 г.

12. Дядюнов Н.Г., Сенин А.И. Ортогональные и квазиортогональные сигналы -М.: Связь, 1977 г.

13. Хармут Х.Ф. Передача информации ортогональными функциями. Пер. с англ. Н.Г. Дядюнова, А.И. Сенина-М.: Связь, 1975 г.

14. Голяницкий И.А. Математические модели и методы в радиосвязи М.: Экотрендз, 2005 г.

15. Левин Л.С., Плоткин М.А. Цифровые системы передачи информации М.: «Радио и Связь», 1982 г.

16. Колтунов М.Н., Коновалов Г.В., Лангуров З.И. Синхронизация по циклам в цифровых системах связи М.: Связь, 1980 г.

17. ITU-T Recomindation G. 703 (10/98).

18. ITU-T Recomindation G. 704 (10/98).

19. Рабинович Г.В., Гуревич В.Э. Способ синхронизации по циклам систем связи с ИКМ. Авторское свидетельство № 206648, Бюлл. №1, 1968 г.

20. Lee, J. and Miller, L., CDMA Systems Engineering Handbook, Artech House, 1998 r.

21. JTU Press Release. ITU/99-22, 'IMT-2000 Radio Interface Specifications Approved in ITU Meeting in Helsinki'. 5 November 1999.

22. Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), Requirements for the UMTS Terrestrial Radio Access System (UTRA). ETSI Technical Report. UMTS 21.01 version 3.0.1. November 1997.

23. Гоноровский КС. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Сов. радио, 1977.

24. Гуревич М.С. Спектры радиосигналов. М.: Связьиздат, 1963

25. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Сов. радио, 1974. Кн.1

26. Гуревич В.ЭСавичев В.А., Трошин С.А. Фурье-спектры функций Уолша // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2004. № 171. С. 78-87.

27. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 2000.

28. Гуревич В.Э., Лопушнян Ю.Г., Рабинович Г.В. Импульсно-кодовая модуляция в многоканальной телефонной связи. М.: «Связь», 1973.

29. Schmidt Kurt Method for synchronization of a CDMA-signal. Патент США №2002080761,2002 г.

30. Ostman Kjell Symbol and frame synchronization in both a TDMA system and a CDMA system. Патент Финляндии №0726658,1996 г.

31. Chen Po-Tsun, Hwang Ho-Chi, Chen Yun-Yen, Yang Muh-Rong Method and apparatus for code group identification and frame synchronization in DS/CDMA systems. Патент США №2002064211, 2002 г.

32. Mizuguchi Hironori, Yoshida Shousei, Ushirokawa Akihisa CDMA receiver using sampled chip sequence for precision synchronization with received data sequence. Патент США №6373881,2002 г.

33. Гуревич В.Э., Савичев В.А. Устройство синхронизации группового сигнала по интервалам ортогональности функций Уолша в системе передачи информации с кодовым разделением каналов Патент РФ на полезную модель № 62487, Бюлл. №10,2007 г.

34. Гуревич В.Э., Савичев В.А. Система синхронизации по интервалам ортогональности функций Уолша для системы передачи информации с кодовым разделением каналов. Патент РФ на полезную модель № 65322, Бюлл. №21,2007 г.

35. Tables of cumulative binomial probability distribution. Cambridge (Massachusetts), Harward University Press, 1955 r.

36. Большее JI.H., Смирнов Таблицы математической статистики. M.: Наука, 1983.

37. Pearson К. Tables of the incomplete beta-function. London, Cambridge University Press, 1956 r.

38. Гуревич В.Э., Рабинович Г.В. О вычислении биномиальных вероятностей в некоторых задачах техники связи // Труды учебных институтов связи. Вып. 26, С. 165-176, 1965 г.

39. Прудников А.П., Брычков Ю.А., Маричев О.И. Интегралы и ряды. М.: Наука, 1981 г.

40. Градштейн КС., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Физматгиз, 1965 г.

41. Скляр /».Цифровая связь теоретические основы и практическое применение. М.: Вильяме, 2004.

42. Simon М.К., Omura J.K., Scholtz R.A. Spread spectrum communications/ Computer Science Press, 1985 r.

43. Holmes J.K., Chen C.C. Acquisition time performance of PN spread-spectrum systems. IEEE Trans, 1977 г

44. XACT Libraries Guide, XILINX, 1994 г

45. TMS320C3x User's Guide, Texas Instruments, 1992 г

46. Савичев В.А. Оценка искажений при фильтрации сигналов с кодовым разделением и прямым расширением спектра // Труды учебных заведений связи. СПб., 2005. №173. С.21-27.

47. Савичев В.А. Искажения сигналов в групповых и канальных трактах системы с кодовым разделением и прямым расширением спектра // Мобильные системы. М., 2005. №10, С.52-55.

48. Гуревич В.Э., Савичев В.А. Синхронизация ортогональных переносчиков в системах DS-CDMA // Труды учебных заведений связи. СПб., 2006. №175. С.133-141.

49. Савичев В.А. Спектры функций Уолша в системе CDMA // Мобильные системы. М., 2006. №3, С.49-51.

50. Савичев В.А. Перспективы использования абонентского радиодоступа WLL //Broadcasting. М., 2006. №2, С.46-49.

51. Савичев В.А. Использование технологий расширения спектра в системах фиксированного абонентского радиодоступа // Broadcasting. М., 2006. №6, С.42-47.

52. Графики амплитудных и энергетических спектров канальных переносчиков 16-мерного базиса

53. Рис. 1. Амплитудный спектр нулевой функцииа) б)

54. Рис. 2. Амплитудные спектры 1-й (а) и 2-й (б) функций

55. СО 0 221 151 1112. 1Ё1 121 СОтт ттт т тта) б)

56. Рис. 3. Амплитудные спектры 3-й (а) и 4-й (б) функций0.6-0.4"0.2"а) б)

57. Рис. 4. Амплитудные спектры 5-й (а) и б-й (б) функцийа)

58. Рис. 6. Амплитудные спектры 9-й (а) и 10-й (б) функцийа) б)

59. Рис. 7. Амплитудные спектры 11-й (а) и 12-й (б) функцийа) б)0.8+0.60.4"0.2"

60. Рис. 9. Амплитудный спектр 15-й функциио.б- ■0.4"'0.2"'1.■—■ I-1о I?" СО7 т т т т т

61. Рис. 10. Энергетический спектр нулевой функцииа) б) в)а) б) • в)

62. Рис. 12 Энергетические спектры 4-й (а), 5-й (б), 6-й (в) функцийа) б)

63. Рис. 13. Энергетические спектры 7-й (а) и 8-й (б) функцийа) б)а) б)

64. Рис. 15. Энергетические спектры 11-й (а) и 12-й (б) функцийа) б)

65. Рис. 16. Энергетические спектры 13-й (а) и 14-й (б) функций

66. Рис. 17. Энергетический спектр 15-й функции

67. Текст исходного файла программы расчета энергетического спектра группового сигнала при различных наборах и количествеканальных переносчиков.program Project 1;uses Forms,

68. Unitl in 'Unitl.pas' {Forml}; {$R *.res} begin

69. Application.Initialize; Application.CreateForm(TForm 1, Form 1); Application.Run; end.unit Unitl;interfaceuses

70. Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs, TeEngine, Series, ExtCtrls, TeeProcs, Chart, StdCtrls;type

71. TForml = class(TForm) Chart 1: TChart; Series 1: TLineSeries; Panel 1: TPanel; Label 1: TLabel; Label7: TLabel; Edit2: TEdit; Label2: TLabel; Label9: TLabel; Edit3: TEdit; Label3: TLabel; LabellO: TLabel; Bevel2: TBevel; Bevel 1: TBevel; Edit5: TEdit;

72. Private declarations} publicprocedure PrRis;

73. Public declarations } end;var1. Forml: TForml;implementation {$R *.dfm}

74. Var WW,N,V,V 1 ,A,M,W,J,Mw,I:Integer;

75. FOR I:=l TO 16 DO INC(WW,W1.); A0:=WW*2*A*A*N/V; T:=NA^; K:=100+3270+T/Mw; Chartl.SeriesList0.Clear; Chart l.SeriesList[0].AddXY(0,AO,",clRed); for W:=I to 1024 do Begin

76. Xl:=2*pi*W/K; X2:=2*pi*W/2/K; X4:=2*pi*W/4/K; X8:=2*pi*W/8/K;

77. X16:=2*pi*W/16/K; X32:=2*pi*W/32/K;

78. F0:=A0*Sqr(Sin(X2)/X2); Fl:=A0*Sqr(Sqr(Sin(X4))/X4);

79. F:=wl.*F0+w[2]*Fl+w[3]*F2+w[4]*F3+w[5]*F4+w[6]*F5+w[7]*F6+w[8]*F7 +w[9]*F8+w[10]*F9+w[l l]*F10+w[12]*Fl l+w[13]*F12+w[14]*F13+w[15]*F14 +w[16]*F15;

80. V=0 Then V:=l; Edit2.Text:=IntToStr(V); PrRis; end;procedure TForml.Edit3Change(Sender: TObject); begin Val(Edit3.Text,A,J);

81. A=0 Then A:=l; Edit3.Text:=IntToStr(A); IF A>1000 THEN A:=1000; Edit3.Text:=IntToStr(A); PrRis; end;procedure TForml.Edit5Change(Sender: TObject); begin1. Val(Edit5.Text,Mw,J);

82. Рис. 1. АКФ нулевого канального переносчика и средняя мощность демодулированного канального сигнала при неточной синхронизациипД(т), Р(т)/А2

83. Рис. 2 АКФ 1-го канального переносчика и средняя мощность демодулированного канального сигнала при неточной синхронизации

84. Графики АКФ и средней мощности выходного сигнала демодулятора для канальных переносчиков из 16-мерного базиса Уолша1. R(т), Р(т)/А2

85. Рис. 3. АКФ 2-го канального переносчика и средняя мощность демодулированного канального сигнала при неточной синхронизации канального переносчика

86. Рис. 5. АКФ 4-го канального переносчика и средняя мощность демодулированного канального сигнала при неточной синхронизации канального переносчика

87. Рис. 7. АКФ 6-го канального переносчика и средняя мощность демодулированного канального сигнала при неточной синхронизации канального переносчика

88. Рис. 8. АКФ 7-го канального переносчика и средняя мощность демодулированного канального сигнала при неточной синхронизации канального переносчика

89. Рис. 9. АКФ 8-го канального переносчика и средняя мощность демодулированного канального сигнала при неточной синхронизации канального переносчика

90. Рис. 10. АКФ 9-го канального переносчика и средняя мощность демодулированного канального сигнала при неточной синхронизации канального переносчика

91. Рис. 11. АКФ 10-го канального переносчика и средняя мощность демодулированногоканального сигнала при неточной синхронизации канального переносчика

92. Рис. 12. АКФ 11-го канального переносчика и средняя мощность демодулированного

93. Рис. 13. АКФ 12-го канального переносчика и средняя мощность демодулированного канального сигнала при неточной синхронизации канального переносчика

94. Рис. 14. АКФ 13-го канального переносчика и средняя мощность демодулированного канального сигнала при неточной синхронизации канального переносчика

95. Рис. 15. АКФ 14-го канального переносчика и средняя мощность демодулированного канального сигнала при неточной синхронизации канального переносчика

96. Рис. 16. АКФ 15-го канального переносчика и средняя мощность демодулированного

97. Принципиальная электрическая схема действующего макета устройства поиска и установки синхронизма•» '«Т< ».'»1 ч '.г !м н ' .Т.