автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Исследование и разработка итеративных методов обработки сигналов для высокоскоростных модемов КВ диапазона



На правах рукописи

00343ичии

МАЛЮТИН Александр Анатольевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИТЕРАТИВНЫХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МОДЕМОВ КВ ДИАПАЗОНА

Специальность 05.12.04 Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Воронеж-2010

2 8ЯНВ?ою

003490486

Работа выполнена в ОАО «Концерн «Созвездие»

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор физико-математических наук, профессор НЕЧАЕВ Юрий Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

КАРТАШЕВСКИЙ Вячеслав Григорьевич

кандидат технических наук МАСЛОВ Евгений Николаевич

Ведущая организация: ОАО Воронежский научно-

исследовательский институт «Вега»

Защита диссертации состоится « » V 2010 года

в час (№_ мин. в ауд. на заседании диссертационного совета Д 219.003.01 в Поволжском государственном университете телекоммуникаций и информатики по адресу: 443010, г. Самара, ул. Льва Толстого, 23.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 443010, г. Самара, ул. Льва Толстого, 23, ПГУТИ, диссертационный совет Д 219.003.01.

Автореферат разослан « ¡1') » декабря 2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук . "" О.В.Осипов

Общая характеристика работы Актуальность темы. KB радиосвязь является ввдом дальней связи, обладающей очень низкой стоимостью эксплуатации и не требующей арендной платы за эфирную частоту. Основньми недостатками KB связи являются низкая скорость передачи информации и сильная зависимость от ионосферных условий. До середины 70-х годов KB радиосвязь была основным видом магистральной связи, а в настоящее время является в большей степени резервным её видом. Большинство ведомств, использовавших ранее KB радиосвязь, сохранило и поддерживает в работоспособном состоянии весьма дорогостоящую инфраструктуру стационарных объектов KB связи. Однако, эффективность её использования крайне низкая, в первую очередь, из-за устаревшей аппаратуры передачи данных, обладающей низкой скоростью и помехоустойчивостью передачи. Традиционно использующиеся в настоящее время в KB модемах методы частотной и фазовой модуляции в сочетании с некогерентными и относительными видами приёма не могут обеспечивать далее существенного повышения скорост передачи. Для дальнейшего её увеличения без расширения полосы частот необход имо применение сигналов с большей спектральной эффективностью, что возможно только при использовании амплтудно-фазовой модуляции в сочетании с когерентным приёмом. А для сохранения высокой помехоустойчивости приёма сигналов данного вида, в свою очередь, необходимо использование современных способов обработки сигнала, важнейшими из которых являются методы модуляции и кодирования в настоящее время рассматриваемые, как правило, только в их неразрывной комбинации - кодированной мо^ляции. Одно из наиболее перспективных направлений развития частотно-эффегаивных методов кодированной модуляции связано с применением в них итеративных методов обработки сигнала.

Характерной особенностью передачи данных по KB каналу является необходимость борьбы с межсимвольной интерференцией (МСИ), вызванной многолучевым распространением сигнала в канале. Другой особенностью является многообразие возможных состояний KB канала и его изменчивость во времени. Исходя из этого, арсенал используемых методов для применения в KB связи должен бьпь очень широк.

В настоящее время более проработанными и чаще используемыми являются методы борьбы с МСИ, основанные на технологии OFDM. Однако в последнее время всё большее внимание уделяется последовательным алгоритмам. Отчасти это объясняется и тем, что произошедшая после появления турбо кодов революция в методах кодирования, распространившаяся и на смежные области обработки сигналов, в большей степени затронула последовательные алшршмы. Применение итеративных методов требует пересмотра многих подходов к выбору алгоритмов работы всех составных частей модема и новых методов их совместной оптимизации.

Большой вклад в развитие данного направления внесли следующие отечественные учёные: Борисов В.И., Горячкин О.В., Иванов В А., Каргашевский ВГ., Кловский ДД, Малышев И.И., Мариничев Е.Г., Нечаев Ю.Б., Николаев Б.И., Трифонов А.П., ФинкЛ-М, Хворостенко Н.П. и др. Из современных работ зарубежных авторов наиболее известны результаты исследований, полученные Bauch G., Benedetto S., Divsalar D., Dolinar S., Hagenauer J.,, Li X, Montorsi G., Narayanan 1С, Nieto J. W., Otnes R., Pollara F., Ramon V., Ritcey J. A., Schreckenbach F., Singer А. С., S ten Brink, Tuchler M.

Диссертационная работа посвящена решению актуальной задачи - исследованию и совершенствованию алгоритмов и устройств высокоскоростной передачи данных по радиоканалу в диапазоне КВ.

Целью работы является разработка алгоритмов обработки сигналов в модеме для высокоскоростной передачи данных по KB каналу с помехоустойчивостью, как можно более близкой к потенциальной, реализуемых как на существующей аппаратной плат-

форме, так и с учётом перспектив ее возможного, совершенствования,. Для достижения этой цели в работе решаются следующие задачи:

• разработка алгоритмов работы турбо эквалайзера последовательного модема, обладающих: приемлемой вычислительной сложностью реализации, устойчивых к погрешностям из-за конечной точности выполнения вычислений, учитывающих неточность оценок характеристик канала;

• разработка методов оценки характеристик канала: импульсной характеристики (ИХ) и статистики шума, обладающих приемлемой вычислительной сложностью и учитывающих специфику итеративной обработки сигнала на приёме, связанную с необходимость выполнения <аурбо принципов», и характерные особенности распространения радиоволн KB диапазона;

• экспериментальная проверка в ходе лабораторных и трассовых испытаний предложенных алгоритмов обработки сигнала, реализованных в макетах и опытных образцах KB модемов. Сравнительный анализ полученных характеристик с требованиями современных военных стандартов США и НАТО и характеристиками зарубежных аналогов.

Предмет исследования. Предметом исследования являются алгоритмы обработки сигнала для модемов передачи данных KB диапазона (выравнивания, оценки характеристик канала и тд.), основанные на современных принципах, используемых при декодировании итеративных кодов. Рассмотрены отдельные вопросы математического описания и моделирования каналов KB связи и создания их программно-аппаратных имитаторов для исследования и проверки новых принципов обработки.

Методы исследования. При проведении теоретических исследований использовании методы: теории вероятностей и математической статистки, статистической теории связи, теории информации, теории алгебраического кодирования, современные способы оптимизации при помощи алгоритмов эволюционно-генешческого поиска, по-луанапитические методы моделирования на основе технологии EXIT chart

Математическое моделирование выполнялось и использованием пакетов прикладных программ MatLab с расширением Simulink, а также программированием отдельных алгоритмов на языках С, С++ (компиляторы MS Visual Studio, Intel), Delphi и ассемблера для PC. При проведении математических расчётов использованы пакеты программ символьных и численных вычислений Maple и MathCad.

Экспериментальные исследования включают проведение лабораторных испытаний изготовленных макетов и опытных образцов изделий, реализующих пред ложенные варианты решения задач, на имитаторах каналов связи (в том числе и сертифицированных имитаторах KB канала зарубежного производства), а также проведение трассовых испытаний на малых и больших (до 1200 км) дальностях с использованием маломощных (до 5 Вт) и мощных (до 20 кВт) радиопередатчиков.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Новый метод синтеза манипуляционных кодов для итеративных систем приёма и полученные с его помощью коды для KB модемов.

2. Итеративный алгоритм работы схемы в виде трансверсального фильтра в качестве первой ступени обработки с линейным трансверсальным фильтром в цепи обратной связи с выхода декодера на вход эквалайзера, учитывающий неточность оценки ИХ и шума

3. Эвристический прием, используемый при итеративной обработке сигнала турбо эквалайзером, заключающейся в: I) добавлении на передающей стороне контрольной суммы CRC кода к каждому сегмешу кодового слова и 2) её проверке на приёме на выходе некоторых (или всех) SISO модулей (эквалайзера, декодера и тд.), пересчёта LLR бит в символы и обратно с соответствующим пересчётом выходных LLR данного модуля и коэффициентов фильтров прямой и обратной связи эквалайзера в зависимости от результатов проверки CRC.

4. Набор итеративных алгоритмов оценки вектора значений ИХ дискретного канала, пригодных для использования в турбо эквалайзере, т.е. способных воспринимать априорную информацию и удовлетворяющих требованию независимости оценки ИХ от априорной информации о символе, для оценки которого данная ИХ должна использоваться и обладающих приемлемой сложностью реализации и устойчивостью к погрешностям вычислений. Аналогичный набор итеративных алгоритмов получен для оценки характеристик помех.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан новый метод оптимизации манипуляционного кодирования для систем с итеративной обработкой сигнала, отличительной особенностью которого является учёт характеристик канала связи.

2. Предложен итеративный алшршм оценки параметров канала - вектора значений импульсной характеристики (ИХ) дискретного канала. Разработаны методы оценки, пригодные для использования в турбо эквалайзере, т.е. способные воспринимать априорную информацию и удовлетворяющие требованию независимости оценки ИХ от априорной информации о символе, д ля оценки которого данная ИХ должна использоваться. Дано объяснение экспериментально замеченного парадокса, почему самая точная оценка вектора значений ИХ - не самая лучшая с точки зрения верности оценки информационных символов. Предложен ряд методов оценки параметров канала, обладающих приемлемой вычислительной сложностью.

3. Предложен алгоритм работы турбо эквалайзера, учитывающий неточность оценки ИХ. Разработан ряд вариантов упрощённых вариантов данного алгоритма с невысокой вычислительной сложностью реализации, достигнутой за счёт использования: 1) приближённых методов расчёта коэффициентов фильтров прямой и обратной связи турбо эквалайзера (вычисляемых для каждого символа и на каждой итерации декодирования); 2) алгоришов работы турбо эквалайзера, не требующих постоянного пересчёта коэффициентов на каждом шаге обработки.

4. Предложен (и запатентован) эвристический алгоритм итеративной обработки сигнала турбо эквалайзером, основанный на использовании высокоскоростного обнаруживающего ошибки CRC кода, демонстрирующий улучшение характеристик модема при отклонении фактических статистических характеристик сигнала и шума от предполаг гаемых при проектировании (шум не белый и не обязательно гауссовский), а также приводящий к экономии вычислительных ресурсов.

Автором лично получено большинство аналитических результатов, приведенных в работе, проведены численные вычисления, в том числе с использованием специализированных пакетов программ MatLab, Maple и MathCad, разработаны алгоритмы и отлажена значительная часть программного кода на языках ассемблера, С и С++ (для сигнальных процессоров TMS6713 и PC).

Практическая ценность заключается в том, что:

1. Получены манипуляционные коды для сигнальных созвездий, стандартно исполу зуемых в KB модемах передачи данных, при разных методах помехоустойчивого кодирования, включающих как простые свёргочные, так и турбо коды, характеристики помехоустойчивости которых и величина энергетического выигрыша от их использования лучше, чем у ранее известных.

2. Предложены новые математические методы моделирования каналов KB связи и способы их аппаратной и программной реализации. На их основе разработан, сертифицирован как нестандартное метрологическое оборудование и выпускается имитатор KB канала «Силуэт ИК», использующийся при разработке и испьпаниях многих отечественных и некоторых зарубежных KB модемов.

3. Предложены практические алгоритмы обработки сигнала для модемов передачи данных, позволившие разработать высокоскоростной модем передачи данных «Силуэт», принятый в качестве основы построения комплекса дальней КВ радиосвязи.

4. На основе предложенных методов разработаны макеты модемов высокоскоростной передачи данных дня КВ радиостанций малой мощности для ТЗУ ВС РФ. Палевые трассовые испытания макетов подтвердили заявленные параметры пропускной способности и помехоустойчивости передачи данных. В настоящее время ведется разработка опьпных образцов радиостанций со встроенными модемами данного типа

5. На основании проведённого анализа, а также экспериментальных данных, полученных при помощи моделирования, лабораторных и трассовых испытаний, сделаны выводы относительно целесообразности использования тех или иных методов обработки сигнала модемом в перспективной аппаратуре передачи данных КВ диапазона Выводы сделаны с учётом технической реализуемости предлагаемых решений и ожидаемого технического прогресса в области построения каналообразующей аппаратуры (улучшения параметров РПУ в связи с переходом к методам ЦОС «с антенного выхода», повышения линейности трактов РПДУ и тд.). Данные вывода послужили обоснованием для выбора направлений исследований в рамках ряда НИР и ОКР по созданию соответствующих образцов техники. В большинстве случаев характеристики помехоустойчивости предлагаемых алгоритмов превосходаг требования современных стандартов США и НАТО и не уступают аналогичным для рада известных зарубежных модемов.

Реализация и внедрение результатов. Результаты работы использовались в ходе выполнения рада НИР и ОКР в ОАО «Концерн «Созвездие»: «Сгратег-Зоцд», «Сапфир», «Акведук», «Сердолик», «Силуэт», «Сприш», «Корвет», «Азарт», «Экспресс», и др., проводимых по заказам МО РФ и гражданских ведомств (МПСРФ), атакже в учебном процессе в Воронежском государственном университете, что подтверждается соответствующими актами о внедрении. В настоящее время на основе полученных результатов ведутся работы по созданию новых комплексов связи с характеристиками помехоустойчивости и пропускной способности, существенно превышающими аналогичные показатели аппаратуры связи предыдущего поколения.

Апробация. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на меядаународных и всероссийских научно-технических конференциях в г. Москве [34], Санкт-Петербурге [14,35,36], Казани [26], Самаре [25], Белгороде [21], Воронеже [12,13, 15,16-20,22-24,27-33].

Публикации. По теме диссертации опубликовано 40 печатных работ, в числе которых: одна коллективная монография, 10 статей в журналах из перечня, рекомендованного ВАК РФ для публикации результатов диссертационных работ, 20 полных текстов докладов на международных и всероссийских конференциях, 5 тезисов докладов, 4 патента РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Объём основной части диссертации - 176 стр. машинописного текста, в том числе 2 таблицы, 55 графиков и рисунков. Библиография насчитывает 157 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении диссертации отражена актуальность проблем, которым посвящена диссертация, указаны цели и методы исследования, дан обзор новых научных направлений в рассматриваемой области, сформулирована научная новизна, практическая ценность полученных результатов, итоги их экспериментальной проверки и внедрения. Кратко охарактеризованы методы построения приёмных устройств, использующих ме-' •годы итеративной обработки сигнала Показано, что они в корне отличаются от таковых без итеративной обработки. Проанализированы различные алгоритмы итеративной об-

работки сигнала модемом и практические способы уменьшения сложности их реализации, отличающиеся определенным соотношением вычислительных затрат и характеристик помехоустойчивости.

В первой главе предложены новые способы согласования кодированной модуляции с каналом связи при помощи манипуляционного кодирования и прекодера Показано, что в отличие сгг случая неитеративного приёма, при котором наилучшим выбором будет код Грея (или его разновидность), в рассматриваемой задаче выбор манипуляционного кода не является столь простым и однозначным, а должен удовлетворял, следующим противоречивым требованиям: 1) обладать низким порогом первоначальной сходимости итерационного алгоритма; 2) обеспечивать улучшение характеристик при увеличении количества априорной информации в ходе выполнения итераций. Поскольку в настоящее время не существует регулярных способов построения манипуляцион-ных кодов, то для поиска наилучших кодов используются методы перебора всех вариантов при помощи ЭВМ. Однако, при использовании многоточечных сигнальных созвездий и эти методы становятся неприменимы из-за чрезмерно большого объёма вычислений. Распространенным методом решения подобных задач является применение алгоритмов эволюционно-генетического поиска, в частности, алгоритма BS А. В работе предлагается вариант его модификации, суп. которой состоит: 1) в способе построения целевой функции стоимости; 2) в выборе критерия ранжирования списка сигнальных точек по величине вклада в целевую функцию на основе метода EXIT chart, а не путём расчёта при помощи спектра евклидовых расстояний кода. Достоинством этого подхода является учёт характеристик канала связи. При помощи разработанного метода получены оптимизированные манипуляционные коды для сигнальных созвездий, стандартно используемых в KB модемах передачи данных при разных способах помехоустойчивого кодирования, включающих как простые свёрточные, так и турбо коды. Для рассмотренных видов созвездий 16QAM найденные манипуляционные коды с высокой вероятностью являются наилучшими из возможных, а д тя созвездий 32 и 64QAM обеспечивают заметное улучшение характеристик помехоустойчивости го сравнению с известными (около 2 д Б по сравнению с кодом Грея) (рис. 1,2).

Другим способом улучшения согласования кодированной модуляции с каналом является использование перкодера Предложен его вариант, обеспечивающий большую, чем известные аналоги, гибкость при согласовании, основанный на использовании в прекодере простейшего перфорированного рекурсивного кода с полиномом вида

[.-<г\

Рис 1.

Рис2

Оптимизация параметров достигается с использованием компьютерного перебора всех вариантов построения матрицы прокалывания с учётом ограничений на её структуру. Критерием оптимальности является требование максимума передаточной функции F.X1T chart в конечной точке при обеспечении порога первоначальной сходимости и отсутствии преждевременного пересечения передаточных кривых отдельных модулей.

Во второй главе исследуется влияние точности оценок характеристик канапа связи на помехоустойчивость приёма В качестве модели дискретного канала использовался её вариант, описывающий отображение непрерывного канала на дискретный и, в простей-

шем случае, имеющий вид hu = а

. Показано, что

5„ + а^'* sine (и - А - r/7'-(L- 1)/2) ошибка оценки вектора ИХ может представляться аддитивной: h = h + дь, её точность характеризуется е\ = £ ДЛ,2 jy J^h; , а точность оценки дисперсии аддитивного шума

/Л. = Е{а])/а]. Пример поверхности BER, характеризующий совместное влияние точности оценки вектора отсчётов ИХ и дисперсии шума, представлен на рис. 3.

Предложены методы итеративной обработки, учитывающие неточность оценок характеристик канала. Задача состоит в поиске оптимального вектора коэффициентов линейного эквалайзера а„ и вида функциональной зависимости сигнала обратной связи с выхода декодера для модели канала вида у„ = н„х„ + w„,

1.CE-U1 1.DE-Q2 BER ' .Сс-УЗ I.CE.Od-i.GE-OS-1.0E-0S-

Оценка дисперсии ш/ма дисперсия шума. дБ

Нормиров.

СКО оценки ИХ.

Рис.3

т.е. в поиске оптимальных оценок информационных символов в виде х„ = я'пу„ - 4 по критерию минимума СКО вида

: = аг|тт ^^ .|*„ - х„ |2; - ,

где н„ и -А„ - известные оценки неизвестных канальной матрицы н„ и вектора отсчётов помехи \у„.Полученное решение имеет вид:

, f„ - я„ H„\„ .

Показано, что в частных случаях оно переходит в соответствующее известное решение.

Предложено несколько упрощённых робастных алгоритмов существенно меньшей вычислительной сложности, основанных на упрощениях полученного оптимального и эвристических соображениях, вытекающих из анализа экспериментальных данных. Характеристики их в сравнении с оптимальным робастным и алгоритмом, предполагающим точность оценок неизвестных параметров канала, приведены на рис. 4,5.

точн. роб. алгоритм, ЕЬ/Ыо=14 с!В точи роб. алгоритм, ЕЬ/Ыо=18 с!В точн. роб. алгоритм, ЕЬ/Мо=22 с^В

стандартный алгоритм ~о~точный робастный алгоритм 1А 1-й упрощённый алгоритм -О-2-й упрощённый алгоритм

Нормированная СКО оценки

Рис.5

В третьей главе исследуются методы оценок ИХ и статистики шума с учётом специфики итеративной обработки, связанной с необходимостью выполнения «турбо принципов», для исключения нежелательной обратной связи. Показано, что опшмальные методы оценки сложны для практической реализации. Предложены суботпимальные методы оценки ИХ, обладающие приемлемой вычислительной сложностью, основанные на: ^покомпонентном оценивании вектора отсчётов ИХ, не требующем обращения матриц большого размера, 2) использовании специальной ленточной структуры некоторых обращаемых матриц, 3) приближённых методах обращения, учитывающих близость матриц к д иагональному вцду, 4) диагональной аппроксимации обращаемых матриц. Получены характеристики вышеназванных процедур. Рассмотрены вопросы вычислительной сложности и численной устойчивости к погрешностям вычислений предложенных процедур оценки. Проведено сравнение характеристик предлагаемых методов при условии равенства вычислительных заярат на реализацию.

В случае наличия достаточной априорной информации о передаваемых информационных символах лучшие результаты по критерию соотношения точности оценки к сложности реализации демонстрирует алгоритм линейного оценивания по минимуму среднего квадрата ошибки. В отсутствии достаточной априорной информации о передаваемых символах наилучшим выбором будет предложенный несмещённый вариант оценки по минимуму наименьших квадратов.

Предложены методы оценки дисперсии шума и рассмотрены их характеристики. Разработанные методы оценивания основаны на использовании информации, содержащейся как в известных на приёмной стороне тестовых вставках, так и в неизвестных информационных символах, информация о которых доступна в форме «мягких» решений-логарифмических правдоподобий оцениваемых бит (или символов) демодулятором и/или декодером.

Рассмотрено влияние на точность оценок отклонений фактических статистических характеристик логарифмических правдоподобий (ЫЛ) оцениваемых бит, формируемых декодером, сгг допущений, используемых при построении алгоритмов. Показано, что часто встречающееся на практике (из-за погрешностей вычислений и отклонения статистики помех от предполагаемой) нарушение теоретического соотношения между дисперсией игик и матожиданием /иим ЫЛ может оказывать существенное влияние на точность оценки импульсной характеристики канала Предложен метод модификации различных способов оценки ИХ, улучшающий их характеристики в данном случае ценой незначительного снижения характеристик при идеальном формировании ЫЛ декодером (рис 6). Показано, что влияние вышеназванных отклонений на точность оценки дисперсии шума (в отличие от случая оценки ИХ) незначительное.

—*—м=». ВЕП=0.5 ВЕЕ=Ч.23И ВЕ11=о.15<> ™Ь-ц=4. ВЕК=(М17У -Ц-д-8. ВЕК=и 1123

Рис. 6 Рис. 7

Зависимость отноаггеяьного интегрального СКО предложенного метода оценки от величины отношения сигнал/шум при различной степени достоверности априорной информации о декодированных символах приведена на рис. 7.

.,..,..,«к Показано, что в отличие от сходимо-

сти итерационного процесса оценки информационных символов, итерационный процесс оценки отсчётов импульсной характеристики и дисперсии шума не требует большого количества итераций и может выполняться только на первых итерациях работы алгоритма приёма (практически на двух - четырёх для оценки ИХ и пяти - одиннадцати при оценке дисперсии шума). Предложен критерий прекращения уточнения оценки канала в ходе выполнения итераций.

Рис.8

Проведённое моделирование итеративного алгоритма приёма в целом демонстрирует, что использование специально предназначенных для него методов оценивания канала заметно улучшает характеристики помехоустойчивости приёма полезной информации.

В четвёртой главе рассмотрена работа высокоскоростного KB модема, разработанного на основе предложенных итеративных методов обработки сигнала

Приведены результаты лабораторных измерений характеристик помехоустойчивости, выполненных с использованием разработанного сертифицированного и зарубежного (MDM-3001 фирмы Rockwell) имитаторов KB канала по стандартным методикам, в ходе которых установлено, что параметры предлагаемого варианта построения модема превосходят требования современных военных стандартов США и НАТО и не уступают аналогичным показателям известных зарубежных образцов модемов.

Приведены результаты экспериментального определения характеристик, полученные в ходе серии трассовых испытаний, проводившихся на трассах: 1) 1200 км (Москва-Краснодар); 2) 495 км (Москва-Воронеж) 3) 90 км (Пихра-Львовка, через Москву) с использованием передатчиков большой (до 20 кВт) и средней (до 500 Вт) мощности и 4) в ходе серии большого числа полевых испытаний на коротких (до 50 км) трассах с передатчиками малой мощности (до 5 Вт).

Время (GM1), ч

Рис. 10

Типичный вид двумерного спектра задержек реального канала, экспериментально полученный при помощи анализа временных срезов передаточной функции с помощью метода параметрического оценивания MUSIC, показан на рис. 8. Этот пример, как и другие приведённые данные, демонстрирует, что модовый состав и его характеристики могут быть достаточно точно и однозначно оценены. Средняя скорость за количество сеансов N к -1 (гА)/х 1 > гае К - количество инф. бит, г -

длительность /-го сеанса Трассовые испытания Москва-Краснодар впервые экспериментально подтвердили возможность достижения высоких скоростей передачи данных. Максимальная скорость передачи информации составила 12744 бит/с, средняя скорость передачи информа ции-10812биг/с., а средняя пропускная способность - 9369 бит/с. Гистограмма распределения сеансов по информационной скорости на трассе Москва-Краснодар (1200 км) изображена на рис. 11. Типичные прогнозные величины SNR на трассах а) Москва - Краснодар и б) Москва-Воронеж на один из дней проведения испытаний и выбираемые частоты радиосвязи представлены на рис.9,10. Ионосферные условия, в которых проходили испытания, могут быть охарактеризованы рис. 9,10, на котором изображена спектрограмма (с линиями равного уровня) прогнозной величины от-

Рис.

ношения сигнал/шум для одного из дней проведения испытаний и реально выбиравшиеся частоты сеансов радиосвязи. По расчётным данным наблюдаемыми модами являлись: 1Е, 11^2,2Р2,1 Ее, 2В;, преобладающими (в разное время) были 1 ¥2 и 1 Еб. Интервал мно-голучёвости доход ил до 4 мс (между 2Р и 1Е). На достаточном объёме экспериментальных данных продемонстрирована неполная корреляция величины отношения сигнал/шум и ВЕИ, что свидетельствует о существенном влиянии других параметров канала на достоверность. Также отмечено, что расчётная оптимальная рабочая частота (ОРЧ), даже будучи точно предсказанной, не обязательно является действительно наилучшей и зависит от метода обработки сигнала модемом. Показано, что несовпадение связано с существующей методикой выбора ОРЧ, которая учитывает только энергетические параметры канала связи и не принимает в расчёт его более «гонкую» структуру, как то: статистические параметры отдельных модов, их взаимные задержки и тд. Выводы подтверждаются анализом выбора предположительно наилучших для связи частот и их сравнением с ОРЧ (рис. 9,10).

Средняя скорость информационного обмена за все время проведения испытаний Москва-Воронеж составила 8079 бит/с. Количество сеансов со средней скоростью передачи информации более 9000 бит/с составило 303%. Максимальная скорость передачи, достигнутая во время проведения испытаний, составила 14342 бт/с. Аналогичная обработка проведена для всех остальных трассовых и полевых испытаний.

В заключении подведены итоги, кратко охарактеризованы основные полученные в диссертации научные и практические результаты, указаны наиболее перспективные, по мнению автора, направления дальнейшего продолжения работ в данной области.

Основные результаты диссертационной работы, полученные в ходе теоретического анализа, моделирования и лабораторной проверки следующие:

1. Получены манипуляционные коды для сигнальных созвездий, используемых в КВ модемах передачи данных, предназначенные для итеративных алгоритмов приёма

2. Разработан ряд практических алгоритмов итеративного приёма, обладающих: приемлемой вычислительной сложностью при минимальном ухудшении характеристик помехоустойчивости, а также учитывающих неточность оценки характеристик канала.

3. Разработаны (и запатентованы) эвристические алгоритмы итеративной обработки, уменьшающие количество итераций и повышающие робастностъ по отношению к отклонению статистических характеристик канала и помех от предполагаемых.

4. Предложен рад практически реализуемых алгоритмов оценки ИХ канала и статистики шума, учитывающих специфические требования итеративной обработки.

Основные экспериментальные результаты, полученные в ходе проведения трассовых испьпаний и обработки их результатов:

1. Подтверждена работоспособность разработанных алгоритмов функционирования модема на реальных радиотрассах и доказана возможность достижения высокой скорости передачи данных (более 9600 бт/с при вероятности ошибки менее1 °"5).

2. Набрана статистика достаточного объема, по которой проведена оценка потенциально достижимой скорости передачи данных системой КВ связи, построенной на основе пред лагаемого модема и использующей тот или иной вариант канального протокола

3. В результате обработки полученных экспериментальных данных определена верхняя граница информационной скорости при использовании канального протокола и точные значения скорости информационного обмена при использовании простейшего канального протокола, заключающегося в повторе недекодированных блоков (аналогичного используемому в КТС «Сердолик»). Проведён анализ экспериментальной статистики распределения ошибок на частотно временной плоскости, подтвердивший возможность незначительного (порядка 10 - 30%) снижения средней информационной скорости в случае использования канального протокола с оптимально выбранными па-

раметрами и свидетельствующий, что используемые в предлагаемом модеме методы хорошо сочетаются с современными вилами канальных протоколов.

4. Показано, что большую, чем ранее, роль должны играть как методы частотной адаптации, так и методы многопараметрической адаптации параметров модема

5. Установлено, что серийно выпускаемые в настоящее время радиосредства, по своим параметрам (в первую очередь, линейности трактов и динамическим характеристикам АРУ), не рассчитаны на рабсяу с современными частшш-эффекптными визами сигналов, необходимыми для высокоскоростной передачи данных.

6. Проведенное экспериментальное исследование особенностей влияния трактов существующей каналообразующей аппаратурой на новые виды сигналов позволило сформулировать требования по их совершенствованию в аппаратуре следующего поколения.

7. Показано, что методика выбора оптимальных рабочих частот требует учёта большего количества параметров канала, существенно влияющих на характеристики помехоустойчивости, а также учета вид а сигнала и методов ею обработки модемом.

Перечисленные в работе теоретические и экспериментальные результаты в совокупности решают важную научную задачу проектирования высокоскоростных и помехоустойчивых модемов передачи данных для систем связи КВ д иапазона и являются обоснованием наиболее рациональных направлений проведения НИР и ОКР по созданию соответствующих образцов техники. Представленное решение задач имеет большое значение с точки зрения повышения обороноспособности страны, улучшения оснащённости специальных служб, гражданских ведомств и коммерческого использования.

Основные работы, опубликованные по теме диссертации

Коллективная монография:

1. Нечаев ЮБ. Моделирование развития информационно-телекоммуникационных систем (Текст] / Ю.Б.Нечаев, ЮБ.Сидоров, ААМалютин; под ред. проф. АБ. Бабкина-СПб: СингезБук, 2009. - 383 с.

Статьи в научных изданиях, входящих в перечень рекомендованных ВАК:

2. Нечаев ЮБ. Манипуляционные коды для систем с итеративной обработкой принимаемого сигнала [Текст] / Ю.Б.Нечаев, ААМалклин// Инфокоммуникационые технологии.-2009. -№ 1.-С. 7 -17.

3. Нечаев ЮБ. Прекодер для модемов с итеративной обработкой принимаемого сигнала ¡Текст] / Ю.БНечасв, ААМалютин // Научно-технические ведомости СПбППУ. -2009. -№2. -С. 70 -74.

4. Нечаев ЮБ. Современные методы частошоэффекшвной кодированной модуляции. Часть I Универсальные метода анализа и оптимизации параметров [Тексту Ю.Б.Нечаев, ААМалютин // Теория и техника средств связи. -2009. -№ 1. - С. 57 - 66.

5. Нечаев ЮБ. Методы оценки параметров многолучевого канала связи при итеративных алгортмах приёма (Текст] / Ю.Б.Нечаев, ААМалютин // Теория и техника средств связи,-2009. -№2,-С. 13-25.

6. Нечаев ЮБ. Современные методы частотно-эффекшвной кодированной модуляции. Часть П.. Сравнительный анализ результатов моделирования [Текст] / ЮБ.Нечаев, А. АМалюган // Теория и техника средств связи. -2009. - №2. -С. 5 -12.

7. Нечаев ЮБ. Помехоустойчивость итеративных алгоритмов приёма в многолучевых каналах с неточно известными параметрами. [Текст] / ЮБ.Нечаев, ААМалютин, П.Н.Радько // Теория и техника средств связи. -2009. - №4. -С. 23 - 28.

8. Евженков A.C. Определение длительностей флуктуирующих интервалов дискретизации [Текст] / А.СЕвженков, Г.В.Горелов, ААМалютин // Техника средств связи. Техника радиосвязи. -1986. -Вып.4. - С.47-50.

9. Борзаков Е.Г. Помехоустойчивость приема широкополосных сигналов со скачкообразным изменением частоты (Текст] / ЕГБорзаков, ААМалютин // Техника средств связи. Техника радиосвязи.-1988. - ВыпЗ. - С39-45.

10. Хабаров Е.О. Анализ, влияния обратной связи по решению при обработке сигналов в каналах с межсимвольной интерференцией на ограниченном интервале анализа [Текст] / О.Е.Хабаров, А.А.Малюшн //Инфокоммуникационые технологии.-2008. - №1. -С. 44-49.

11. Малютин А А. Спектральные плотности частотноманипулированных сигналов с ППРЧ [Текст] / АА.Малнлин // Техника средств связи. Техника радиосвязи. - 1989. -Вып.7.-С.71-75.

Статьи в материалах и сборниках трудов научных конференций:

12. Нечаев ЮБ. Алгоришы построения манипуляционных кодов для итеративных методов кодированной модуляции. [Текст]/ЮБНечаев, ААМалютин//Материалы IX международной конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии», Воронеж, 2009 г. -Воронеж: ВГУ, 2009. -С. 124-128.

13. Нечаев ЮБ. Прекодер для схем кодированной модуляции с двоичным переме-жением. [Текст]/ ЮБНечаев, А.АМалютин // Материалы ЕХ международной конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии», Воронеж, 2009 г. - Воронеж: ВГУ, 2009.-С. 128-132.

14. Нечаев ЮБ. Прекодер для модемов с итеративной обработкой принимаемого сигнала и модулявдей совмещённой с кодированием Текст] / ЮБНечаев, ААМалклин // Сборник докладов научно-практической конференции «Перспективы развития телекоммуникационньк систем и информационные технологии», Санкт-Петербург, 2009 г.-СПб.: изд-воПолитехнич. ун-та,-2009.-С. 149-154.

15. Нечаев ЮБ. Методы оценки импульсной характеристики многолучевого канала связи при итеративных алгоритмах приёма [Текст] / ЮБ.Нечаев, ААМалклин // Материалы XV международной конференции «Радиолокация, радионавигация, связь», Воронеж, 2009 г. - Воронеж: ОАО Концерн «Созвездие», 2009. -С. 679 - 690.

16. Нечаев ЮБ. Алгоритмы построения манипуляционных кодов для итеративных методов кодированной модуляции [Текст] / Ю.Б.Нечаев, ААМалклин // Материалы XV международной конференции «Радиолокация, радионавигация, связь», Воронеж, 2009 г. - Воронеж: ОАО Концерн «Созвездие», 2009. -С. 703 - 715.

17. Нечаев ЮБ. Критерии выбора и способы оптимизации параметров итеративных методов частотно-эффективной кодированной модуляции [Текст] / ЮБНечаев, А А.Малютин // Материалы XV международной конференции «Радиолокация, радионавигация, связь», Воронеж, 2009 г. - Воронеж: ОАО Концерн «Созвездие», 2009. -С. 691-702.

18. Нечаев ЮБ. Прекодеры для модемов с итеративными видами кодированной модуляции (Текст] / ЮБ.Нечаев, ААМалютин // Материалы XV международной конференции «Радиолокация, радионавигация, связь», Воронеж, 2009 г. - Воронеж: ОАО Концерн «Созвездие», 2009. -С. 730 - 736.

19. Нечаев ЮБ. Сравнительный анализ экспериментальных характеристик помехоустойчивости итерашвных методов частшноэффекгивной кодированной модуляции [Текст] / ЮБ-Нечаев, ААМалклин // Материалы XV международной конференции «Радиолокация, радионавигация, связь», Воронеж, 2009 г. - Воронеж: ОАО Концерн «Созвездие», 2009. -С. 720 - 729.

20. Малклин А А. Турбо-эквалайзер последовательного модема с комбинированной обратной связью [Текст] / ААМалклин, ДВМеркулов // Материалы XV международной конференции «Радиолокация, радионавигация, связь», Воронеж, 2009 г. - Воронеж: ОАОКонцерн «Созвездие», 2009.-С. 716-720.

21. Нечаев ЮБ. Критерии выбора и способы оптимизации параметров итеративных методов частотно-эффективной кодированной модуляции. [Текст] / ЮБНечаев, ААМалютин, МЮ.Ощоров // Труды международной научно-технической конференции «Компьютерные науки и технологии», Белгород, 2009 г. - Белгород БГУ, 2009. -С. 77-81.

22. Малюгин А.А. Способ итеративной обработки сигнала для последовательного модема (турбо эквалайзер) (Текст] / ААМалклин, Д.В .Меркулов, АГ.Славчев // Материалы XIV международной конференции «Радиолокация, радионавигация, связь», Воронеж, 2008 г. - Воронеж: ОАО Концерн «Созвездие», 2008. - Т.2. -С. 1001 -1008.

23. Малюгин АА Высокоскоростной КВ-УКВ дуплексный радиомодем, использующий механизмы распространения радиоволн путем отражения от ионизированных слоев- ионосферы и метеорных следов {Текст] / ААМшцсгшн, ДВ-Меркулов, АГ.Ставчев // Материалы XIV международной конференции «Радиолокация, радионавигация, связь», Воронеж, 2008 г.-Воронеж ОАО Концерн «Созвездие», 2008.-Т2. - С. 1009-1012.

24. Малюгин А А Турбо эквалайзер для последовательного модема, использующий обработку сигнала в часготно-временнэй области. [Текст! / А АМалклин, ДБ .Меркулов // Материалы XIV международной конференции «Радиолокация, радионавигация, связь», Воронеж, 2008 г. - Воронеж: ОАО Концерн «Созвездие», 2008. - 12. -С.1013-1025.

25. Малютин АА. Использование методов итеративной обработай сигналов в высокоскоростных последовательных модемах. [Текст] / ААМалнлин, ДВ .Меркулов // Тезисы докладов VII Международной научно-техничеснэй конференции «Фишка и технические приложения волновых процесоов», посвященной 150-летию со дня рождения А.С. Попова: Приложение к журналу «Физика волновых процесоов и радиотехнические системы» / Под ред. В А. Неганова и ГЛ Ярового. - Самара: Сам^хжое книжное издательство. -2008. - С. 69-70.

26. Нечаев ЮБ. Высокоскоростной последовательный КВ модем, испсшлтоший игерашвные методы обработки сигнала. [Текст} / ЮБЛечаев, ААМалклин II Материалы IX международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций», Казагах,2008 г. -Казань: ,2008.-£.192-193.

27. Малюгин АА Имитатор КВ-УКВ радиоканалов [Текст] / А АМалклин, ДВ .Меркулов, АГ.Славчев // Материалы ХШ международной конференции «Радиолокация, радионавигация, связь», Воронеж, 2007 г. - Воронеж ОАО Концерн «Созвездие», 2007.-Т2.-С. 1124-1130.

28. Григорьев СИ Оценка качества каналов связи с помехоустойчивым кодированием [Текст] / СМГригорьев, ИВДавьщов, ААМалютин, ДБ.Мер^лоа// Материалы IX международной- конференции «Радиолокация, радионавигация« связь»,- Воронеж, 2003 г.-Воронеис ВНИИС; 2003.-Т^.-С. 762-774.

29. Малютин АА Разработка канальных протоколов передани данных для высокоскоростных систем связи КВ диапазона, использующих частотно-эффектвные методы модуляции, совмещенные с турбокодированием [Текст] / АА-Матюган // Материалы IX международной конференции «Радиолокация, радионавигация, связь», Воронеж, 2003 г.-Воронеж: ВНИИС,2003.-Т2. -С. 775 -786.

30. Григорьев С.И. Соврелвнные методы математического описания и моделирования каналов КВ связи [Текст]; / СШригорьев, ИВДавьщов, ААМалклин, АВ.Сгромов // Материалы 111 международной научнсутвшической конференции «Кибернетика и технологии XXI века», Воронеж, 2002 г. - Воронеж ВГУ, 2002. -С. 385 -

31. Малютин А А Синтез ансамбля сигналов с прошвешьнойбаэойи гарантированными максимальными выбросами корреляционных функций [Текст] / ААМашлин, СМГригсрьев, ИВДавьщов, АВ.Стромов // Материалы Ш международной научно-технической конференции «Кибфнегика и технологии XXI века», Воронеж, 2002 г. -Воронеж: ВГУ, 2002-С. 412-416.

31 Григорьев СИ. Исследование способов совмещения частотно-эффективных видов модуляции с турбокодированием в КВ каналах [Текст] / СИГригорьев, ИВДавьщов, ААМалюгин, АВ.Стромов // Материалы Ш- международной научно-технической конференции «Кибернетика и технологии XXI века», Воронеж, 2002 г. -Воронеж! ВГУ, 2001-С. 400 -411.

33. Григорьев СИ Особенности техиичесюй реализации способа противодействия комплексу помех в симшкшюйКВ-радиолинии с СОТОМ [Текст] / СИГригорьев; ИВДавьщов, АА-Матютин, ВИОвсяиников, ЕИРубцов, АВ.Стромов. // Материалы III международной научно-ттаадачесхойюнференцив «Кибернетика № технологии XXI века», Ворошж, 2002 г. - Воронеж ВГУ,200& -С. 380 - 384.

-16-

г

34. Малютин АА. Влияние точности измерения показателя качества канала связи на эффективность частотой адаптации (Текст] / ААМалкяин // Материалы второй межведомственной конференции «Научно-техническое и информационное обеспечение деятельности спецслужб. Сер. Радиоэлектроника, радиосвязь и сети связи», Москва, 1998 г. - М.: Институт криптографии информатики и связи академии ФСБ РФ, 1998. - С. 66-67.

35. Нечаев Ю.Б. Влияние точности оценок характеристик многолучевого каната связи на помехоустойчивость модемов с игератишюй обработкой сигнала. [Текст] / КЖНечаев, ААМшютин МЮ.Сидоров // Тезисы докладов Ш Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы» Люд ред. ВА. Неганова и ГЛ. Ярового, Санкт-Петербург, 2009 г. - СПб.: изи-во Патигехнич.у№та, 2009.-С. 37-38.

36. Нечаев ЮБ. Итеративный алгориш обработки сигнала эквалайзером, учитывающий неточность оценок характеристик многолучевого каната связи. [Текст] / КШНечаев, А АМапклин, ПК Радько // Тезисы докладов УШ Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», приложение к журналу «Фюика волновых процессов и радиотехнические системы» /Под ред. ВА. Неганова и ГЛ. Ярового, Санкт-Петербург, 2009 г. - СПб.: изд-во Полигехнич.у№та, 2009.-С. 38-39.

Патнпы на изобретения и полезные модели:

37. Способ итеративной обработки сигнала для последовательного модема и устройство, его реализующее (варишпы) [Текст]: пат. 2369032 Рос. Федерация: МПК Н 04 Ь29/02 / Малютин АА, Меркулов Д.В.; заявитель и патентообладатель ОАО Концерн «Созвездие»; №2008114587,09; заявл. 14.042008; опубл. 27.092009, Бюл. № 27.

38. Адаптивное вдёмное устройство шумоподобных сигналов ¡Текст]: пат. 2128881 Рос. Федерация: МПК Н 04 В1/10 / Волошин Л А, Еифимов ЕЛ, Малютин АА, Сапрыкин В А; заявитель и пшенгообладагель Воронежский нау^шо-исслеяовагельский ин-сппуг связи; №97121019/09; заявл. 16.12.97; сшбл. 10.04.99, Бюл. № 10. ?

39. Имитатор коротковолнового канала [Текст]: пат. 65327 Рос. Федерация: МПК Н 04 В17/10 / Малютин А А, Меркулов ДВ4 заявитель и патентообладатель ОАО Концерн «Созвездие»; №2007111180Ш; заявл. 26.032007; опубл. 27.072007, Бюл № 21.

40. Имитатор метеорного канала. [Текст]: пат. 71493 Рос. Федерация: МПК Н 04 В17/00 / Малюгин А А, Меркулов ДВ, Славчев АГ.; заявитель и патентообладатель ОАО Концерн «Созвездие»; №2007136470/22; заявл. 02.102007; опубл. 10.032008, Бюл. №7.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и

информатики» 443010, г. Самара, ул. Льва Толстого 23.

Отпечатано фотоспособом в соответствии с материалами, представленными

_заказчиком_

Подписано в печать 15.12.09г. Формат 60х84'/!6 Бумага писчая№1. Гарнитура Тайме.

_Заказ 555. Печать оперативная .Усл. печ. л.0.92. Тираж 130 экз._

Отпечатано в издательстве учебной и научной литературы Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики 443090, г. Самара, Московское шоссе 77. т. (846) 228-00-44

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОГЛАСОВАНИЕ КОДИРОВАННОЙ МОДУЛЯЦИИ С КАНАЛОМ СВЯЗИ ПРИ ИТЕРАТИВНЫХ МЕТОДАХ ПРИЁМА.

1.1 Манипуляционные коды для систем с итеративной обработкой принимаемого сигнала.

1.1.1 Введение.

1Л.2 Известные манипуляционные коды.

1.1.3 Критерии выбора метода манипуляционного кодирования для итеративных систем.

1.1.4 Способы формального описания манипуляционного кодирования и подход на основе метода EXIT chart.

1.1.5 Алгоритмы построения манипуляционных кодов для систем с итеративной обработкой.

1.1.6 Краткое описание алгоритма BSA и его формализация для рассматриваемой задачи.

1.1.7 Построение целевой функции стоимости для алгоритма BSA

1.1.8 Начальная инициализация алгоритма BSA.

1Л.9 Предлагаемый критерий ранжирования сигнальных точек для алгоритма BSA.

1.1.10 Вывод аналитических выражений для безусловной и условной передаточных функций демодулятора.

1.1.11 Методы приближённого вычисления передаточной функции демодулятора.

1.1.12 Результаты поиска оптимальных манипуляционных кодов и их анализ.

1.2 Использование прекодеров в модемах с итеративной обработкой принимаемого сигнала.

1.2.1 Ведение и постановка задачи выбора прекодера.

1.2.2 Известные варианты схем прекодеров.

1.2.3 Предлагаемый подход к выбору и оптимизации прекодера.

1.2.4 Результаты моделирования работы прекодера.

Выводы.

ГЛАВА 2. ИТЕРАТИВНЫЕ АЛГОРИТМЫ ПРИЁМА ДЛЯ МНОГОЛУЧЕВЫХ КАНАЛОВ С НЕТОЧНО ИЗВЕСТНЫМИ

ПАРАМЕТРАМИ.

2.1 Помехоустойчивость итеративных алгоритмов приёма в многолучевых каналах с неточно известными параметрами.

2.1.1 Введение.

2.1.2 Формальная постановка задачи.

2.1.3 Результаты моделирования.

2.2. Разработка робастных итеративных алгоритмов приёма для каналов с неточно известными параметрами.

2.2.1 Итеративные робастные алгоритмы обработки сигнала во временной области при неточном оценивании характеристик канала связи.

2.2.2 Постановка и формальное математическое описание рассматриваемой задачи.

2.2.4 Оценка вычислительной сложности алгоритма и методы её уменьшения.

2.2.5 1-й упрощённый вариант робастного алгоритма.

2.2.6 2-й упрощённый вариант робастного алгоритма.

2.2.7 Результаты моделирования.

2.3 Способ итеративной обработки сигнала с использованием контрольных сумм для сегментов кодового слова.

2.3.1 Формальное описание задачи.

2.3.2 1-й вариант.

2.3.3 2-й вариант.

2.3.4 Моделирование работы. Анализ помехоустойчивости и экономии вычислительных затрат.

Выводы.

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ МНОГОЛУЧЕВОГО КАНАЛА СВЯЗИ ПРИ ИТЕРАТИВНЫХ АЛГОРИТМАХ ПРИЁМА.

3.1 Введение.

3.2 Классификация алгоритмов оценки параметров канала.

3.3 Общий подход к проблеме оценки информационных символов при неточно известных параметрах канала с МСИ. Оптимальные по различным критериям алгоритмы.

3.4 Субоптимальный алгоритм совместного оценивания канала и информационных символов.

3.5 Субоптимальный алгоритм раздельного оценивания канала и информационных символов.

3.6 Модель системы и формальная постановка задачи.

3.7 Особенности методов оценивания канала при итеративных алгоритмах приёма.

3.8 Алгоритмы оценки параметров канала с использованием точно известных (пилотных) и неизвестных информационных символов.

3.8.1 Оценка наименьших квадратов (LS) и взвешенная оценка по минимуму квадратов ошибок (WLS).

3.8.2 Алгоритм оценки по минимуму СКО (minimum mean-squared error,

MMSE).

3.8.30ценка по максимуму апостериорной вероятности (maximum а posteriori, MAP).

3.9 Методы оценки канала связи при итеративных способах обработки сигнала на приёме.

3.9.1 Максимально правдоподобный (ML) алгоритм.

3.10 ЕМ алгоритм оценивания вектора отсчётов импульсной характеристики.

3.10.1 Способы уменьшения вычислительной сложности оценивания с помощью ЕМ алгоритма.

3.10.2 Субоптимальный алгоритм итерационного оценивания канала и информационных символов на основе ЕМ алгоритма.

3.11 Линейная несмещённая оценка с минимальной дисперсией (best linear unbiased, BLU).

3.12 Линейная оценка по минимуму среднего квадрата ошибки (LMMSE)

3.13 Методы оценки дисперсии шума.

3.14 Моделирование и анализ результатов.

Выводы.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫСОКОСКОРОСТНОГО KB МОДЕМА.

4.1 Результаты лабораторных испытаний.

4.1.1 Введение.

4.1.2 Краткое техническое описание макетов и опытных образцов разработанных модемов.

4.1.3 Результаты лабораторных испытаний.

4.2 Результаты трассовых испытаний.

4.2.1 Результаты трассовых испытаний Москва-Краснодар.

4.2.2 Результаты трассовых испытаний Москва-Воронеж.

Выводы.

КВ радиосвязь является самым дешёвым видом дальней связи, обладающей очень низкой стоимостью эксплуатации и не требующей арендной платы за эфирную частоту. Основными недостатками КВ связи являются низкая скорость передачи информации и подверженность частым и достаточно продолжительным (иногда до суток) потерям связи из-за ионосферных возмущений и, в целом, сильная зависимость от ионосферных условий. До середины 70-х годов КВ радиосвязь была основным видом магистральной связи, а в настоящее время является в большей степени резервным её видом. Большинство ведомств, использовавших ранее КВ радиосвязь в качестве основного вида дальней связи, сохранило и поддерживает в работоспособном состоянии весьма дорогостоящую инфраструктуру стационарных объектов КВ связи -парк мощных радиопередающих устройств, антенные поля и т.д. Однако эффективность её использования крайне низкая, в первую очередь, из-за использования устаревшей аппаратуры передачи данных, обладающей низкой скоростью и помехоустойчивостью.

В настоящее время в РФ не существует находящихся в эксплуатации систем КВ радиосвязи, обеспечивающих скорость передачи данных более 2400 бит/с, а большинство находящихся в эксплуатации систем работает на гораздо более низкой скорости. Несомненно, системы КВ радиосвязи обязательно будут сохраняться и в будущем, поскольку обладают уникальными достоинствами, заключающимися в способности сохранять работоспособность в условиях природных и искусственных катаклизмов, невозможности полного подавления при помощи искусственных помех и обладают большими резервами повышения пропускной способности.

В последнее время в мире наблюдается «возрождение» КВ радиосвязи, что связано с прогрессом в области цифровых методов передачи информации и возможностью реализации сложных методов цифровой обработки сигналов на новой элементной базе.

Известно, что ввиду сложности механизма распространения радиоволн КВ диапазона, большого разнообразия условий приёма и помеховой обстановки высокоскоростная КВ радиосвязь требует очень сложных алгоритмов обработки сигнала, методов его приёма и протоколов передачи данных. Не существует общепринятых стандартов и конкретных рекомендаций по реализации данных методов за исключением, быть может, только КВ радиосвязи тактического звена, используемой на небольших расстояниях. И даже в этой области большинство фирм помимо стандартных используют собственные фирменные решения (являющиеся, разумеется, ноу-хау фирм разработчиков), которые превосходят по характеристикам рекомендуемые стандартами. В области дальней КВ радиосвязи каждая страна или даже разные ведомства внутри одной страны используют самые разные форматы сигналов и протоколы ведения связи. Во многом это связано со спецификой решаемых задач, для которых предназначена та или иная аппаратура.

Всё это свидетельствует о том, что разработка подобной аппаратуры является очень наукоёмким, трудоёмким и дорогостоящим процессом, возможно, требующим существенно больших интеллектуальных ресурсов, чем разработка аппаратуры других частотных диапазонов. С другой стороны, данная аппаратура не является массовой и не имеет в настоящее время такого же широкого коммерческого применения, как аппаратура передачи данных многих других частотных диапазонов (например, беспроводных сетей и сотовой мобильной связи).

Другой особенностью КВ радиосвязи является относительно невысокая скорость передачи данных, что делает возможной реализацию методов обработки сигналов в КВ модемах на очень дешёвой элементной базе (несопоставимой по стоимости с модемами других диапазонов), вплоть до возможности реализации всего алгоритма обработки на персональном компьютере с использованием звуковой карты, а также позволяет использовать на этапе разработки очень дешёвое технологическое оборудование.

Высокая сложность и трудоёмкость разработки подобной аппаратуры, несопоставимая со сложностью разработки аппаратуры передачи данных других частотных диапазонов, в сочетании с невысокой серийностью и отсутствием возможности широкого коммерческого использования, снижают интерес к разработке данного типа аппаратуры со стороны зарубежных фирм. В то же время невысокая стоимость квалифицированного труда в нашей стране в сочетании с низкой стоимостью затрат на оборудование позволяют надеяться на занятие этой ниши отечественными разработчиками.

Основной и самой характерной особенностью передачи данных по КВ каналу является необходимость борьбы с межсимвольной интерференцией (МСИ), вызванной многолучевым распространением сигнала в канале. Данная проблема является важной и для систем связи других частотных диапазонов, получивших в настоящее время массовое распространение, таких как беспроводные сети, сотовая мобильная связь и т.д. Следует заметить, что все используемые в них в настоящее время методы борьбы с МСИ произошли от первоначально применявшихся или предложенных для КВ канала. Однако в связи с бурным развитием беспроводных технологий и мобильной связи методы борьбы с МСИ получили в последние годы мощный толчок, но уже направленный на их использование в данных массовых средствах и системах связи чисто коммерческого применения. В настоящее время возможен, в какой-то степени, обратный процесс переноса и заимствования технических решений, предложенных для использования в вышеназванных областях, значительно обогнавших по степени распространённости КВ связь, в область технологий последней. Однако этот перенос не может быть выполнен чисто механически, а должен учитывать большую специфику КВ диапазона, сложность и разнообразие способов распространения сигнала в нём, а также ряд особенностей помеховой обстановки.

Относительно специфики реализации методов обработки сигнала (которая в настоящее время предполагается преимущественно цифровой) следует заметить, что из-за существенно более низкой скорости передачи данных и использования, как правило, сигналов с более узкой полосой частот, в аппаратуре КВ связи оказываются реализуемыми алгоритмы большой вычислительной сложности, неприменимые пока в аппаратуре связи других видов из-за чрезмерной требовательности в скорости вычислений в реальном времени. Это позволяет сделать вывод, что в перспективных системах КВ связи могут и должны использоваться разнообразные методы обработки, построенные с использованием самых современных подходов, которые ещё только ждут своей очереди для использования в системах связи других частотных диапазонов.

Другой характерной особенностью КВ радиосвязи является многообразие возможных состояний канала и его изменчивость во времени. В КВ канале с разной вероятностью, но обязательно встречаются, практически, все механизмы распространения сигнала, а также почти все разновидности помех. Т.е., практически, любая модель, используемая для описания того или иного типа каналов связи какого-либо из частотных диапазонов в той или иной ситуации может оказаться пригодной для описания КВ канала. Разумеется, возможны и ситуации, характерные только для КВ каналов. Исходя из этого, арсенал используемых методов, возможных для применения в КВ связи, должен быть очень широк и для обеспечения работоспособности, высокой надёжности и удовлетворительных характеристик во всём возможном диапазоне изменения состояний канала связи следует располагать большим набором разнообразных режимов работы и алгоритмов обработки сигнала. Что, в свою очередь, требует использования разнообразных методов диагностики и оценки параметров канала связи с целью выбора наиболее подходящих режимов работы и параметров аппаратуры связи.

Исторически сложилось разделение всех подходов борьбы с МСИ в узкополосных каналах на два основных направления: параллельные методы передачи информации (ЭМТ, ОБОМ) и последовательные методы. В широкополосных каналах возможны методы, основанные на использовании расширения спектра сигнала1. Дискуссия о преимуществах того или другого подхода ведётся давно, и используемые в ней аргументы хорошо известны.

Так, к наиболее часто упоминаемым преимуществам параллельных методов (OFDM), в первую очередь, следует отнести:

• простоту реализации, в, особенности, низкую вычислительную сложность при цифровой обработке, не зависящую от памяти канала;

• более простые и менее чувствительные к ошибкам методы оценки параметров канала;

• дополнительную степень свободы, заключающуюся в возможности , распределения имеющихся ресурсов (избыточности кода, структуры сигнала, тестовых символов) по частотной оси и т.д.

К общепризнанным преимуществам последовательных алгоритмов следует отнести:

• меньшую величину пикфактора сигнала, приводящую к более эффективному использованию мощности передатчика и менее высоким требованиям к линейности радиотракта;

• более низкие требования к точности и стабильности несущей частоты;

• способность более быстрого отслеживания изменений состояния канала за счёт более высокой бодовой скорости;

• отсутствие потерь, связанных с необходимостью использования защитного интервала;

• меньшую потребность в использовании методов помехоустойчивого кодирования и.т.д.

С течением времени, развитием техники и появлением новых требований выводы, следующие из сравнительного анализа преимуществ обоих подходов, требуют постоянного пересмотра. Так, при внедрении многоточечных сигнальных созвездий (для обеспечения высокой скорости передачи данных) выигрыш по пикфактору последовательных модемов становится менее существенным. В то же время, при использовании сигналов с шириной полосы

1 Например, широко известная в прошлом система KB связи RAKE. большей стандартного ТЧ канала (при работе в двух боковых или использовании радиосредств стандарта DRM) меньшая вычислительная сложность обработки в частотной области, свойственная OFDM, приобретает существенно большее значение и т.д.

В недавнем прошлом существовало определённое противопоставление двух вышеназванных подходов2, но всегда признавалось, что при данном уровне технических возможностей в каждой конкретной ситуации определёнными преимуществами будет обладать тот или другой из них.

В последнее время наблюдается сближение между данными направлениями, выражающееся в появлении гибридных алгоритмов и алгоритмов, заимствующих характерные технические решения одного подхода для применения их в другом. Так, предлагаются алгоритмы обработки OFDM сигнала, не предполагающие использования защитного интервала (циклического префикса), который всегда считался его (OFDM) неотъемлемой особенностью. С другой стороны, разработаны и уже применяются алгоритмы обработки од-ночастотного сигнала в последовательных модемах, выполняемые в частотной области (теми же методами, что и OFDM) и основанные на использовании циклического префикса. Отсюда следует, что граница между двумя подходами начинает носить всё более условный характер.

Примерная классификация алгоритмов обработки сигнала, потенциально применимых в KB модемах, изображена на рис 1.

Методы обработки, основанные на технологии OFDM, являются в настоящее время более проработанными и наиболее часто используемыми в существующей и разрабатываемой в настоящее время аппаратуре. Однако в последнее время всё большее внимание уделяется последовательным алгоритмам.

2 Интересно заметить, что иногда сторонники и противники в этом вопросе менялись местами переходя на защиту противоположной точки зрения.

Рис. 1 Классификация алгоритмов обработки сигнала

Отчасти это объясняется и тем, что произошедшая в последние годы (после появления турбо кодов) революция в методах кодирования, распространившаяся на смежные области обработки сигналов, в большей степени затронула последовательные алгоритмы, позволив добиться значительного прогресса. Это привело к созданию т.н. турбо эквалайзеров — устройств, представляющих собой основу современных последовательных модемов3.

Основное достоинство итеративных методов — существенное уменьшение сложности процедур обработки при характеристиках качества близких к оптимальным. Методы итеративной обработки нашли широкое применение при построении устройств обработки сигналов в каналах с МСИ, в частотности, в KB модемах. Можно назвать следующие области их применения в данной сфере:

• собственно, турбо коды, представляющие собой связку двух или более кодеров на передаче и декодеров на приёме;

• итеративные методы демодуляции, совмещённой с декодированием; например, связка недвоичной модуляции с двоичным кодом (BICM);

• турбо эквалайзеры — связка кодер-канал на передаче, эквалайзер-декодер на приёме;

• итеративные методы оценки канала — измерения импульсной характеристики (ИХ) и статистики шума;

• итеративные методы синхронизации: по несущей и тактовой частоте. Каждому из вышеперечисленных направлений посвящено большое количество работ [1-6]. Однако известно не так много публикаций, в которых бы рассматривались методы оптимизации параметров устройств и их адаптивного выбора в процессе работы, использующих несколько схем итеративной обработки сигналов одновременно. В основном, это связано со сложностью точного анализа итеративных процедур даже в простейшем случае выполнения итераций между двумя модулями.

3 Новые современные технологии итеративной обработки сигналов затронули, естественно, и OFDM KB модемы, в которых стали использоваться турбо коды, итеративные методы модуляции, сопряжённые с кодированием, итеративные методы оценки параметров канала и т.д.

Развитие итеративных методов обработки сигналов и распространение новых принципов, лежащих в их основе, требует пересмотра многих подходов к выбору алгоритмов работы других составных частей модема (манипу-ляционных кодов, способов оценки параметров канала и т.д.) и новых методов и принципов совместной оптимизации их параметров. Что, во многом, также является целью данной работы.

Основным направлением развития систем КВ связи является существенное повышение скорости передачи данных4. Традиционно использующиеся в настоящее время в КВ модемах методы частотной и фазовой модуляции в сочетании с некогерентными и относительными видами приёма не могут обеспечивать далее существенного повышения скорости передачи информации. Для дальнейшего увеличения пропускной способности без расширения полосы частот необходимо применение сигналов с большей спектральной эффективностью, что возможно уже только при использовании амплитудно-фазовой модуляции в сочетании с когерентным приёмом. А для сохранения высокой помехоустойчивости приёма сигналов данного вида, в свою очередь, необходимо использование современных способов обработки сигнала, важнейшими из которых являются методы модуляции и кодирования в настоящее время рассматриваемые, как правило, только в их неразрывной комбинации — кодированной модуляции (иногда в отечественной литературе, называемые сигнально-кодовыми конструкциями). Вероятно, наиболее перспективным направлением развития частотно-эффективных методов кодированной модуляции является применение в них итеративных методов обработки сигнала. В данной работе приводится краткий обзор современных итеративных методов кодированной модуляции с точки зрения возможности их использования в модемах систем связи КВ диапазона и обосновывается выбор наилучших их вариантов. На основе известных подходов уточняются методики оптимизации их параметров, таких как наилучшее сочетание избыточ

4 В настоящее время экспериментально подтверждённым в ходе трассовых и лабораторных (на имитаторах КВ каналов) испытаний результатом является достижение скорости передачи 14400 бит/с при вероятности ошибок менее 10~5 (КВ модем «Силуэт» разработки ОАО «Концерн «Созвездие»). ности кода и величины кодового разнесения и дистанционных характеристик сигнальных созвездий, описываемых спектром евклидового расстояния и т.д.

Поскольку достижение новых рубежей в области КВ связи, по-видимому, невозможно без использования каких-либо новых особенностей канала распространения, неучтённых или недостаточно точно отражённых в прежних моделях канала, то построение модели КВ канала должно быть первым этапом работ по разработке аппаратуры КВ связи, если в ней (разрабатываемой аппаратуре) предполагается использование каких-либо новых принципов или планируется достичь лучших, чем у прежней аппаратуры, характеристик. Причём, построение модели должно проводиться с учётом требований разработчика системы связи, так как обязательно должно отражать именно те особенности канала, которые он собирается использовать при проектировании новой аппаратуры. С этой целью в настоящей работе рассмотрение вопросов помехоустойчивости предлагаемых процедур производится на основе использования математических моделей и при помощи аппаратных имитаторов радиоканалов КВ диапазона, реализующих помимо стандартных моделей, алгоритмы обработки, учитывающие ранее не принимавшиеся в расчёт особенности канала, существенные в связи с использованием новых принципов работы модемов.

Таким образом, целью данной работы является разработка алгоритмов обработки сигнала в модеме для высокоскоростной передачи данных по КВ каналу с помехоустойчивостью как можно более близкой к потенциальной, реализуемых как на существующей аппаратной платформе, так и с учётом перспектив её возможного совершенствования,. Для достижения этой цели в работе решаются следующие задачи: • разработка практических алгоритмов работы турбо эквалайзера последовательного модема обладающих: 1) приемлемой вычислительной сложностью реализации, 2) устойчивых к погрешностям из-за конечной точности выполнения вычислений, 3) учитывающих неточность оценок характеристик канала;

• разработка практических (обладающих приемлемой вычислительной сложностью) методов оценки характеристик канала: ИХ и статистики шума, учитывающих специфику итеративной обработки сигнала на приёме (необходимость выполнения т.н. «турбо принципов») и специфические особенности распространения радиоволн KB диапазона;

• экспериментальная проверка в ходе лабораторных и трассовых испытаний предложенных алгоритмов обработки сигнала, реализованных в макетах и опытных образцах KB модемов. Сравнительный анализ полученных характеристик с требованиями современных военных стандартов США и НАТО и характеристиками зарубежных аналогов.

В "диссертации решается актуальная научная задача, которая заключается в разработке новых алгоритмов обработки сигнала и методов проектирования устройств, их реализующих, на основе современных итеративных способов обработки, являющихся развитием идей итеративных методов декодирования турбо кодов.

При проведении теоретических исследований были использовании методы: теории вероятностей и математической статистики, статистической теории связи, теории информации, теории алгебраического кодирования, математического моделирования, современные способы оптимизации при помощи алгоритмов эволюционно-генетического поиска, полуаналитические методы моделирования на основе технологии EXIT chart.

Математическое моделирование выполнялось и использованием пакетов прикладных программ MatLab с расширением Simulink, а также программированием отдельных алгоритмов на языках С, С++ (компиляторы MS Visual Studio, Intel), Delphi и ассемблера для PC. При проведении математических расчётов были использованы пакеты программ символьных и численных вычислений Maple и MathCad.

Экспериментальные исследования проводились путём изготовления макетов и опытных образцов изделий, реализующих предлагаемые варианты решения задач, проведения лабораторных испытаний на имитаторах каналов связи (в том числе и сертифицированных имитаторах KB канала зарубежного производства), проведения трассовых испытаний на малых и больших (до 1200 км) дальностях с использованием маломощных (2 Вт) и мощных (20 кВт) радиопередатчиков.

Обоснованность и достоверность результатов работы обеспечивается корректностью и адекватностью используемых методов теоретического анализа, совпадением результатов теоретического расчёта, моделирования и эксперимента, тем, что многие известные результаты являются частными случаями полученных или выводятся из них в результате предельного перехода, защитой ряда предлагаемых алгоритмов патентами на изобретения.

Характеристики помехоустойчивости различных алгоритмов, реализованных в макете модема (оригинальных и известных), проверены в ходе лабораторных испытаний модема при помощи сертифицированного имитатора KB канала «Силуэт ИК» и имитатора MDM-3001 фирмы Rockwell в соответствии со стандартами и общепринятыми международными рекомендациями проведения подобных измерений.

Все основные характеристики помехоустойчивости, приведенные в работе, подтверждены официальными протоколами проведения Государственных и сравнительных испытаний и решением о принятии на снабжение ВС РФ и спецслужб соответствующих образцов техники.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан новый метод оптимизации манипуляционного кодирования для систем с итеративной обработкой сигнала, отличительной особенностью которого является учёт характеристик канала связи.

2. Предложен итеративный алгоритм оценки параметров канала - вектора значений ИХ дискретного канала. Разработаны методы оценки, пригодные для использования в турбо эквалайзере, т.е. способные воспринимать априорную информацию и удовлетворяющие требованию независимости оценки ИХ от априорной информации о символе, для оценки которого данная ИХ должна использоваться. Дано объяснение экспериментально замеченного парадокса: самая точная оценка вектора значений ИХ — не самая лучшая с точки зрения верности оценки информационных символов. Предложен ряд методов оценки, обладающих приемлемой вычислительной сложностью.

3. Предложен алгоритм работы турбо эквалайзера, учитывающий неточность оценки ИХ. Разработано несколько упрощённых вариантов данного алгоритма с невысокой вычислительной сложностью реализации, достигнутой за счёт использования: 1) приближённых методов расчёта коэффициентов фильтров прямой и обратной связи турбо эквалайзера (вычисляемых для каждого символа и на каждой итерации декодирования); 2) алгоритмов работы турбо эквалайзера, не требующих постоянного пересчёта коэффициентов на каждом шаге обработки.

4. Предложен (и запатентован) эвристический алгоритм итеративной обработки сигнала турбо эквалайзером, основанный на использовании высокоскоростного, обнаруживающего ошибки, CRC кода, демонстрирующий улучшение характеристик модема при отклонении фактических статистических характеристик сигнала и шума от предполагавшихся при проектировании, т.е. в случае, когда шум не белый и не обязательно гауссовский, а также приводящий к экономии вычислительных ресурсов.

Все аналитические результаты, приведённые в работе, получены автором лично. Результаты статистического моделирования и экспериментальной проверки были получены в ходе работ, проведённых по инициативе автора или в ходе НИР и ОКР, в которых автор являлся научным руководителем либо главным конструктором. Все алгоритмы и значительная часть программного кода на языках ассемблера, С и С++ (для сигнальных процессоров TMS6713 и PC), Delphi и MatLab (для PC) разработаны и отлажены автором лично. Все численные вычисления, в том числе с использованием специализированных пакетов программ MatLab, Maple и MathCad, выполнены автором лично.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

1. Получены, манипуляционные коды для сигнальных созвездий, стандартно используемых в КВ модемах передачи данных, при разных методах помехоустойчивого кодирования, включающих как простые свёрточные, так и турбо коды, характеристики помехоустойчивости которых и величина энергетического выигрыша от их использования лучше, чем у ранее известных.

2. Предложены новые математические методы моделирования каналов КВ связи и способы их аппаратной и программной реализации. На их основе разработан, сертифицирован как нестандартное метрологическое оборудование и выпускается имитатор КВ канала «Силуэт РЖ», использующийся при разработке и испытаниях многих отечественных и некоторых зарубежных КВ модемов.

3. Предложены практические алгоритмы обработки сигнала для модемов передачи данных, позволившие разработать высокоскоростной модем передачи данных «Силуэт», принятый в качестве основы построения комплекса дальней КВ радиосвязи с загранпредставительствами РФ по заказу СВР РФ (ОКР «Силуэт»).

4. На основе предлагаемых методов разработаны макеты модемов высокоскоростной передачи данных для КВ радиостанций малой мощности для ТЗУ ВС РФ. Полевые трассовые испытания макетов подтвердили заявленные параметры пропускной способности и помехоустойчивости передачи данных. В настоящее время ведется разработка опытных образцов радиостанций со встроенными модемами данного типа (ОКР «Экспресс»).

5. На основании проведённого анализа, а также экспериментальных данных, полученных при помощи моделирования, лабораторных и трассовых испытаний, сделаны выводы относительно целесообразности использования тех или иных методов обработки сигнала модемом в перспективной аппаратуре передачи данных КВ диапазона. Выводы сделаны с учётом технической реализуемости предлагаемых решений и ожидаемого технического прогресса в области построения каналообразующей аппаратуры (улучшения параметров радиоприёмных устройств (РПУ) в связи с переходом к методам цифровой обработки сигналов (ЦОС) «с антенного выхода», повышения линейности трактов радиопередающих устройств (РПДУ) и т.д.). Данные выводы послужили обоснованием для выбора направлений исследований в рамках ряда НИР и ОКР по созданию соответствующих образцов техники. В большинстве случаев характеристики помехоустойчивости предлагаемых алгоритмов превосходят требования современных стандартов США и НАТО и не уступают аналогичным для ряда известных зарубежных модемов.

Результаты работы использовались в ходе выполнения ряда НИР и ОКР на предприятии ОАО «Концерн «Созвездие»: «Стратег-Зонд», «Сапфир», «Акведук», «Алтаец», «Сердолик», «Силуэт», «Спринт», «Корвет», «Азарт», «Экспресс» и др., проводимых по заказам МО РФ, СВР и гражданских ведомств (МПС РФ), а также в учебном процессе в Воронежском государственном университете и Воронежском институте МВД РФ. В настоящее время на основе полученных результатов ведутся работы по созданию новых комплексов связи с характеристиками помехоустойчивости и пропускной способности, существенно превышающими аналогичные показатели аппаратуры связи предыдущего поколения.

По материалам диссертации опубликовано 40 печатных работы из них: одна коллективная монография, 10 статей в журналах из перечня, рекомендованного ВАК РФ для публикации результатов диссертационных работ, 20 полных текстов докладов на международных и всероссийских конференциях, 5 тезисов докладов. Получено 4 патента, 2 заявки на получение патентов на изобретения находятся на рассмотрении ФГУ ФИПС.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях в г. Москве [151], Санкт-Петербурге [131, 152, 153], Казани [143], Самаре [142], Белгороде [138], Воронеже [129,130,132,133-137,139-141, 148-150].

Диссертация состоит из введения, четырёх глав с выводами и результатами, заключения и списка литературы. Объём диссертации - 176 стр.

Основные результаты работы, полученные в ходе теоретического анализа, моделирования и лабораторной проверки следующие:

1. Разработан новый метод оптимизации манипуляционного кодирования для систем с итеративной обработкой сигнала, отличительной особенностью которого является учёт характеристик канала связи. Получены манипуляционные коды для сигнальных созвездий, стандартно используемых в КВ модемах передачи данных, при разных методах помехоустойчивого кодирования, включающих как простые свёрточные, так и турбо коды, характеристики помехоустойчивости которых и величина энергетического выигрыша от их использования лучше, чем у ранее известных.

2. Разработан ряд практических алгоритмов работы турбо эквалайзера, обладающих уменьшенной вычислительной сложностью, при минимальном ухудшении характеристик помехоустойчивости, а также набор алгоритмов, учитывающих неточность оценки характеристик канала.

3. Разработаны (и запатентованы) эвристические алгоритмы итеративной обработки, уменьшающие количество итераций и повышающие робастность по отношению к отклонению статистических характеристик канала и помех от предполагаемых.

4. Предложен ряд пригодных для практической реализации алгоритмов оценки ИХ канала и статистики шума, учитывающих специфические требования итеративной обработки.

Основные экспериментальные результаты, полученные в ходе проведения трассовых испытаний и их обработки:

5. Подтверждена работоспособность разработанных алгоритмов функционирования модема на реальных радиотрассах и доказана возможность достижения высокой скорости передачи данных (более 9600 бит/с при вероятности ошибки менее Ю

6. Набрана статистика достаточного объема, по которой проведена оценка потенциально достижимой скорости передачи данных системой КВ связи, построенной на основе предлагаемого модема и использующей тот или иной вариант канального протокола.

7. Расчётным путем на основе полученных экспериментальных данных определена верхняя граница информационной скорости при использовании канального протокола и точные значения скорости информационного обмена при использовании простейшего канального протокола, заключающегося в повторе недекодированных блоков (аналогичного используемому в КТС «Сердолик»). Проведён анализ экспериментальной статистики распределения ошибок на частотно-временной плоскости, подтвердивший возможность незначительного (порядка 10 — 30%) снижения средней информационной скорости в случае использования канального протокола с оптимально выбранными параметрами и свидетельствующий о том, что используемые в предлагаемом модеме методы хорошо сочетаются с современными видами канальных протоколов.

8. Подтверждён вывод о том, что большую, чем ранее, роль в КВ связи должны играть как методы частотной адаптации, так и методы многопараметрической адаптации параметров модема.

9. Установлено, что серийно выпускаемые в настоящее время радиосредства, по своим параметрам (в первую очередь, линейности трактов и динамическим характеристикам АРУ), не рассчитаны на работу с современными частотно-эффективными видами сигналов, необходимыми для высокоскоростной передачи данных.

10. Проведено экспериментальное исследование особенностей влияния трактов существующей каналообразующей аппаратуры на новые виды сигналов, позволившее сформулировать требования по их совершенствованию в аппаратуре следующего поколения.

11. Показано, что методика выбора оптимальных рабочих частот требует пересмотра с целью учёта большего количества параметров канала, существенно влияющих на характеристики помехоустойчивости, а также, помимо параметров канала, учёта вида сигнала и методов его обработки модемом.

В работе подтверждён вывод о том, что итеративные методы обработки способны значительно улучшить характеристики модемов КВ диапазона, позволяя приблизить их к потенциальным, достигаемым при использовании оптимальных, но не реализуемых по причине чрезмерной вычислительной сложности алгоритмов. В частности, показано, что турбо эквалайзеры имеют значительное преимущество перед неитеративными методами выравнивания канала, в основном, за счёт существенно меньшей вычислительной сложности их реализации по сравнению с оптимальными методами (эквалайзерами Витерби и BCJR-MAP). В настоящее время и с учётом обозримых перспектив по совершенствованию аппаратной платформы ЦОС, этот вариант следует считать основным при реализации эквалайзера для последовательного высокоскоростного КВ модема.

При использовании относительно невысоких скоростей передачи (сигнальные созвездия с невысокой спектральной эффективностью до 3-4 бит/с/Гц) характеристики помехоустойчивости турбо эквалайзеров с линейным трансверсальным фильтром незначительно уступают характеристикам оптимальных схем обработки. Данный вывод справедлив во всём диапазоне изменения характеристик канала связи, но разница менее ощутима в каналах с более «слабой» многолучёвостью.

В то же время при повышении спектральной эффективности сигнальных созвездий и ухудшении характеристик многолучёвости (увеличении протяжённости ИХ и глубины провалов АЧХ), начинает заметно появляться проигрыш в помехоустойчивости линейных турбо эквалайзеров по сравнению с оптимальными (по разным критериям) эквалайзерами, использующими алгоритмы BCJR-MAP, SOVA или Витерби, вместо турбо эквалайзера с линейными трансверсальными фильтрами для входного сигнала и сигнала обратной связи от декодера. Это является резервом дальнейшего совершенствования рассматриваемых алгоритмов.

Одним из наиболее перспективных направлений дальнейшей работы в области разработки алгоритмов функционирования модема является совершенствование методов оценивания характеристик канала связи, поскольку, как показано в диссертации, разработка робастных по отношению к неточности оценок характеристик канала алгоритмов не всегда может приводить к заметному улучшению показателей помехоустойчивости, требуя, в то же время, существенных вычислительных затрат на реализацию. В то же время, использование такого же объёма вычислительных ресурсов для повышения точности оценивания характеристик канала связи приводит к заметно большему повышению помехоустойчивости.

Другим перспективным направлением представляется разработка методов многопараметрической адаптации параметров модема и частотной адаптации с учётом «тонкой» структуры среды распространения.

Также, в свете полученных результатов, становится очевидной задача выработки новых критериев выбора оптимальной рабочей частоты. Чрезвычайно интересными направлением поиска её решения может стать применение специальных методов зондирования канала связи, в частности, при помощи ЛЧМ сигналов, и разработка соответствующих методов обработки его результатов.

Как показано в работе, основными практическими путями повышения скорости и помехоустойчивости передачи данных по КВ каналам в настоящее время и на ближайшую перспективу являются:

1. Использование современных итеративных методов совмещения модуляции с кодированием. Это является продолжением идей, заложенных при открытии турбо кодов. Основные результаты в этой области получены в течение последних лет, но в настоящее время уже начинают активно использоваться за рубежом в системах связи других частотных диапазонов (имеющих, разумеется, гораздо более широкое распространение, чем КВ). Однако заимствование этих методов должно проводиться с учётом большой специфики КВ диапазона, что учитывалось при проведении данной работы.

2. Переход к использованию амплитудно-фазовых методов модуляции, вместо частотной или фазовой модуляции. Применение сигнальных созвездий сложной формы, совместно оптимизированных с целью повышения помехоустойчивости со схемами формирования оптимального спектра группового сигнала для минимизации его пик-фактора.

3. Использование новых видов манипуляционного кодирования, превосходящих по эффективности ранее применявшиеся коды Грея и их модификации и построенные на других принципах.

4. Использование методов оценки параметров канала, учитывающих такие ранее не использовавшиеся его особенности, как: 1) наличие медленной компоненты замираний сигнала, важной с точки зрения использования «медленных» алгоритмов адаптации (адаптивной модуляции, кодирования, канального протокола); 2) учёт помех во всей полосе преселектора приёмника, а не только в полосе полезного сигнала (влияющей на работу АРУ, что критически важно с точки зрения качества работы схем оценки параметров канала и демодуляторов АФМ сигнала) и т.д.

5. Реализация современных сложных итеративных методов выравнивания канала: турбоэквалайзеров, ставшая возможной благодаря значительному по

162 вышению вычислительной мощности аппаратных средств ЦОС, но нереализуемая в недалёком прошлом.

6. Использование современных методов анализа итеративных устройств со множественными обратными связями для их оптимального проектирования и в целях разработки алгоритмов многопараметрической адаптации в процессе функционирования.

7. Применение аппаратно-программных имитаторов канала, позволяющих существенно упростить процесс разработки и испытаний новых образцов изделий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Финк J1.M. Теория передачи дискретных сообщении. М.: Советское радио, 1963, 576 е., 2-е изд., 1970.

2. Кловский Д.Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам Монография. М.: Связь, 1-ое изд., 1969, 2-ое изд. 1982, 304 с.

3. Карташевский В.Г. Обработка пространственно-временных сигналов в каналах с памятью. М.: Радио и связь, 2000.

4. Барабашов Б.Г., Вертоградов Г.Г. Динамическая адаптивная модель связного декаметрового канала // Радиотехника 1995.- № 12.

5. Иванов В. А., Иванов Д. В., Колчев А. А. Радиотехническая модель ионосферного канала распространения КВ. 52 Науч. сес., посвящ. Дню радио. Москва. 1997]: Тез. докл. Ч. 1,- М. 1997.- С. 203-201.

6. Рябова Н.В. диагностика и имитационное моделирование помехоустойчивых декаметровых каналов. Йошкар-Ола, 2003 291с.

7. MIL-STD-188-11 OA. 30.09.1991.Military Standard. .Interoperability and Performance Standards for Data Modems.

8. MIL-STD-188-110B, 27 APRIL 2000. Military Standard. .Interoperability and Performance Standards for Data Modems.

9. FED-STD-1035 Coding, Modulation and Transmission Requirements for Single Channel Medium and High Frequency

10. Radiotelegraph Systems Used in Government Maritime Mobile Telecommunications.

11. Recommendation ITU-R F.520-2 Use of high frequency ionospheric channel simulators.

12. CCIR,"HF Ionospheric Channel Simulators, Report 549-2, Reports to the CCIR, 1986, Vol. Ill, Part A, Geneva: International Radio Consultative Committee, 1986, pp.59-67.

13. STANAG 4539: Technical Standards for Non-Hopping HF Communications Waveforms: 2000, NATO.

14. STANAG 5066, «Profile for High Frequency (HF) Radio Data Communications», North Atlantic Treaty Organization, Ratification Request 2000, (Annex G waveforms no longer specified in final version of STANAG)

15. STANAG 4415, «Characteristics of a Robust, Non Hopping, Serial-Tone Modulator/Demodulator for Severely Degraded HF Radio Links»», North Atlantic Treaty Organization, Edition 1, Dec. 24 1997

16. Recommendation ITU-R F.1487, Testing of HF Modems with Bandwidths of up to about 12 kHz using ionospheric Channel Simulators.

17. ITU, «HF Ionospheric Channel Simulators», CCIR Report 549-3, Recommendations and Reports of the CCIR, Annex to Vol. 3, pp. 47-58, Geneva, 1990

18. STANAG 4285: Characteristics of 1200/2400/3600 Bits Per Second Single Tone Modulators/ Demodulators for HF Radio Links: 1989, NATO.

19. STANAG 4538: Technical Standards for an Automatic Radio Control System (ARCS) for HF Communication Links: 2000, NATO.

20. F. Gray. Pulse code communications. U.S. Patent No. 2632058, March 1953.

21. C. Savage. A survey of combinatorial Gray codes. SIAM Rev., 39:605-629, December 1997.

22. G. Ungerbock. Channel coding with multilevel/phase signals. IEEE Transactions on Information Theory, 28:55-67, January 1982.

23. G. Ungerbock. Trellis-coded modulation with redundant signal sets, part I: Introduction. IEEE Communications Magazine, 25:5-11, February 1987.

24. G. Ungerbock. Trellis-coded modulation with redundant signal sets, part II: State of the art. IEEE Communications Magazine, 25:12-21, February 1987.

25. E. Agrelland, J. Lassing, E. Stromand, T. Ottosson. On the optimality of the binary reflected Gray code. IEEE Transactions on Information Theory, 50:31703182, December 2004.

26. S. ten Brink. Designing iterative decoding schemes with the extrinsic information transfer chart. AEU International Journal of Electronics and Communications, 54:389-398, November 2000.

27. A. Chindapol, J. Ritcey. Design, analysis and performance evaluation for BICM-ID with square QAM constellations in Rayleigh fading channels. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 19:944-957, May 2001.

28. A. Chindapol, J. Ritcey. Bit-interleaved coded modulation with iterative decoding and 8PSK signaling. IEEE Transactions on Communications, 50:12501257, August 2002.

29. J. Tan, G. Stuber. Analysis and design of interleaver mappings for iteratively decoded BICM. In IEEE International Conference on Communications (ICC), pages 1403-1407, New York, USA, May 2002.

30. L. Zhao, L. Lampe, J. Huber. Study of bit-interleaved coded space-time modulation with different labeling. In IEEE Infromation Theory Workshop (ITW), pages 199-202, Paris, France, March 2003.

31. A. Sezgin, D. Wubben, V. Kuhn. Analysis of mapping strategies for turbo-coded space-time block codes. In IEEE Infromation Theory Workshop (ITW), pages 103-106, Paris, France, March 2003.

32. T. Clevorn, S. Godtmann, P. Vary. PSK versus QAM for iterative decoding of bit-interleaved coded modulation. In Proc. IEEE Globecom Conference, pages 341-345, Dallas, USA, December 2004.

33. N. Tran, H. Nguyen. Signal mappings of 8-ARY constellations for BICM-ID systems over a rayleigh fading channel. In International Conference on Wireless Communications, pages 464-472, Calgary, Canada, July 2004.

34. J. Tan, G. Stuber. Analysis and design of symbol mappers for iteratively decoded BICM. IEEE Transactions on Wireless Communications, 4:662-672, March2005.

35. Wei. Trellis-coded modulation with multidimensional constellations. IEEE Transactions on Information Theory, 33:483-501, July 1987.

36. Y. Huang, J. Ritcey. Optimal constellation labeling for iteratively decoded bit-interleaved space-time coded modulation. IEEE Transactions on Information Theory, 51:1 865-1871, May 2005.

37. R. Battiti, G. Tecchiolli. The reactive tabu search. ORS A Journal on Computing, 6:126-140, 1994.

38. F. Glover, M. Laguna. Tabu Search. Kluwer Academic, Dordrecht, Netherlands, 5th edition, November 2002.

39. Батищев Д.И. Генетические алгоритмы решения экстремальных задач / Под ред. Львовича Я.Е., Воронеж, ВГУ, 1995.

40. К. Zeger, A. Gersho. Pseudo-Gray coding. IEEE Transactions on Communications, 38:2147-2158, December 1990.

41. F. Schreckenbach, N. Gortz, J. Hagenauer, G. Bauch. Optimization of symbol mappings for bit-interleaved coded modulation with iterative decoding. IEEE Communications Letters, 7:593—595, December 2003.

42. F. Schreckenbach, P. Henkel, N. Gortz, G. Bauch. Analysis and design of mappings for iterative decoding of BICM. April 2005.

43. Б. Скляр, Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Москва. Вильяме. 2000 е., 2004 г.

44. F. Schreckenbach, G. Bauch. Bit-interleaved coded irregular modulation. European Transactions on Telecommunications (ETT), 17:269-282, March/April2006.

45. U. Wachsmann, R. F. H. Fischer, and J. B. Huber, "Multilevel codes: Theoretical concepts and practical design rules," IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 49, pp. 1361-1391, July 1999.

46. G. Bauch, F. Schreckenbach, C. Hausl, T. Abe. Turbo modulation and coding: Design and evaluation of iterative bit-interleaved coded modulation methods for wireless systems. European Transactions on Telecommunications (ETT), available online, 2007.

47. S. Benedetto, D. Divsalar, G. Montorsi, F. Pollara. Serial concatenation of interleaved codes: Performance analysis, design, and iterative decoding. IEEE Transactions on Information Theory, 44:909-926, May 1998.

48. J. Hagenauer. The EXIT Chart — introduction to extrinsic information transfer in iterative processing, www.lnt.ei.tum.de .2008.

49. M. Tuchler. Design of serially concatenated systems depending on the block length. IEEE Transactions on Communications, 52:209-218, February 2004.

50. F. Sanzi, A. Slama, J. Speidel. Multi code division multiplex with iterative map symbol-by-symbol estimation. Proc. IEEE Globecom Conference, San Antonio, USA, November 2001.

51. A. Liavas, "On the robustness of the finite-length MMSE-DFE with respect to channel and second-order statistics estimation errors," IEEE Trans. Signal Processing, vol. 50, pp. 2866-2874, Nov. 2002.

52. H. Li and H. Poor, "Impact of imperfect channel estimation on turbo multiuser detection in DS/CDMA systems," in WCNC'04 IEEE Wireless Communications and Networking Conference, (Atlanta (GA), USA), pp. 30-35, Mar. 2004.

53. M. Tuchler, M. Mecking, "Equalization for non-ideal channel knowledge," in CISS'03 Conference on Information Sciences and Systems, (Baltimore, USA), Mar. 2003.

54. Дж. Прокис. Цифровая связь. М: Радио и связь. 2000 г.800 с.

55. Д. Уоткинс. Основы матричных вычислений. М.: Бином, 2006 г. - 664 с.

56. Otnes R., М. Tuchler, Block SISO linear equalizers for turbo equalization in Serial-tone HF modems. 2004, http://www.citescerx.ist.psu.edu.

57. S. Haykin, Adaptive Filter Theory. Third edition.

58. G. Bauch, V. Franz. A comparison of soft-in soft-out algorithms for turbo-detection. In: Proc. Int. Conf. on Telecommunications, pp. 259-263, Porto Carras, Greece, June 1998.

59. N. Sellami, A. Roumy, I. Fijalkow. The impact of both a priori information and channel estimation errors on the MAP equalizer performance. IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 54, No. 7, pp. 2716-2724, July 2006

60. M. Tuchler and M. Mecking. Equalization for non-ideal channel knowledge. In: 2003 Conference on Information Sciences and Systems.The Johns Hopkins University., March 2003.

61. Y. Guo, B.C. Levy. Robust MSE equalizer design for MIMO communication systems in the presence of model uncertainties. IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 54, pp. 1840-1852, May 2006.

62. Горячкин O.B. Методы слепой обработки сигналов и их приложения в системах радиотехники и связи. — М.: Радио и связь, 2003. — 230 с.

63. RYAN В. CASEY. BLIND EQUALIZATION OF AN HF CHANNEL FOR A PASSIVE LISTENING SYSTEM. PhD., Texas Tech University, May, 2006.

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

65. В.А. Иванов, Н.В. Рябова, В.В. Шумаев. Основы радиотехнических систем ДКМ диапазона. Йошкар-Ола. 1998 г. - 204 с.

66. Otnes, R., Tuchler, M. On iterative equalization, estimation, and decoding. 2008, http://citeseerx.ist.psu.edu

67. M. Tuchler, R. Koetter, and A. Singer. Turbo equalization: principles and new results. IEEE Transactions on Communications, Vol. 50, No. 5, pp. 754—767, May 2002.

68. S.-J. Lee, A. Singer, N. Shanbhag. Linear turbo equalization analysis via BER transfer and EXIT charts. IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 53, No. 8, pp. 2883-2897, Aug. 2005.

69. Otnes, R., Tuchler, Block SISO linear equalizers for turbo equalization in serial-tone HF modems. 2004, http://citeseerx.ist.psu.edu.

70. M. Kobayashi, J. Boutros, G. Caire. Successive interference cancellation with SISO decoding and EM channel estimation. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 19, No. 8, pp. 1450-1460, Aug. 2001.

71. A. Berthet, B. Unal, R. Visoz. Iterative decoding of convolutionally encoded signals over multipath Rayleigh fading channels. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 19, No. 9, pp. 1729-1743, Sep. 2001.

72. Q. Li, C. Georghiades, X. Wang. Blind multiuser detection in uplink CDMA with multipath fading: a sequential EM approach. IEEE Transactions on Communications, Vol. 52, No. 1, pp. 71-81, Jan. 2004.

73. C. Aladana, E. de Carvalho, J. Cioffi. Channel estimation for multicarrier multiple input single output systems using the EM algorithm. IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 51, No. 12, pp. 3280-3292, Dec. 2003.

74. X.Wautelet. Turbo equalization and turbo estimation for multiple-input multiple-output wireless systems. PhD thesis, Universit'e catholique de Louvain, Sep. 2006.

75. X.L. Meng and D.B. Rubin, Maximum likelihood estimation via the ECM algorithm: a general framework, Biometrika, vol. 80, pp. 267 278, 1993.

76. G. McLachlan and T. Krishnan, The EM Algorithm and Extensions. USA: Wiley Series in Probability and Statistics, 1997.

77. A. Kocian, B. Fleury. Iterative joint symbol detection and channel estimation for DS-CDMA via the SAGE algorithm. IEEE International Symposium on Personal Indoor and Mobile Radio Communications, PIMRC, pp. 1410-1414, London, U.K., Sep. 2000.

78. M. Guenach, F. Simoens, H. Wymeersch, M. Moeneclaey. Code-aided joint channel and frequency offset estimation for DSCDMA. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 24, No. 1, pp. 181-189, Jan. 2006.

79. G. McLachlan, K. T. The EM algorithm and extensions. Wiley series in probability and statistics, USA, 1997.

80. A. Asif, J. Moura. "Block matrices with L-block-banded inverse: inversion algorithms". IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 53, No. 2, pp. 630-642, Feb. 2005.

81. Otnes, R., Tuchler, M. On iterative equalization, estimation, and decoding. 2008, http://citeseerx.ist.psu.edu

82. M. Tuchler, R. Koetter, and A. Singer. Turbo equalization: principles and new results. IEEE Transactions on Communications, Vol. 50, No. 5, pp. 754-767, May 2002.

83. S.-J. Lee, A. Singer, N. Shanbhag. Linear turbo equalization analysis via BER transfer and EXIT charts. IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 53, No. 8, pp. 2883-2897, Aug. 2005.

84. Otnes, R., Tuchler, Block SISO linear equalizers for turbo equalization in serial-tone HF modems. 2004, http://citeseerx.ist.psu.edu.

85. M. Kobayashi, J. Boutros, G. Caire. Successive interference cancellation with SISO decoding and EM channel estimation. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 19, No. 8, pp. 1450-1460, Aug. 2001.

86. A. Berthet, B. Unal, R. Visoz. Iterative decoding of convolutionally encoded signals over multipath Rayleigh fading channels. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 19, No. 9, pp. 1729-1743, Sep. 2001.

87. Q. Li, C. Georghiades, X. Wang. Blind multiuser detection in uplink CDMA with multipath fading: a sequential EM approach. IEEE Transactions on Communications, Vol. 52, No. 1, pp. 71-81, Jan. 2004.

88. C. Aladana, E. de Carvalho, J. Cioffi. Channel estimation for multicarrier multiple input single output systems using the EM algorithm. IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 51, No. 12, pp. 3280-3292, Dec. 2003.

89. X.Wautelet. Turbo equalization and turbo estimation for multiple-input multiple-output wireless systems. PhD thesis, Universit'e catholique de Louvain, Sep. 2006.

90. X.L. Meng and D.B. Rubin, Maximum likelihood estimation via the ECM algorithm: a general framework, Biometrika, vol. 80, pp. 267 278, 1993.

91. G. McLachlan and T. Krishnan, The EM Algorithm and Extensions. USA: Wiley Series in Probability and Statistics, 1997.

92. A. Kocian, B. Fleury. Iterative joint symbol detection and channel estimation for DS-CDMA via the SAGE algorithm. IEEE International Symposium on Personal Indoor and Mobile Radio Communications, PIMRC, pp. 1410-1414, London, U.K., Sep. 2000.

93. M. Guenach, F. Simoens, H. Wymeersch, M. Moeneclaey. Code-aided joint channel and frequency offset estimation for DSCDMA. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 24, No. 1, pp. 181-189, Jan. 2006.

94. G. McLachlan, К. T. The EM algorithm and extensions. Wiley series in probability and statistics, USA, 1997.

95. A. Asif, J. Moura. "Block matrices with L-block-banded inverse: inversion algorithms". IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 53, No. 2, pp. 630-642, Feb. 2005.

96. C. Berrou, A. Glavieux and P. Thitimajshima, Near Shannon Limit Error-correcting Coding and Decoding: Turbo-codes (1), Proc. ICC93, pp. 1064-1070, May, 1993.

97. Cook S.C, McKenzie G and Vyden В Shipborne HF Electrical Noise Measurements, 1994.

98. James E. Giesbrecht, Aspects of HF Communications: HF Noise and Signal Features. PhD, Electrical and Electronic Engineering the University of Adelaide. 2008.

99. Bee Leong Yeap, Tong Hooi Liew, J. Hamorsky, Lajos Hanzo,Comparative Study of Turbo Equalization Schemes Using Convolutional, Convolutional Turbo, and Block-Turbo Codes. IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS, 2007.

100. Публикации с участием автора Монографии:

101. Статьи в научных изданиях, входящих в перечень рекомендованных ВАК:

102. Нечаев Ю.Б. Манипуляционные коды для систем с итеративной обработкой принимаемого сигнала. Текст] / Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин // Инфо-коммуникационые технологии. 2009. - № 1. - С. 7 - 17.

103. Нечаев Ю.Б. Прекодер для модемов с итеративной обработкой принимаемого сигнала Текст] / Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2009. -№2. -С. 70 - 74.

104. Нечаев Ю.Б. Современные методы частотно-эффективной кодированной модуляции. Часть I. Универсальные методы анализа и оптимизации параметров Текст]/ Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин // Теория и техника средств связи. -2009. -№1. -С. 57-66.

105. Нечаев Ю.Б. Методы оценки параметров многолучевого канала связи при итеративных алгоритмах приёма Текст] / Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин // Теория и техника средств связи. 2009. -№2. - С. 13 - 25 .

106. Нечаев Ю.Б. Современные методы частотно-эффективной кодированной модуляции. Часть II. Сравнительный анализ результатов моделирования Текст] / Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин // Теория и техника средств связи. -2009. -№2.-С. 5- 12.

107. Нечаев Ю.Б. Помехоустойчивость итеративных алгоритмов приёма в многолучевых каналах с неточно известными параметрами. Текст] / Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин, П.Н.Радько // Теория и техника средств связи. -2009. №4. -С. 23 - 28 .

108. Нечаев Ю.Б., Малышев И.И., Малютин A.A. Экспериментальные исследования характеристик высокоскоростного KB модема в ходе лабораторных испытаний. // Теория и техника специальной радиосвязи, №4, 2008 г. С. -18-27.

109. Нечаев Ю.Б., Малышев И.И., Малютин A.A. Экспериментальные исследования характеристик высокоскоростного KB модема в ходе трассовых испытаний. // Теория и техника специальной радиосвязи, №4, 2008 г. С. — 28 -40.

110. Хабаров Е.О. Анализ влияния обратной связи по решению при обработке сигналов в каналах с межсимвольной интерференцией на ограниченном интервале анализа Текст] / О.Е.Хабаров, А.А.Малютин // Инфокомму-никационые технологии.-2008. №1. — С. 44 - 49 .

111. Алфёров А.Г., Малютин A.A. Контроль качества приёма дискретных команд управления. Специальная техника средств связи, сер. // Техника радиосвязи. №3. 1992 г. С. 87 - 92.

112. Малютин A.A. Помехозащищённость радиолиний с ППРЧ при воздействии запаздывающих помех. Спец. техника средств связи, сер. //Техника радиосвязи. №5. 1990 г. С. 116 - 124 .

113. Малютин A.A. Оптимизация способа постановки запаздывающих помех. Спец. техника средств связи, сер. // Техника радиосвязи. №3. 1988 г. С. 101 - 111 .

114. Евженков A.C. Определение длительностей флуктуирующих интервалов дискретизации Текст] / А.С.Евженков, Г.В.Горелов, А.А.Малютин // Техника средств связи. Техника радиосвязи. 1986. -Вып.4. - С.47-50.

115. Борзаков Е.Г. Помехоустойчивость приема широкополосных сигналов со скачкообразным изменением частоты Текст] / Е.Г.Борзаков, А.А.Малютин // Техника средств связи. Техника радиосвязи.- 1988. Вып.З. - С.39-45.

116. Малютин A.A. Спектральные плотности частотноманипулированных сигналов с ППРЧ Текст] / А.А.Малютин // Техника средств связи. Техника радиосвязи. 1989. -Вып.7. - С.71-75.

117. Статьи в материалах и сборниках трудов научных конференций:

118. Неганова и Г.П. Ярового. Самара: Самарское книжное издательство. - 2008.- С. 69-70.

119. Патенты на изобретения и полезные модели:

120. Имитатор коротковолнового канала Текст]: пат. 65327 Рос. Федерация: МПК7 H 04 В 17/10 / Малютин A.A., Меркулов Д.В.; заявитель и патентообладатель ОАО Концерн «Созвездие»; №2007111180/22; заявл. 26.03.2007; опубл. 27.07.2007, Бюл. № 21.

121. Имитатор метеорного канала. Текст]: пат. 71493 Рос. Федерация: МПК7 H 04 В 17/00 / Малютин A.A., Меркулов Д.В., Славчев А.Г.; заявитель и патентообладатель ОАО Концерн «Созвездие»; №2007136470/22; заявл. 02.10.2007; опубл. 10.03.2008, Бюл. № 7.

122. Председатель комиссии по результатам внедрения диссертационной работы, заместитель Генерального директора по научной работе, доктор технических наукс «^—И^Малышев И.И. «У<Г » ноября 2009 г.1. Члены комиссии:1. Начальник НТК-631. Начальник отдела-338

123. Дрюченко A.A. « /3 » ноября 2009 г.

124. Декан факультета компьютерных наук, д.ф.-м.н., профессор1. Члены комиссии:1. Алгазинов Э.К.

125. Доцент кафедры информационных систем, к.ф.-м.н.1. Винокурова H.H.

126. Доцент кафедры информационных систем, к.т.н.1. Борисов Д.Н.