автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Исследование и оптимизация алгоритмов обработки сигналов в асинхронно - адресных системах связи

□030Б4508

На правах рукописи

Кокорева Вилена Анатольевна

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В АСИНХРОННО - АДРЕСНЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ

Специальность

05 12 04 — Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

1 6 АВГ 2007

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Таганрог - 2007

003064508

Работа выполнена на кафедре Радиоприемных устройств и телевидения (РПрУ и ТВ) Технологического института Южного федерального университета (ТИ ЮФУ) в г Таганроге

Научный руководитель — доктор технических наук,

профессор Литюк Виктор Игнатьевич (Технологический институт, г Таганрог)

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор Федосов Валентин Петрович (Технологический институт, г Таганрог)

— кандидат технических наук,

доцент Сучков Петр Валентинович (ЮРГУЭС, I Ростов - на - Дону)

Ведущая организация — Федеральное агентство по промышленности

ФГУП «ВНИИ Градиент» (г Ростов - на - Дону)

Защита состоится " 29 " августа 2007 г в 14— ауд Д-406 часов на заседании диссертационного совета Д 212 208 20 при федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в ТИ ЮФУ по адресу 347928, Ростовская область, г Таганрог, ГСП-17А, пер Некрасовский, д 44

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке Южного федерального университета

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью организации, просим направлять по адресу

ТТИ ЮФУ, ученому секретарю диссертационного совета Д212 208 20, пер Некрасовский, 44, г Таганрог, Ростовская область, ГСП-17А, 347928

Автореферат разослан " 26 " июля 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212 208 20 кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Динамика развития систем информационного обмена, систем и сетей телекоммуникаций показывает, что возрастает потребность в передаче речевых сигналов (PC) в реальном масштабе времени Поскольку происходит интенсивное увеличение пользователей систем связи, то загруженность каналов связи приводит к необходимости исследования потенциальных возможностей существующих и требует разработки новых методов по увеличению передаваемого потока информации в одной полосе частот

Одним из решений данной задачи является многоканальная связь Системы многоканальной радиосвязи служат для обеспечения обмена информацией между абонентами, когда есть возможность применять централизованное объединение абонентов В том случае, когда размещение абонентов осуществляется на большой территории, случайность их размещения, большие скорости движения абонентов, необходимость обеспечения большой надежности и живучести по сравнению с многоканальными централизованными системами, то в этих случаях система связи может быть только асинхронной по времени, так как осуществить синхронизацию в перечисленных случаях практически невозможно

Принципиальным отличием асинхронно-адресных систем связи (ААСС) от синхронных, является рассогласование моментов начала и окончания передачи сигналов отдельными абонентами и поступления их на вход приемного устройства В связи с этим шумы неортогональности, сопровождающие работу таких систем, приводят к относительно низкому качеству связи, особенно при существенном увеличении числа одновременно работающих активных абонентов Все это приводит к тому, что ААСС находят применение в качестве низовой радиосвязи Следует отметить, что появление сотовых систем связи позволило за счет уменьшения размера сот и, соответственно, уменьшения количества одновременно находящихся в их зоне действия абонентов, решить частично проблему повышения качества радиосвязи Тем не менее, в ряде случаев, таких, например, как сельская местность, военное применение, ААСС по-прежнему требуется обеспечение приемлемого качества передачи информации в условиях «закрытия» больших площадей и ограничений, накладываемых на используемый диапазон частот, что может быть обеспечено только ААСС Существенный вклад в исследуемую область внесли Агеев Д В , Reeves А Н, Венедиктов М Д, Варакин JI Е , Марков В В , Эйдус Г С , Гитлиц М Н, Лев А Ю , Макгайр М Е , Литюк В И и другие исследователи

Как известно, применение сложных сигналов (СС) позволяет получить более высокие характеристики радиотехнических систем Отметим, что под СС к-то порядка (к= 1,2, ) понимают такие сигналы, у которых в каждый момент времени на частотно-временной плоскости находится к значений частоты При этом на каждой частоте над одной и той же информацией осуществляется модуляция по своему закону, присущему только этой частоте

Появление цифровой обработки сигналов (ЦОС) позволило решить вопросы генерации и обработки СС с высокой степенью точности, ранее не достижимой аналоговыми методами Большой вклад в развитие радиотехники ЦОС внесли Оппенгейн А В , Шафер Р В , Рабинер Л Р , Гоулд Б , Рейдер Ч, Каляев А В , Лихарев В А и ряд других авторов

Современные синхронные и асинхронные информационные радиосистемы,

использующие сложные сигналы первого порядка (ССПП), те к= 1, практически достигли своих потенциальных возможностей по обработке информации, поступающей по радиоканалам Также известны сложные сигналы второго порядка (ССВП) т е сигналы, у которых к=2 Одними из представителей этих сигналов являются СС на основе применения кодовых последовательностей в виде ансамблей комплементарных (дополнительных) кодовых последовательностей Основными свойствами комплементарных (дополнительных) кодовых последовательностей и ССВП на их основе являются а) суммарная автокорреляционная функция (АКФ) каждого из сигналов имеет вид «5-функции», б) суммарные взаимокорреляционные функции (ВКФ) «ортогональны в точке и на временном интервале при произвольном сдвиге»

Из проведенного краткого анализа видно, что в настоящее время не достаточно подробно рассмотрены вопросы, связанные с разработкой теоретических основ построения информационных асинхронных радиосистем, использующих ССВП Таким образом, исследование методов и алгоритмов обработки в ААСС, использующих ССВП, представляет интерес как с научной, так и с практической точек зрения и является актуальной задачей, поскольку позволяют увеличить количество одновременно работающих абонентов в заданной полосе частот

Целью диссертационной работы является исследование и оптимизация алгоритмов обработки сигналов в ААСС, использующих сложные сигналы второго порядка, для повышения их эффективности функционирования путем увеличении количества одновременно работающих абонентов в заданной полосе частот при сохранении требуемого качества связи Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи

• предложена модель цифровой ААСС, использующей ССВП,

• предложена и исследована модель адаптивного устройства обнаружения начала и конца РС,

• разработан алгоритм обработки РС на основе предложенной в работе модели,

• разработан алгоритм выделения сигнала в виде ССВП на приемном конце приемо-передающего тракта ААСС с помощью адаптивного порогового устройства (АПУ),

• разработан алгоритм обработки сигнала в виде ССВП на приемном конце прие-мо-передающего тракта ААСС на основе предложенной модели,

• исследована эффективность приемо-передающего тракта ААСС, использующих ССПП и ССВП на основе предложенных критериев оценок,

• разработан программный комплекс для экспериментальной проверки эффективности предлагаемых алгоритмов

Методы исследования основаны на использовании методов теории вероятности, методов теории статистических решений, методов теории матриц и матричного анализа Также использовались численные методы математического моделирования, методы цифровой обработки сигналов и цифрового спектрального анализа, метод комплексной огибающей, методы статистического моделирования

Научная новизна работы заключается в следующем 1 предложена и исследована цифровая модель адаптивного устройства обнаружения (АУО) начала и конца речевого сигнала на передающей стороне приемо - передающего тракта ААСС,

2 разработан алгоритм обработки звуковой реализации на основе предложенной цифровой модели АУО,

3 предложен и исследован алгоритм выделения сигнала на основе использования свойств ССВГТ на приемном конце приемо-передающего тракта ААСС,

4 разработан алгоритм обработки ССВП на приемном конце приемо-передающего тракта ААСС и проведен анализ его эффективности при нарушении условий симметричности боковых лепестков (БЛ) суммарных ВКФ,

5 исследованы характеристики эффективности приемо-передающего тракта ААСС, использующих ССПП и ССВП на основе предложенных критериев оценки и проведен их сравнительный анализ

Практическая ценность диссертационной работы заключается

- в возможности применения во вновь разрабатываемых ААСС новых видов сложных сигналов, а именно, ССВП, что позволяет существенно увеличить количество одновременно работающих абонентов без ухудшения качества связи в 8 - 9 раз по сравнению с функционирующими ААСС, использующие ССПП за счет расширения полосы занимаемых частот в 2 раза,

- разработанном программном обеспечении, которое позволяет проводить сравнительную оценку эффективности ААСС при применении различных видов кодирующих последовательностей в ССВП Показано, что в заданной полосе частот ААСС использование D- и E-кодов, позволяет увеличить количество абонентов в 1,5-2 раза по сравнению с другими видами кодов,

- применение разработанных алгоритмов в АУО позволяет снизить поток сигналов, излучаемых в эфир ААСС, на 10 - 15 %

Достоверность результатов подтверждаются использованием в процессе исследований адекватных описательных и математических моделей, корректным использованием математического аппарата и логической обоснованностью выводов, а также подтверждением полученных результатов методами имитационного моделирования и актами внедрения полученных результатов в работы промышленных предприятий и в учебный процесс кафедры РПрУ и ТВ Основные положения, выносимые на защиту

1 Алгоритм обработки РС, принимаемых на фоне шумов неизвестной интенсивности, который позволяет определить начало и конец звуковых реализаций, поступающих на обработку в аддитивной смеси с шумом

2 Алгоритм выделения ССВП абонента, которые представляют собой последовательности кодирующих РС, принимаемые в аддитивной смеси с ССВП от других мешающих абонентов

3 Алгоритмы работы различных видов ПУ, у которых значение уровня порога изменяется в зависимости как от свойств ССВП, так и от уровня кодирующих РС внутрисистемных помех

4 Критерий эффективности (КЭФ) ААСС, использующих различные кодирующие последовательности

Внедрение результатов работы Полученные научные и практические результаты работы были использованы в разработках предприятия AMO ЗИЛ, в ООО «Станко-Пресс», также используются в учебном процессе на кафедре РПрУ и ТВ ТИ ЮФУ в г Таганроге

Апробация работы Материалы диссертации докладывались и обсуждались на

VIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Москва, 2002, VI Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» - Таганрог, 2002, 5-й Международной конференции и выставке «Цифровая обработка сигналов и ее применение» Москва, 2003, VII Международной научно-техническая конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Москва, 2003, VII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» - Таганрог, 2004, X Международной научно-техническая конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Москва, 2004, XI Международной научно-техническая конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Москва, 2005, Международной молодежной научно-техническая конференции студентов, аспирантов и ученых «Молодежь и современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций РТ-2006» Севастополь, 2006, VIII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» - Таганрог, 2004, L1 Научно-технической конференции ТРТУ Таганрог, ТРТУ, 2005

Публикации По теме диссертации опубликовано 2 статьи и 10 тезисов докладов

Структура и объем работы Диссертационная работа изложена на 140 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений Список литературы включает 65 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы цель и основные задачи, решаемые в работе, обоснована актуальность проблемы Кратко приведено содержание по главам и основные результаты, выносимые на защиту

В первой главе проведен анализ ААСС использующих ССПП, и рассмотрен их принцип работы Сделан обзор разновидностей кодировок в ААСС, сделан вывод, что у существующих ААСС невозможно увеличение количества одновременно активных абонентов относительно их общего количества из-за внутрисистемных шумов, вследствие чего системы с данными видами кодовых последовательностей недостаточно эффективны для передачи РС Рассмотрены свойства ССВП, для которых кодировка информационного сигнала является одновременно кодировкой адреса, что позволяет сократить количество передаваемой информации, а это приводит к упрощению технической реализации приемо-передающего тракта Показано, что использование дискретно-частотных (ДЧ) ССВП позволяет повысить помехоустойчивость системы Предложено использовать в ААСС сложные сигналы второго порядка на основе использования ансамблей кодовых последовательностей в виде D-, E-, L-, LQ-кодов у которых ¿=1, 2, 4, 8 соответственно Рассмотрена укрупненная структурная схема приемо-передающего тракта ААСС с применением ССВП, которая представлено на рисунке 1

Рисунок 1 - Структурная схема передающего и приемного тракта ААСС

На рисунке 1 представлены следующие обозначения ИС- источник сигнала в том числе и РС, АОУ - адаптивное устройство обнаружения, ДМ - дельта-модулятор, БМ ДКП - блок модуляции дополнительными кодовыми последовательностями, УМ - усилитель мощности, А - антенна, ЛТП - линейный тракт приемника, АЦП - аналого-цифровой преобразователь, ФБДКП - формирование бита из дополнительных кодовых последовательностей, АПУ - адаптивное пороговое устройства, ДД - дельта-демодулятор, БПС - блок получателя сигнала

Проведен анализ и выбор методов по построению систем распознавания речи Показано, что эффективность анализа речи зависит от адекватности извлечения искомого типа информации и задача определения моментов начала и окончания фразы при наличии шумов является одной из важнейших задач в области обработки речи для ААСС Это возможно при помощи применения пороговых устройств (ПУ) При этом ПУ должно быть адаптивным, так как звуковые реализации, поступающие на обработку с выходов микрофонов различных типов или телефонных каналов связи, так и шумы, возникающие при использовании звуковых карт в аналоговых узлах ААСС, полагаются гауссовскими широкополосными действительными процессами с математическим ожиданием равным нулю и дисперсиями, зависящими от их интенсивности

Проведен анализ критериев эффективности и предложен критерий эффективности, который наиболее полно позволяет определить качество соответствующей ААСС Поскольку основные характеристики ААСС - это общее число активных абонентов, сложность аппаратуры и качество связи, то в данной диссертации основным КЭФ ААСС является критерий числа одновременно активных абонентов в одной полосе частот, у которых разборчивость не менее 50 %

КЭФ= (Ио/Ы)*100% (1)

где ТУо-количество активных абонентов, Л'- общее количество абонентов

Во второй главе рассмотрен предложенный алгоритм оценки эффективности устройства, позволяющего обнаруживать начало и конец звуковой реализации с постоянной вероятностью ложной тревоги при различных интенсивностях шумовых компонент На рисунке 2 изображена структурная схема АОУ Для цифровых ААСС используются на передающих концах различные звуковые карты, у которых различные интенсивности внутрисистемных шумов Это отражается на обнаружении начала и конца реализаций РС, из-за чего возможен большой процент "срывных" ситуаций В АУО преобразователь Гильберта (ПГ) используется для формирования одно-

полярного сверхширокополосного сигнала, которым является РС. Методом эвристического синтеза получено адаптивное устройство обнаружения РС, реализующее предложенный алгоритм, которое является двухканальным Оно состоит из канала измерения уровня помех и сигнального канала В шумовом канале производится измерение уровня помех, происходит режектирование В ЦРФ спектральных составляющих сигнала и производится измерение интенсивности шума

Полученные величины интенсивности шума используются для управления уровнем порога в ПУ, за счет чего и поддерживается постоянство вероятности ложной тревоги Г Оценка эффективности предложенного устройства проводилась путем построения характеристик обнаружения В при различных вероятностях ложной тревоги ^=10-\ 10"4, 10"5, на основе использования критерия Неймана-Пирсона

Рисунок 2 - Структурная схема АУО начала и конца звуковой реализации С выхода ЦРФ иомеховые квадратурные компоненты поступали на вход блока вычисления корня квадратного из суммы квадратов Полученные отсчеты огибающей помехи усредняются в усредняющем устройстве и после усреднения умножаются на соответствующий коэффициент g Управление уровнем помехи порога позволяет сформировать адаптивный порог Для формирования величины % с целью сокращения количества опытов и получения состоятельных оценок в данной работе применялся метод экстремальных статистик Уровни величины g выбирались таким образом, чтобы получить значения 7^=10'3, Г=10~4, 10"5

Полученные результаты моделирования показали правильность использованных теоретических предпосылок, поскольку при изменении величины а в 2-3 раза вероятности ложной тревоги Р оставались постоянными Определение характеристики правильного обнаружения I) производилось путем подсчета количества превышений уровня порогового значения, относительно общего количества проведенных опытов при различных значениях д и Р, где д - отношение сигнал/шум Расчет уровней пороговых значений проводился с использованием известного метода экстремальных статистик Экспериментальные характеристики обнаружения при заданных вероятностях ложной тревоги 10'3, Р=\0"4, Р-~10"5 при постоянном значении а изображены на рисунке 3, при изменении значения а в 2 и 3 раза приведены на рисунке 4

Рисунок 3 - Экспериментальные характеристики обнаружения при заданных вероятностях ложной тревоги10"3, F=10Л

Рисунок 4 - Экспериментальные характеристики обнаружения при заданных вероятностях ошибки равных Р= 10"3, Р= 10"\ ^=10"5, при изменении значения

а в 2 и 3 раза

На следующем этапе статистического моделирования РС поступал на обработ-

ку в ЭВМ имитирующую передающую часть ААСС с выхода микрофона Использовалась ЭВМ типа IBM PC на базе процессора Intel Pentium 100 С помощью 8-ми и 16-ти разрядного преобразователя аналог-код PC преобразовывался в цифровой сигнал частота дискретизации выбиралась равной 32 кГц Далее сигнал подвергался анализу Использовался звуковой редактор «Cool Edit Pro 1 2» На рисунке 5 представлен входной речевой сигнал, на рисунке 6 представлено результирующее решение о наличие речевого сигнала на выходе исследуемого АУО

U, В

U, В

fJ

15ld 2ld 2 51Й 311) 3 5ljt> C

Рисунок 5 - Входной PC

Рисунок 6 - Результирующее решение о наличии РС при пороге значение, которого соответствует Р = 10 "3 Когда на вход устройства подавался «белый» шум, то на выходе исследуемого АУО было принято решение об отсутствии РС

Проведенное имитационное статистическое моделирование на ЭВМ показало, что полученное эвристическим синтезом устройство обеспечивает высокий уровень правильного определения начала и конца РС при различных величинах вероятностей ложной тревоги р, что позволяет при его использовании на передающем конце ААСС сократить поток сигналов, излучаемых каждой станцией на 10 -15%

В третьей главе получено методом эвристического синтеза АПУ приемного тракта ААСС и дано описание его работы Особенностью АПУ является то, что используется такое свойство ССВП, при котором БЛ суммарных ВКФ ансамблей сигналов имеют одинаковую амплитуду и расположены на одинаковом расстоянии относительно точки ортогональности Из экспериментальных данных видно (рисунок 7 и рисунок 8), что ансамбли ССВП могут быть использованы в ААСС, работающих в одной полосе частот При этом согласно свойств ССВП количество БЛ у суммарных ВКФ минимально, а АКФ имеет вид «5- функции»

Рисунок 7 - Отклики пятого абонента на выходе сумматора при воздействии сигналов других абонентов - номера абонентов по горизонтальной оси

Рисунок 8 - Отклики восьмого абонента на выходе сумматора при воздействии сигналов других абонентов - номера абонентов по горизонтальной оси

Структурная схема устройства, использующего указанные свойства ССВП, изображена на рисунке 9, модернизированная АПУ представлена на рисунке 10

цсф«

С выхода ЛЦЛ демодулятора основной последоеа тельности

Сеыхооз

АЦП демодулятора дополнительной последоеа тельности

ЦСФдоч

ПУ

ПД

Знак бита

X

С вь/теда

АЦП демодулятора основной последоеа тельности

ЦЛЗ

АЦП

демодулятора дополнительной последоеа тельности

I

Рисунок 9 - Структурная схема АПУ Рисунок 10 - Структурная схема модернизированного АПУ Работает АПУ следующим образом После демодуляторов в АЦП нормированные основная и дополнительная кодовые последовательности одновременно поступают на соответствующие цифровые согласованные фильтры (ЦСФ), где происходит их обработка Полученные в результате отклики суммируются в сумматоре Е В том случае, если модулируемый информационный бит той или иной последовательностей на передающей стороне равен +1, то кодирующие последовательности остаются неизменными Если информационный бит был -1, то используются их инверсные версии Аналогично работают и все другие станции Очевидно, что та или иная настройка ЦСФ обеспечивает настройку абонента на прием информации, поступающей от той или иной станции Получаемый с выхода сумматора Е обработанный сигнал поступает одновременно на блок определения знака бита (БОЗБ) и на блок вычисления модуля (БВМ) С выхода БВМ однополярные сигналы в виде последовательности импульсов различной амплитуды поступают на цифровую линию задержки (ЦЛЗ) с длительностью задержки Аг+1 отсчетов Очевидно, что отсчеты относительно центрального отвода расположены симметрично по 0,5АГ с каждой стороны Все отводы ЦЛЗ, за исключением центрального, соединены со входами схемы выбора максимума (СВМ) Выходные сигналы той или иной максимальной амплитуды появляются на выходе СВМ и умножаются на коэффициент 1 </ <2 Этот сигнал поступает на пороговый вход порогового устройства (ПУ)

На сигнальный вход ПУ поступает сигнал с центрального отвода ЦЛЗ Если поступает сигнал от той станции, на которую настроен абонент, то до тех пор пока этот сигнал в виде «о-импульса» амплитудой 2М не будет находиться на центральном отводе, управляющий сигнал, находящийся на пороговом входе, будет препятствовать соответствующему срабатыванию АПУ Если полезного сигнала не будет, то по очереди максимальные БЛ от соседних станций будут также «закрывать» ПУ за счет свойств их симметричности и равенства амплитуд Очевидно, что когда полезный сигнал амплитудой 2ЛГ находится на центральном отводе, то наступает превышение уровня порога, который адаптивно изменяется и в этот момент времени определяется уровнем БЛ соседних станций При превышении уровня порога выдается разрешающий сигнал на блок выдачи знака бита (БВЗБ) Вход БВЗБ подключен к выходу БОЗБ БОЗБ выдает информацию как о знаках БЛ, так и знаке принимаемого информационного сигнала, те на его выходе идет поток ±1 Этот поток ±1 задерживается в БОЗБ на интервал времени 0,5Д^+1, т е на интервал времени, равный задержке полезного сигнала в ЦЛЗ При поступлении разрешающего сигнала с

выхода ПУ на БВЗБ знак бита в виде +1 или -1 поступает на выход устройства и далее на демодулятор сообщения Этот демодулятор сообщения представляет собой для рассматриваемого случая дельта-демодулятор (ДД)

Проведенный анализ эффективности АПУ приемной части станции ААСС путем имитационного моделирования позволяет сделать вывод о том, что рассмотренное устройство позволяет устранить влияние БЛ на конечный результат обработки, но при условии, что нет совпадений во времени БЛ от соседних станций друг с другом Подобное предположение может быть выполнено только при условии, когда длительности БЛ, как и основного пика, стремятся к нулю и их количество относительно не высоко Подобные ограничения при реальных условиях функционирования ААСС не выполнимы Следовательно, всегда будет иметь место наложения БЛ друг на друга, особенно в условиях, когда количество одновременно работающих абонентов велико

В этом случае возможно нарушение условия симметричности расположения БЛ и равенства их амплитуд относительно точки центрального отвода ЦЛЗ в устройстве, изображенном на рисунке 9 В ЦЛЗ будет записываться реализация, которая уже не будет отвечать требованиям, на которые было рассчитано устройство

В случае большого числа одновременно работающих абонентов в одной полосе частот на выходе сумматора £ в устройстве, изображенном на рисунке 9, будет реализация в виде последовательности импульсов, амплитуды которых имеют различные значения и полярности Известно, что «белым» шумом может, служить случайная последовательность «5- импульсов» которые имеют Ак-а амплитуда в моменты времени 4 Очевидно, что в этом случае возможно срабатывание ПУ тогда, когда на его входе присутствует сумма БЛ, превышающая по амплитуде сигнал, поступающий с выхода СВМ

Рассмотрено предложенное в данной работе модернизированное АПУ, позволяющее сохранить высокие характеристики по подавлению БЛ, в случае, когда нарушается условия симметричности БЛ и структурная схема которого изображена на рисунке 10 Отличительной особенностью данного устройства является то, что дополнительно введена схема сравнения (СС), выход которой соединен со входом обнаружителя «скачущего» окна (ОСО) Полученные результаты поступают на вход ПУ, где полученные коды сравниваются с порогом

Данная методика обнаружения является независящей от распределения (НР), если при отсутствии сигнала распределение вероятностей статистики 2, на которой основывается обнаружение, не зависит от распределения полезного сигнала Указанная статистика 2 получается путем сравнения данных из смежных элементов Поэтому, если в некотором элементе разрешения по времени имеется сигнал, распределение величины 2 может зависеть как от распределения смеси сигнала и шумов (из элемента разрешения, в котором есть сигнал), так и от распределения шумов (из смежного элемента разрешения)

На (рисунке 11, 12) представлены речевые сигналы при равных условиях с выхода ПУ и модернизированного ПУ из чего видно, что последнее более эффективно, при наличии большого числа БЛ Рассмотренная процедура обнаружения основана на порядковых статистиках, и не требует сложной аппаратуры для быстрого упорядочивания большого количества данных Для обычной процедуры обнаружения, использующей отношение правдоподобия, должны быть известны распределе-

ния входного сигнала. Основное преимущество НР процедур обнаружения перед такими процедурами состоит в том, что для них вероятность ложной тревоги Р остается постоянной, даже если распределение полезного сигнала изменяется существенно и неизвестным образом.

В четвёртой главе рассматривается эффективность всего приемопередающего тракта ААСС с использованием ССВП путем имитационного моделирования (ИМ). Исследование пр немо-передающего тракта ААСС производится путем фиксирования возможного количества одновременно функционирующих абонентов в одном диапазоне частот при с заданном качестве передачи PC, и под влиянием входных воздействий на PC от других станций, количество которых носит случайный характер. Применение ИМ целесообразно, поскольку посредством его возможно наблюдать за поведением системы в течение определенного периода, в том числе за Изменением скорости протекания процессов, В диссертации обосновано применение метода ИМ.

В соответствии с выражением (1) КЭФ работы ААСС с использованием разных видов ДКП определяет максимальное число одновременно активных абонентов при заданном уровне разборчивости принятого PC. Уровень разборчивости выбирался равным 50 %. Путем использования метода выборочных исследований, определялось необходимая численность испытаний п равное 200 случаям ИМ сложных сигналов первого и второго порядков с различными видами кодирования. При исследованиях методом ИМ, ААСС была введена в условия максимально соответствующие реальным условием работы, т,е моменты передачи сообщений абонентов накладывались друг на друга случайным образом.

Ансамбли ССПП, в настоящее время нашли широкое применение в реальных многоканальных системах асинхронной широкополосной связи. В частности, ансамбли ССПП используются в системах ААСС «PHANTOM», «RADA», «RADAS», «RACEP». Поэтому для оценки эффективности работы приемо-передающего тракта ААСС целесообразно исследовать прохождение PC через тракт ААСС, использующей ССПП, и сравнить при прочих равных условиях с ААСС. использующей ССВГ1. Отметим, что при ИМ ААСС, при передачи PC при помощи ССПП была использована или только основная или только дополнительная кодовые последовательности.

Для более полного представления оценки работы исследуемого приемопередающего тракта ААСС в таблице I представлены КЭФ при уровне разборчивости не ниже 50%.

Рисунок И - Сигнал с выхода АПУ при наличии PC.

* К 5-V.V " ' Мт * t ' С

Рисунок 12 - Сигнал с выхода модерни зированного АПУ при наличии PC.

Таблица 1

Сравнительный анализ КЭФ ССП11 и ССВП

код вид СЙПШлЗ^— Е, к~2 Ь, к=4 ЬО, к-8

ССПП 25% 37,5% 43,8% 50%

ССВП 43.8% 56,3% 62,5% 75%

Сводные графики максимального количества активных абонентов ААСС при кодировании следующими кодовыми последовательностями О, Е, Ь и Ьр использующие СС11П при длине кодовой последовательности 32 дискрета, представлены на рисунке 13. На рисунке 14 представлены сводные графики максимального количества активных абонентов ААСС, использующие ССВП, при равных условиях.

Заметим, что характер лавинообразного ухудшения качества связи приемопередающего тракта ААСС происходит при различных значениях длины кодовых последовательностей.

Рисунок ] 3 - Зависимость вероятности установления свяли между абонентами от числа активных абонентов для ССПП

Рисунок 14 - Зависимость вероятности установления связи между абонентами от числа активных абонентов для ССВП

Таким образом, видно, что при использовании ССВП КЭФ значительно выше, 1 чем при использовании ССПП. Но при этом использовании ССВП в два раза расширяется полоса занимаемых системой частот. Поэтому для сравнения характеристик ССПП и ССВП на следующем этапе проведен расчет количества активных абонентов ААСС в разрешенном для использования диапазоне частот, что позволяет произвести сравнение с существующими ААСС.

Расчеты проводились исходя из стандартных полос 37-39,5 ГГц и 2,4-2,4835 ГГц, при скорости передачи информации по каналу {'=32 кбит/с и количеству уровней Квантования ¿-2. Эти расчеты показали, что количество возможных абонентов для различных кодовых последовательностей О, Е, Ц IX) - кодов, имеют значения представленные в виде таблицы 2.

Таблица 2

Количество возможных активных абонентов в заданных полосах частот

Диапазон частот, ГГц Т>,к=1 Е, к=2 Ь, к=4

37-39,5 4096 2048 1024 512

2,4-2,4835 128 64 32 16

Анализируя результаты, приведенные в таблице 2, можно отметить, что количество абонентов падает пропорционально наращиванию сложности кода

При условии одинаковости полос частот наиболее выгодными являются ААСС на основе Р и Е кодов, т к при использовании данных кодов можно обеспечить одновременное количество активных абонентов более чем в 2 раза по сравнению сЬи Ь(3 кодами

Из вышеизложенного видно, что наиболее целесообразно провести сравнение параметров ААСС, у которых ССВП кодируются Б- и Е-кодами Кроме того, расчеты позволили определить требуемый диапазон используемых частот

Для сравнения были взяты параметры ААСС ЯАСЕР, приведенные в таблице 3 В системе 11АСЕР общее число абонентов равно 700 Для исследуемой ААСС, использующее ССВП, было выбрано общее количество абонентов, равное 512, являющееся ближайшим кратным к 700 Расчеты были проведены для исследуемой ААСС и приведены в таблице 3

Таблица 3

Сравнительный анализ параметров ААСС_

-—Вид ААСС Параметры ААСС " ~------ КАСЕР Б-код Е-код

Диапазон частот, МГц 140-144 3700039500 3700039000

Общее число абонентов системы Ы0 700 512 512

Наибольшее число одновременно работающих активных абонентов N <35 <224 <287

КЭФ, % <5 <43 <56

Ширина полосы частот общего тракта МГц 4 262 524

Длительность дискрета т, мкс 1 0,004 0,008

Количество поднесущих частот т 3 2 4

Тактовая частота Рйъ кГц 8 32 32

Количество отводов линии задержки ^ 16 512 512

Согласно КЭФ, описанного в (1), и при использовании результатов, приведенных в таблице 3, видно, что при одинаковом М0 наибольшее число одновременно активных абонентов соответствует Е-коду, что намного превосходит данный показатель у сравниваемой системы 11АСЕР Однако это требует увеличения ширины полосы частот общего тракта

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Предложен алгоритм и исследована цифровая модель УАО начала и конца РС принимаемого в аддитивной смеси с «белым» шумом На его основе предложено и исследовано устройство, позволяющее стабилизировать вероятность ложной тревоги при различных уровнях шумовых составляющих, изменяющихся в широком пределе в случае использования различных звуковых карт у абонентов на передающей стороне ААСС

2 Разработан алгоритм обработки звуковой реализации на основе предложенной цифровой АУО Представленное устройство проанализировано методом ИМ, это подтвердило правильность использования теоретических положений при изменении в широком диапазоне процессов и позволило за счет стабилизации ложной тревоги F сократить поток сигналов, излучаемых каждой станцией в эфир на 10-15%

3 Предложен алгоритм выделения полезных сигналов, основанных на свойствах ССВП за счет симметрии БЛ, получаемых после демодуляции ССВП, принимаемых в аддитивной смеси с внутрисистемными помехами от других активных абонентов

4 Показано, что при относительно небольшом количестве абонентов в одной полосе частот достаточно эффективным является устройство, основанное на свойствах симметрии БЛ Когда количество абонентов превышает допустимое, тогда нарушается условие симметрии и его эффективность падает Поток внутрисистемных помех может быть представлен в виде реализации «белого шума» Был предложен алгоритм и исследовано устройство на его основе, позволяющее сохранить эффективность приема абонентов

5 Предложен алгоритм ИМ приемо-передающего тракта ААСС, использующих ССВП Проведен сравнительный анализ с известной системой ААСС, использующих ССПП Показано, что ААСС, использующих ССПП при общем числе абонентов равных 700 КЭФ равен < 5 % При исследовании ААСС, использующих ССВП, общее количество абонентов, исходя из свойств ССВП, рано 512, КЭФ на основе D и Е кодов равен < 43 и < 56 соответственно, что намного превосходит данный показатель у сравниваемой ААСС, использующей ССПП При этом увеличивается ширина полосы частот общего тракта в два раза у ААСС, использующей ССВП

6 Создан пакет программных средств, реализующий вышеуказанные алгоритмы и позволяющий проводить экспериментальные исследования ИМ ААСС с различными видами СС

7 Результаты работы внедрены в разработках предприятий AMO ЗИЛ, ООО «Станко-Пресс», а также на кафедре РПрУ и ТВ ТИ ЮФУ в г Таганроге СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Кокорева В А Определение начала и конца речевой реализации // Шестая Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» Тезисы докладов Таганрог Изд-во ТРТУ, 2002 - С 37-38

2 Кокорева В А Выбор характеристик, определяющих фонемы речевого сигнала // Восьмая Международная научно-техническая конференция студентов и аспи-

рантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Тезисы докладов Т 1 -М Изд-во МЭИ, 2002 - С 7-8

3 Кокорева В А Моделирование устройства определения начала и конца звуковой реализации // Девятая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов Тезисы докладов Т 1 - М Изд-во МЭИ, 2003 - С 49-50

4 Кокорева В А Литюк В И Статическое моделирование устройства определения начала и конца звуковой реализации // 5-я Международная конференция и выставка «Цифровая обработка сигналов и ее применение» Т 2 - М Изд-во Журнал «Радиотехника», 2003 - С 370

5 Кокорева В А Исследование эффективности адаптивного обнаружителя // Десятая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов Тезисы докладов Т 1 - М Изд-во МЭИ, 2004 - С 37-38

6 Кокорева В А Исследование эффективности адаптивных пороговых устройств в системах асинхронно адресной связи // Седьмая Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» Тезисы докладов - Таганрог Изд-во ТРТУ, 2004 -С 46-47

7 Кокорева В А Исследование эффективности адаптивных пороговых устройств // Известия ТРТУ Специальный вып «Материалы Ы научно-технической конференции ТРТУ» - Таганрог Изд-во ТРТУ, № 9 (53), 2005 С 45-46

8 Кокорева В А Определение количества абонентов в заданной полосе частот асинхронно-адресной системы связи // Одиннадцатая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов Тезисы докладов Т 1 - М Изд-во МЭИ, 2005 - С 134-135

9 Кокорева В А Исследование приемо-передающей системы на основе сигналов второго порядка // Материалы Международной молодежной научно-технической конференции студентов, аспирантов и ученых «Молодежь и современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций РТ-2006» Севастополь, 2006 -С 39

10 Кокорева В А Анализ алгоритма обнаружения сигнала в асинхронно-адресных системах связи // Восьмая Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» Тезисы докладов - Таганрог Изд-во ТРТУ, 2006 - С 29-30

11 Кокорева В А Литюк В И Пороговое устройство приемного тракта и его экспериментальные исследования // Сборник материалов IV Международного научно - практического семинара Под ред НII Прокопенко - Шахты Изд-во ЮРГУЭС, 2005 - С 20-23

12 Кокорева В А Анализ алгоритма обнаружения сложных сигналов второго порядка в асинхронно-адресной системе связи // Известия ТРТУ - Таганрог Изд-во ТРТУ, № 9 (64), 2006 С 25-28

В работах, опубликованных в соавторстве, лично Кокоревой В А принадлежат

результаты

[4] — имитационное моделирование устройства определения начала и конца звуковой реализации

[11] - экспериментальное исследование порогового устройства приемного тракта

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В АСИНХРОННО - АДРЕСНЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ

1.1. Вводные замечания.

1.2. Анализ проблемы передачи информации в одной полосе частот

1.3. Анализ асинхронно-адресных систем связи.

1.4. Анализ кодовых последовательностей используемых в асинхронно

- адресных системах связи.

1.5. Выбор ансамбля кодовой последовательности.

1.6. Выбор укрупненной структурной схемы приемо-передающего тракта асинхронно - адресной системы связи, использующей сложные сигналы второго порядка.

1.7. Анализ и выбор методов к построению систем распознавания речи

1.8. Анализ и выбор критерия эффективности.

7.9. Выводы по первой главе.

2 ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМЫ АДАПТИВНОГО УСТРОЙСТВА ОБНАРУЖЕНИЯ НАЧАЛА И КОНЦА ЗВУКОВОЙ РЕАЛИЗАЦИИ

2.1. Вводные замечания.

2.2. Анализ параметров адаптивного устройства обнаружения начала и конца звуковой реализации.

2.3. Эвристический синтез устройства обнаружения начала и конца звуковой реализации.

2.4. Обоснование имитационного моделирования как статистической задачи.

2.5. Имитационное статистическое моделирование адаптивного устройства обнаружения начала и конца звуковой реализации.

2.6. Выводы по второй главе.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ АДАПТИВНОГО ПОРОГОВОГО УСТРОЙСТВА ПРИЕМНОГО ТРАКТА

АСИНХРОННО - АДРЕСНОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

3.1. Вводные замечания.

3.2. Анализ особенностей обработки сложных сигналов второго порядка.

3.3. Анализ эффективности адаптивного порогового устройства приемной части станции.

3.4. Эвристический синтез и анализ модернизированного адаптивного порогового устройства.

3.5. Выводы по третьей главе.

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕГО ТРАКТА АСИНХРОННО

АДРЕСНОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

4.1. Вводные замечания.

4.2. Обоснование возможности применения имитационного моделирования и исследования характеристик всего приемопередающего тракта асинхронно- адресной системы связи.

4.3. Синтез и анализ структурной схемы алгоритма путем импульсного моделирования.

4.4. Исследование асинхронно - адресной системы связи, с исследованием метода выборочных исследований.

4.5. Экспериментальное исследование эффективности приемопередающего тракта асинхронно - адресной системы связи.

4.6. Сравнительный анализ асинхронно - адресной системой связи с различными видами дополнительных кодовых последовательностей.

4.7. Выводы по четвёртой главе.

Актуальность работы. Динамика развития систем информационного обмена, систем и сетей телекоммуникаций показывает, что возрастает потребность в передаче звуковых сигналов в реальном масштабе времени. Пропускная способность подавляющего большинства каналов передачи информации является недостаточной, что обуславливает необходимость обработки исходного речевого сигнала (РС).

Загруженность каналов связи, интенсивно увеличивающиеся число пользователей систем информационного обмена, особенно систем мобильной связи и постоянно возрастающие требования к качественным характеристикам систем приводит к необходимости исследования потенциальных возможностей существующих методов и разработки новых методов по увеличению передаваемого потока информации в одной полосе частот.

Возникает необходимость надежной передачи больших потоков информации, что ведет к усложнению систем и аппаратуры связи, а также к перегруженности радиочастотного диапазона. Вследствие этого системы связи удорожаются и повышаются требования к ним. Одним из решений данной задачи является многоканальная связь. Системы многоканальной радиосвязи широко распространены, особенно автономные многоканальные системы передачи информации. Они служат для обеспечения обмена информацией между абонентами, когда по некоторым причинам нельзя применять централизованное объединение абонентов. Такими причинами могут быть размещение абонентов на большой территории, случайность размещения абонентов, большие скорости движения абонентов, необходимость обеспечения большой надежности и живучести по сравнению с многоканальными централизованными системами, и так далее. В этих случаях система связи может быть только асинхронной по времени, так как осуществить синхронизацию в перечисленных случаях практически невозможно.

Принципиальным отличием асинхронно-адресных систем связи (ААСС) от синхронных, является рассогласование моментов начала и окончания передачи сигналов отдельными абонентами и поступления их на вход приемного устройства. В связи с этим шумы неортогональности, сопровождающие работу таких систем, приводят к относительно низкому качеству связи, особенно при существенном увеличении числа одновременно работающих активных абонентов. Все это приводит к тому, что ААСС находят применение в качестве низовой радиосвязи. Следует отметить, что появление сотовых систем связи позволило за счет уменьшения размера сот и, соответственно, уменьшения количества одновременно находящихся в их зоне действия абонентов, решить частично проблему повышения качества радиосвязи. Тем не менее, в ряде случаев, таких, например, как сельская местность, военное применение, ААС радиосвязи по прежнему требуется обеспечение приемлемого качества передачи информации в условиях «закрытия» больших площадей и ограничений, накладываемых па используемый диапазон частот. Существенный вклад в исследуемую область внесли Агеев Д. В., Reeves А.Н., Венедиктов М. Д., Варакин J1.E., Марков В.В., Эйдус Г.С., Гитлиц М.Н., Лев АЛО., Макгайр М.Е., Литюк В.И. и другие исследователи [7-10, 13, 33, 36,40,44, 45, 62-64].

Как известно, применение сложных сигналов (СС) позволяет получить более высокие характеристики радиотехнических систем. Отметим, что под СС к-го порядка (к= 1,2,.) понимают такие сигналы, у которых в каждый момент времени на частотно-временной плоскости находится к значений частоты. При этом на каждой частоте над одной и той же информацией осуществляется модуляция по своему закону, присущему только этой частоте.

Появление цифровой обработки сигналов (ЦОС) позволило решить вопросы генерации и обработки СС с высокой степенью точности, ранее не достижимой аналоговыми методами. Большой вклад в развитие радиотехники ЦОС внесли Оппенгейи A.B., Шафер Р.В., Рабинер JI.P., Гоулд Б., Рейдер Ч., Каляев A.B., Лихарев В.А. и ряд других авторов.

Современные синхронные и асинхронные информационные радиосистемы, использующие сложные сигналы первого порядка (ССПП), т.е. к= 1, практически достигли своих потенциальных возможностей по обработке информации, поступающей по радиоканалам. Также, известны сложные сигналы второго порядка (ССВП) т.е. сигналы, у которых к= 2. Одними из представителей этих сигналов являются СС на основе применения кодовых последовательностей в виде ансамблей комплементарных (дополнительных) кодовых последовательностей. Основными свойствами комплементарных (дополнительных) кодовых последовательностей и ССВП на их основе являются: а) суммарная автокорреляционная функция (АКФ) каждого из сигналов имеет вид «5-функции»; б) суммарные взаимокорреляционные функции (ВКФ) «ортогональны в точке и на временном интервале при произвольном сдвиге».

Основным резервом повышения помехоустойчивости и пропускной способности ААСС различного назначения является использование широкополосных сигналов с различными видами модуляции [5, 7-10, 13, 17, 36, 40, 44, 45, 50, 52, 54, 56, 58, 61-69]. Идея технологии широкополосного сигнала состоит в том, что для передачи информации используется значительно более широкая полоса частот, чем это требуется при передаче в узкополосном канале. Системы на основе шумоподобных сигналов обладают следующими преимуществами [8]: помехозащищенность; не создаются помехи другим устройствам (низкая мощность сигнала); конфиденциальность передач; низкая стоимость при массовом производстве (дешевые высокочастотные компоненты оборудования); шумоподобный сигнал обеспечивает возможность работы в диапазоне, уже занятыми другими системами радиопередач; высокая скорость передачи.

Из проведенного краткого анализа видно, что в настоящее время не достаточно подробно рассмотрены вопросы, связанные с разработкой теоретических основ построения информационных асинхронных радиосистем, использующих ССВП. Таким образом, исследование методов и алгоритмов обработки в ААСС, использующих ССВП, представляет интерес как с научной так и с практической точек зрения и является актуальной задачей, поскольку позволяют увеличить количество одновременно работающих абонентов в заданной полосе частот.

Целью диссертационной работы является исследование и оптимизация алгоритмов обработки сигналов в ААСС, использующих сложные сигналы второго порядка, для повышения их эффективности функционирования путем увеличении количества одновременно работающих абонентов в заданной полосе частот при сохранении требуемого качества связи.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

• предложена модель цифровой ААСС, использующей ССВП;

• предложена и исследована модель адаптивного устройства обнаружения начала и конца РС;

• разработан алгоритм обработки РС на основе предложенной в работе модели;

• разработан алгоритм выделения сигнала в виде ССВП на приёмном конце приёмо-передающего тракта ААСС с помощью адаптивного порогового устройства (АПУ);

• разработан алгоритм обработки сигнала в виде ССВП на приёмном конце приёмо-передающего тракта ААСС на основе предложенной модели;

• исследована эффективность приёмо-передающего тракта ААСС, использующих ССПП и ССВП на основе предложенных критериев оценок;

• разработан программный комплекс для экспериментальной проверки эффективности предлагаемых алгоритмов.

Методы исследования основаны на использовании методов теории вероятности, методов теории статистических решений, методов теории матриц и матричного анализа. Также использовались численные методы математического моделирования, методы цифровой обработки сигналов и цифрового спектрального анализа, метод комплексной огибающей, методы статистического моделирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. предложена и исследована цифровая модель адаптивного устройства обнаружения (АУО) начала и конца речевого сигнала на передающей стороне приемо - передающего тракта ААСС;

2. разработан алгоритм обработки звуковой реализации на основе предложенной цифровой модели АУО;

3. предложен и исследован алгоритм выделения сигнала па основе использования свойств ССВП на приёмном конце приёмо-передающего тракта ААСС;

4. разработан алгоритм обработки ССВП на приёмном конце приёмопередающего тракта ААСС и проведен анализ его эффективности при нарушении условий симметричности боковых лепестков (БД) суммарных ВКФ;

5. исследованы характеристики эффективности приёмо-передающего тракта ААСС, использующих ССПП и ССВП на основе предложенных критериев оценки и проведен их сравнительный анализ.

Практическая ценность диссертационной работы заключается: - в возможности применения во вновь разрабатываемых ААСС новых видов сложных сигналов, а именно, ССВП, что позволяет существенно увеличить количество одновременно работающих абонентов без ухудшения качества связи в 8 - 9 раз по сравнению с функционирующими ААСС, использующие ССПП за счет расширения полосы занимаемых частот в 2 раза;

- разработанном программном обеспечении, которое позволяет проводить сравнительную оценку эффективности ААСС при применении различных видов кодирующих последовательностей в ССВП. Показано, что в заданной полосе частот ААСС использование D- и E-кодов, позволяет увеличить количество абонентов в 1,5-2 раза по сравнению с другими видами кодов;

- применение разработанных алгоритмов в АУО позволяет снизить поток сигналов, излучаемых в эфир ААСС, на 10 - 15 %.

Достоверность результатов подтверждаются использованием в процессе исследований адекватных описательных и математических моделей, корректным использованием математического аппарата и логической обоснованностью выводов, а также подтверждением полученных результатов методами имитационного моделирования и актами внедрения полученных результатов в работы промышленных предприятий и в учебный процесс кафедры РПрУ и ТВ.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Алгоритм обработки РС, принимаемых на фоне Шумов неизвестной интенсивности, который позволяет определить начало и конец звуковых реализаций, поступающих на обработку в аддитивной смеси с шумом.

2. Алгоритм выделения ССВП абонента, которые представляют собой последовательности кодирующих РС, принимаемые в аддитивной смеси с ССВП от других мешающих абонентов.

3. Алгоритмы работы различных видов ПУ, у которых значение уровня порога изменяется в зависимости как от свойств ССВП, так и от уровня кодирующих РС внутрисистемных помех.

4. Критерий эффективности (КЭФ) ААСС, использующих различные кодирующие последовательности.

Внедрение результатов работы. Полученные научные и практические результаты работы были использованы в разработках предприятия AMO

ЗИЛ, в ООО «Станко-Пресс», также используются в учебном процессе на кафедре РПрУ и ТВ ТИ ЮФУ в г. Таганроге.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и бсуждались на:

VIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Москва, 2002; VI Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления». -Таганрог, 2002; 5-й Международной конференции и выставке «Цифровая обработка сигналов и ее применение». Москва, 2003; VII Международной научно-техническая конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Москва, 2003; VII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления». - Таганрог, 2004; X Международной научно-техническая конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика».Москва, 2004; XI Международной научно-техническая конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика».Москва, 2005; Международной молодёжной научно-техническая конференции студентов, аспирантов и учёных «Молодёжь и современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций РТ-2006». Севастополь, 2006; VIII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления». - Таганрог, 2004; L1 Научно-технической конференции ТРТУ. Таганрог, ТРТУ, 2005.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 статьи и 10 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 140 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Список литературы включает 65 наименований.

4.7. Выводы по четвёртой главы

4.7.1. Рассмотрена эффективность приемо-передающего тракта ААСС с использованием ССВП путем ИМ. Исследование приемопередающего тракта ААСС производилось путем фиксирования возможного количества одновременно функционирующих абонентов в одном диапазоне частот при эксплуатации с заданным качеством и под влиянием входных воздействий РС от других станций, количество которых носит случайный характер. Показано что, применение ИМ целесообразно, поскольку посредством его возможно наблюдать за поведением системы в течение определенного периода времени, в том числе за изменением скорости протекания процессов. Поскольку основой ИМ является метод статистических испытаний (МСИ), наибольший эффект от его применения достигается при исследовании сложных систем, на функционирование которых существенное влияние оказывают случайные факторы, а таковой и является исследуемая система.

4.7.2. На основе разработанного алгоритма моделирования приемопередающего тракта ААСС, использующей ССВП, проведено экспериментальное исследование эффективности предложенного алгоритма математической модели ААСС путем ИМ. Показано, что использование модернизированного АПУ повышает разборчивость принятого РС на 30-40 % в независимости от применяемого кода.

4.7.3. Показано, что в ААСС, использующей ССВП, например, на основе О - кода, КЭФ равен 43,8 %, а это значительно выше, чем при использовании в ААСС, использующей ССПП при котором КЭФ равен 25 %. Также приведены значения КЭФ для Е, Ь и кодов, но в ААСС, использующих ССВП в два раза расширяется полоса занимаемых системой частот.

Для сравнения характеристик ССПП и ССВП в ААСС произведен расчет количества активных абонентов ААСС в разрешенном для использования диапазоне частот, что позволяет произвести сравнение с существующими ААСС.

4.7.4. Показано, что при условии одинаковости полосы частот наиболее выгодными являются ААСС на основе D и Е кодов, т.к. при использовании данных кодов, которым соответствуют к= 1 и к= 2 соответственно, позволяют обеспечить одновременное количество активных абонентов более чем в 2 раза по сравнению с L и LQ кодами, у которых к=4 и к= 8 соответственно. Сделано сравнение существующих систем с ААСС, использующих ССВП, кодируемых D- и Е-кодами.

4.7.5. Проведено сравнение предлагаемой ААСС, использующих ССВП с существующей системой «RACEP», которая является ААСС, использующей ССПП. Показано, что при общем числе абонентов системы «RACEP» равной 700 абонентов наибольшее число возможных одновременно активных абонентов равно 35.

При исследовании ААСС, использующих ССВП, общее количество абонентов исходя из свойств ССВП рано 512, наибольшее число возможных одновременно активных абонентов на основе D и Е кодов равно 224 и 282 соответственно, что намного превосходит данный показатель у сравниваемой системы RACEP. При этом однако увеличивается ширина полосы частот общего тракта у ААСС, использующей ССВП. Тем не менее, относительно небольшой проигрыш в полосе занимаемых частот существенно перекрывается ростом числа одновременно работающих абонентов. Кроме того, использование ССВП позволяет также косвенно повысить ЭМС РЭС.

129

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе рассмотрены вопросы, связанные с построением ААСС на основе кодового разделения сигналов с использованием ССВП.

1. Проведенный анализ состояния проблемы показал, что ААСС, использующие ССПП, образуют тем недостатком, что одновременно в одной полосе занимаемых частот может работать относительно небольшое число активных абонентов. Рассмотрены особенности и показаны основные свойства ССВП. Сделан вывод о целесообразности использования ССВП в ААСС. Проведен анализ состояния проблемы по обнаружению начала и конца реализации РС.

2. Предложен алгоритм АУО начала и конца реализации РС. Алгоритм исследовалась при изменениях интенсивности шумовых характеристик в 2-3 раза при заданной вероятности ложной тревоги F=\0'}; F=\0'4; F=\0'5. Определено, что форма характеристики обнаружения при этом не изменились.

3. Разработан алгоритм обработки звуковой реализации на основе предложенной цифровой АУО. Представленное устройство проанализировано методом ИМ, это подтвердило правильность использования теоретических положений при изменении в широком диапазоне процессов и позволило за счет стабилизации ложной тревоги Т7 сократить поток сигналов, излучаемых каждой станцией в эфир на 10-15 %. Получены характеристики АПУ приемного тракта ААСС при условии отсутствия совпадений во времени БЛ от соседних станций друг с другом причем сигналы станций перекрывается во времени.

4. Предложена структурная схема модернизированного АПУ, которой процедура обнаружения которого основана на порядковых статистиках позволяющие сохранить высокие характеристики по подавлению БЛ, в случае, когда наблюдается эффект их наложения друг на друга. Показано, что не требуется сложной аппаратуры для быстрого упорядочивания большого количества данных. Показано, что использование модернизированного АПУ повышает разборчивость принятого РС на 30-40% в независимости от применяемого кода.

5. Проанализировано, что при условии одинаковости полосы частот наиболее выгодными являются ААСС на основе О и Е кодов, т.к. при использовании данных кодов, позволяют обеспечить одновременное количество активных абонентов более чем в 2 раза по сравнению с Ь и кодами, у которых К=4 и АЛ=8 соответственно. Проведено сравнение параметров существующих систем с ААСС кодируемой О- и Е-кодами.

6. Показано, что применение Ь и ЬС) кодов в ААСС, использующих ССВП, позволяет повысить количество одновременно работающих абонентов до количества, кода активно работает из них без взаимных помех друг другу и высокой разборчивости передаваемых РС.

8. Проведено сравнение предлагаемой ААСС, использующих ССВП с существующей системой «ЛАСЕР», которая является ААСС, использующей ССПП. Проведен сравнительный анализ с известной системой ААСС, использующих ССПП. Показано, что ААСС, использующих ССПП при общем числе абонентов равных 700 КЭФ равен < 5 %. При исследовании ААСС, использующих ССВП, общее количество абонентов, исходя из свойств ССВП, рано 512, КЭФ на основе Э и Е кодов равен < 43 и < 56 соответственно, что намного превосходит данный показатель у сравниваемой ААСС, использующей ССПП. При этом увеличивается ширина полосы частот общего тракта в два раза у ААСС, использующей ССВП. Тем не менее, относительно небольшой проигрыш в полосе занимаемых частот существенно перекрывается ростом числа одновременно работающих абонентов. Кроме того, использование ССВП позволяет также косвенно повысить ЭМС РЭС.

9. Создан пакет программных средств, реализующий вышеуказанные алгоритмы и позволяющий проводить экспериментальные исследования ИМ ААСС с различными видами СС.

1. Апорович А.Ф. Проектирование радиотехнических систем. Минск: Изд-во Вышэйшая школа, 1988. - 210 с.

2. Асмаков С.А. Звуковые карты: тихий омут // Компьютер пресс, № 4. 2002. С. 66-72.

3. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник. М.: Высш. школа, 1983. - 536 с.

4. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М.: Мир, 1974.-463 с.

5. Ьепжамип Р. Анализ радио- и гидролокационных сигналов / Пер. с англ.; Под ред. к.т.н. Овсиевича И.Е. М.: Ордена Трудового Красного Знамени Военное издательство Министерства обороны СССР, 1969. - 256 с.

6. Бобнев М.П. Генерирование случайных сигналов. М.: Энергия, 1971. -240 с.

7. Варакин J1.E. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Сов. радио, 1985.384 с.

8. Варакин J1.E. Теория сложных сигналов. М.: Сов. радио, 1970. - 376 с.

9. Варакин J1.E. Теория систем сигналов. М.: Сов. радио, 1978. - 304 с.

10. Венедиктов М.Д., Марков В.В., Эйдус Г.С. Асинхронные адресные системы связи. М.: Связь, 1968. - 273 с.

11. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения: Учеб. для вузов М.: Высш. школа, 2000. - 383 с.

12. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. М.: Высш. школа, 2002. - 575 с.

13. Гитлиц М.Н., Лев АЛО. Теоретические основы многоканальной связи. М.: Радио и связь, 1985. - 248 с.

14. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Радио и связь, 1986. - 512 с.

15. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATLAB: Учебный курс. СПб.: Питер, 2000. - 432 с.

16. Искусственный интеллект. Системы общения и экспертные системы. Кн. 1/ Под ред. Э.В. Попова. М.: Радио и связь, 1990. - 461 с.

17. Исследование методов формирования и обработки на многопроцессорных вычислительных системах шумоподобных сигналов цифровых систем связи // Отчет о НИР, ТРТУ. Номер темы 11390; № ГР 01.9.70005355; Инв. № 02.9.700048. Таганрог, 1997. 198 с.

18. Кокорева В.А. Определение начала и конца речевой реализации // Шестая Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления». Тезисы докладов. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2002. - С. 37-38 .

19. Кокорева В.А. Выбор характеристик, определяющих фонемы речевого сигнала // Восьмая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов.«Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Тезисы докладов. Т.1 М.: Изд-во МЭИ, 2002. - С. 7-8.

20. Кокорева В.А. Моделирование устройства определения начала и конца звуковой реализации // Девятая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Тезисы докладов. Т.1 М.: Изд-во МЭИ, 2003. - С. 49-50.

21. Кокорева В.А. Исследование эффективности адаптивного обнаружителя // Десятая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Тезисы докладов. Т.1 М.: Изд-во МЭИ, 2004. -С. 37-38.

22. Кокорева В.А. Исследование эффективности адаптивных пороговых устройств // Известия ТРТУ. Специальный вып. «Материалы Ы научно-технической конференции ТРТУ». Таганрог: Изд-во ТРТУ, №9 (53), 2005. С. 45-46.

23. Кокорева В.А. Определение количества абонентов в заданной полосе частот асинхронно-адресной системы связи // Одиннадцатая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Тезисы докладов. Т.1 М.: Изд-во МЭИ, 2005. - С. 134-135.

24. Кокорева В.А. Литюк В.И. Пороговое устройство приемного тракта и его экспериментальные исследования. Сборник материалов IV Международного научно практического семинара // Под ред. Н.Н. Прокопенко. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2005. - С. 20 - 23.

25. Кокорева В.А. Анализ алгоритма обнаружения сложных сигналов второго порядка в асинхронно адресной системе связи // Известия ТРТУ. Специальный вып. «Материалы Ы1 научно-технической конференции ТРТУ». Таганрог: Изд-во ТРТУ, №9 (64), 2006. - С. 25 - 28.

26. Казаков В.А. Введение в теорию марковских процессов и некоторое радиотехнические задачи. М.: Радио и связь , 1973. - 232 с.

27. Каляев A.B. Многопроцессорные системы с программируемой архитектурой. М.: Радио и связь, 1984. - 240 с.

28. Кимбл Г. Как правильно пользоваться статистикой / Пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1982. - 294 с.

29. Кислов В.Я. Корреляционные свойства шумоподобных сигналов, генерируемых системами с динамическим хаосом // Радиотехника и электроника. 1997,т. 42, № 11.-С. 1341-1349.

30. Линдсей П.Н., Нордман Д.К. Переработка информации у человека. -М.: Мир, 1974.-550 с.

31. Литюк В.И. Методы расчета и проектирование цифровых многопроцессорных устройств обработки радиосигналов Таганрог: Изд-во ТРТУ, 4.1 1994. - 87 е.; Ч. 2, 1995. - 96 е.; Ч. 3, 1995 - 81 е.; Ч. 4, 1998,- 94 с.

32. Литюк В.И., Литюк Л.В. Введение в основы теории математического синтеза ансамблей сложных сигналов: Учебное пособие. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006. - 80 с.

33. Литюк В.И., Литюк Л.В. Руководство к лабораторной работе «Исследование цифровых генераторов шумов» по курсу «Методы и устройства цифровой обработки сигналов». Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006.-16 с.

34. Литюк В.И. Особенности применения ансамблей дополнительных кодовых последовательностей в адресных системах связи // Телекоммуникации. 2000. № 4. С. 31-35.

35. Лихарев В.А. Цифровые методы и устройства в радиолокации. М.: Сов. радио, 1973. - 456 с.

36. Макгайр М.Е. Смешанное кодирование повышает эффективность использование спектра «Электроника», 1962, т. 37, № 43.

37. Методы автоматического распознавания речи / Под ред. У. Ли. М.: Мир, 1983.-716 с.

38. Оводенко A.A. Робастные локационные устройства Л.: Изд-во Ленинградского университета. 1981. - 374 с.

39. Онпенгейн A.B., Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов / Пер. с англ.; Под ред. С.Я. Шаца. М.: Радио и связь, 1979. - 416 с.

40. Патент РФ № 2282403. Способ асинхронной адресной связи // Литюк В.И. Опубл.в Бюл. № 13, 2002.

41. Патент РФ № 2219668. Способ асинхронной адресной связи // Литюк В.И. Опубл. в Бюл. № 35, 2003.

42. Применение цифровой обработки сигналов / Под ред. Э. Оппенгейма. Пер. с англ.; Под. ред. A.M. Рязанцев М.: Мир, 1980. - 551 с.

43. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов / Пер. с англ.; Под ред. Ю. Н. Александрова. М.: Мир, 1978. -848 с.

44. Рабинер Л.Р., Шафер Р.В. Цифровая обработка речевых сигналов / Пер. с англ.; Под ред. М.В.Назарова и Ю.Н.Прохорова. М.: Радио и связь, 1981.- 496 с.

45. Рудой Э.Н. Выделение огибающей звуковых сигналов // Пятая Международная конференция и выставка. Тезисы докладов. Т.2 М.: 2003.- С. 397 398.

46. Reeves А.Н. Electrical Signalling System / Patent of France 852183, 1938; Patent of Britain 535860, 1939.

47. Сапожков M.A., Михайлов В.Г. Вокодерная связь. М.: Радио и связь, 1983.-247 с.

48. Свистов В. М. Радиолокационные сигналы и их обработка. М.: Сов. радио, 1977.-446 с.

49. Строганов A.M. Все входящие будут бесплатными? Коммерческое обозрение. Таганрог: Изд-во ЗАО «Полиграфобъединение». 2004. - С.З.

50. Теоретические основы радиолокации / Под. ред. Я.Д. Ширмана. М.: Сов. радио, 1970. - 560 с.

51. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М.: Сов. радио, 1966. -412 с.

52. Фимкелыптейн М.И. Основы радиолокации. М.: Радио и связь, 1983. - 536 с.

53. Финн Х.М. Адаптивное обнаружение при регулируемой вероятности ошибки // Зарубежная радиоэлектроника, 1968, № 10. С.45-62.

54. Френке Л. Теория сигналов / Пер. с англ.; Под ред. А.М. Вакмана. М: Сов. радио, 1974.-344 с.

55. Хемминг Р.В. Цифровые фильтры / Пер. с англ.; Под ред. А.М. Трахтмана. М.: Сов. радио, 1980. - 224 с.

56. Чучупал В.Я., Чичагов А.С., Маковкин К.А. Цифровая фильтрация зашумленных речевых сигналов. М.: Изд - во ВЦ РАН, 1998. - 78 с.

57. Ширман Я.Д., Манжос В. Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М.: Сов. радио, 1981. -416с.

58. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации / В.П. Пестряков, В.П. Афанасьев, B.J1. Гурвиц и др.; Под ред. Пестрякова В.П. -М.: Сов. радио, 1973.-424 с.

59. Литюк В.И., Литюк Л.В., Методы цифровой многопроцессорной обработки ансамблей радиосигналов. М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2007. - 392 с.

60. Greighton А. М., Reeves D. В. A single sideband «Radiocentral to replace mil¡tary vveire lines» // Signal, 1958, № 3.

61. Диллард А.П, Энтоньяк А. Инвариантная относительно распределения входного сигнала процедура обнаружения для РЛС // Зарубежная радиоэлектроника. № 8, 1971, С. 137.