автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Методы и устройства унифицированной обработки связных и навигационных сигналов в малогабаритных спутниковых станциях

На правах рукописи

ВЕЛЕС ДИАС ХУАН КАРЛОС

МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА УНИФИЦИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ СВЯЗНЫХ И НАВИГАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ В МАЛОГАБАРИТНЫХ СПУТНИКОВЫХ СТАНЦИЯХ

Специальность 05.12.04 - "Радиотехника, в том числе системы и устройства

радионавигации, радиолокации и телевидения"

диссертации на соискание ученой степени

АВТОРЕФЕРАТ

кандидата технических наук

Москва 2004

Работа выполнена на кафедре Радиоприемных устройств Московского энергетического института (Технического университета)

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент АНТОНОВ-АНТИПОВ Юрий Николаевич

Официальные оппонешы: доктор технических наук, профессор

СОКОЛОВ Владимир Васильевич

кандидат технических наук ХАРЛАМОВ Василий Анатольевич -

Ведущая организация:

ОАО Московский научно-исследовательский институт радиосвязи (г. Москва)

Защита состоится _10_ июня 2004 г. в _17_ час. _00_ мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.05 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 17, аудитория А - 402

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим присылать по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан " _21_ " мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.157.05 кандидат технических наук, доцент Т. И. Курочкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Обеспечение современных требований к абонентским носимым станциям спутниковой связи нового поколения основано на решении следующих задач:

разработка аппаратуры на базе сверхбольших интегральных схем и сигнальных процессоров с малым энергопотреблением;

возможность использования программируемых устройств абонентских мобильных терминалов для приёма сигналов различного вида;

расширение спектра услуг связи включением навигационного обеспечения абонентов.

В результате решения первой задачи появились малогабаритные носимые станции типа VSAT (Very Small Aperture Terminal) и USAT (Ultra Small Aperture Terminal), что обусловлено рядом преимуществ этой технологии: относительно малым диаметром антенн, большим диапазоном скоростей передачи от 1,2 кбит/с до 2,048 Мбит/с, маломощными передатчиками.

Для решения второй и третьей задач на практике используется ком-плексирование различных подсистем радиоприёмных устройств связи и навигации. Однако не существует абонентских терминалов, предназначенных для приёма как связных узкополосных и широкополосных сигналов с различными скоростями передачи информации, так и навигационных сигналов с использованием единых устройств их обработки. В связи с этим возникает необходимость проведения исследования в области создания модемов носимых малогабаритных станций, в которых первичная обработка связных и навигационных сигналов реализуется в едином унифицированном аналого-цифровом устройстве.

Цель и задачи работы. Целью настоящей диссертационной работы является разработка унифицированной структуры первичной аналого-цифровой обработки узкополосных и широкополосных связных сигналов, а также навигационных сигналов систем ГЛОНАСС и GPS.

Специфика рассматриваемой унифицированной структуры первичной аналого-цифровой обработки сигналов определяется следующими условиями её работы:

- связные узкополосные и широкополосные сигналы имеют четыре скорости передачи информации - 1,2; 2,4; 4,8 и 9,6 кбит/с. Скорость кодирования 1/2. Вид модуляции - относительная ФМ-2;

- узкополосные сигналы (УПС) используются в режиме частотного разделения абонентов сети, а широкополосные - в режиме с кодовым разделением; количество внутрисистемных помех не превышает 50;

- ширина спектра широкополосных сигналов (ШПС) - 2,5 МГц;

- минимальное значение отношения сигнала к шуму (сигнала к сумме шуму и внутрисистемных помех) при обработке связных сигналов составляет 1,5 дБ, уходы частоты несущей - ±4кГщ_

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

c.ntrtpfmoV/'

О» Щш&'уЗ^,

- минимальное значение отношения сигнала к шуму при обработке навигационных сигналов (НВС) - 18,3 дБ; уходы частоты несущей - ± 5 кГц;

- полный динамический диапазон УПС, ШПС и НВС составляет 20 дБ;

- энергетические потери при демодуляции должны быть не более 1 дБ.

В диссертационной работе предполагается, что указанные устройства обладают высокой стабильностью частоты задающего генератора. Кроме того, в модеме допустимо применение многоразрядных АЦП.

В соответствии с целью работы, а также с учётом оговорённых условий и требований, предъявляемых к модему, в диссертации решаются следующие задачи:

1. Разработка унифицированной структуры первичной обработки УПС, ШПСи НВС.

2. Разработка методов обнаружения УПС, ШПС и НВС на фоне шума и внутрисистемных помех с одновременной оценкой значений сопутствующих параметров полезного сигнала.

3. Анализ работы корреляционного демодулятора с учётом действия шума и внутрисистемных помех.

4. Разработка программного комплекса для анализа процессов и оптимизации параметров унифицированной структуры обработки сигналов.

Методы исследования. При решении перечисленных задач использовались аналитический аппарат статистической радиотехники, теория цифровой обработки сигналов и методы имитационного математического моделирования.

Научная новизна состоит в том, что на основе известных принципов построения спутниковых модемов предложена структура унифицированного устройства первичной обработки типовых связных и навигационных сигналов; предложены новые алгоритмы обнаружения сигналов, обеспечивающие работу при малых значениях отношения сигнала к шуму в условиях большой неопределённости по частоте несущей; аналитически определены статисти-'ческие характеристики шума, а также суммы сигнала и шума в нелинейном канале обнаружения и проведено их сравнение с результатами моделирования; сформулирован комплексный критерий обнаружения ШПС на фоне шума и внутрисистемных помех в процессе поиска по задержке; предложена "адаптивная процедура формирования порога обнаружителя; предложена структура демодулятора, обеспечивающая демодуляцию различных связных сигналов в условиях малого значения отношения сигнал/шум, а также нави-"гационных сигналов; рассчитаны вероятности ошибки на бит и соответствующие им энергетические потери при демодуляции ШПС на фоне шума и внутрисистемных помех; разработаны имитационная модель устройства обработки сигналов во всех указанных режимах его работы и комплекс программ для проведения статистического моделирования.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Алгоритмы и структурные схемы унифицированного устройства первичной обработки УПС, ШПС и НВС.

2. Алгоритмы и структурные схемы аналого-цифрового квадратурного преобразователя (АЦКП).

3. Алгоритмы обнаружения УПС, ШПС и НВС. Выражения для расчёта вероятности обнаружения УПС. Характеристики обнаружения УПС, ШПС и НВС на фоне шума и внутрисистемных помех.

4. Алгоритмы и структурные схемы унифицированной структуры первичной аналого-цифровой обработки сигналов на этапе демодуляции УПС, ШПС и НВС.

5. Результаты расчёта зависимости энергетических потерь демодуляции УПС и ШПС от отношения сигнала к шуму. Результаты расчёта вероятности ошибки на символ ШПС от отношения сигнал/(шум + внутрисистемные помехи).

Апробация работы: Основные результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических семинарах кафедры: "Исследование алгоритмов аналого-цифровой обработки узкополосного сигнала ФМ-2 для различных скоростей передачи" (9 апреля 2002), "Алгоритм предварительной обработки сигналов ФМ-2 с реализацией на ПЛИС в задаче обнаружения" (11 декабря 2002), "Поиск и обнаружение ШПС в спутниковых малогабаритных приёмных устройствах на фоне интенсивных шумов и внутрисистемных помех" (5 ноября 2003); на Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОНИКА И ЭНЕРГЕТИКА» (Москва, 2002, 2003 и 2004), Международной научной конференции «Современная радиоэлектроника в ретроспективе идей В. А. Котельникова» (Москва, 2003). По теме диссертации опубликовано 12 работ.

Объем и структура работы: Диссертация содержит 188 страниц и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 82 наименований и 7 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы. Формулируются цели и задачи исследования процессов вхождения в связь и демодуляции сигналов указанного типа.

В первой главе на основе анализа общих принципов построения спутниковых модемов обоснована предлагаемая унифицированная структура первичной обработки сигналов (УСПОС) связи и навигации.

Дан краткий обзор видов использованных в работе сигналов и помех. В качестве ПСП связных ШПС предложено использовать коды Голда длиною

127 битов (чипов). Для этого с помощью разработанной программы был синтезирован ансамбль специально отобранных кодов Голда, максимальный уровень лепестков взаимной функции неопределённости которых не превы-шает-17,5 дБ..

Укрупнённая схема аналого-цифрового приёмного устройства изображена на рис 1. В основе принципа построения УСПОС легли следующие соображения. В блоке аналоговой обработки сигналов (БАО) реализуются алгоритмы, требующие высокого быстродействия. В блоке на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) реализуются цифровые операции аналого-цифрового квадратурного преобразования (АЦКП), что требует сравнительно высокого быстродействия. Предварительная обработка в АЦКП даёт возможность снизить требования к быстродействию сигнального процессора (СП). В СП в зависимости от этапа обработки сигналов, а также от режима работы УСПОС реализуются операции обнаружения (ОБН) для узкополосных сигналов (поиска-обнаружения для широкополосных сигналов) и их демодуляции (ДЕМ). Помимо этого в СП реализуются алгоритмы, в соответствии с которыми функционируют цифровые системы фазовой автоподстройки частоты несущей (ЦФАП), тактовой синхронизации (СТС), ССЗ (для широкополосных сигналов) и нормировки уровня сигнала (АРУ).

Сигнальный процессор

Рис. 1. Обобщённая схема аналого-цифрового приёмного устройства

С целью унификации алгоритмов обработки при приёме НВС используется структурная схема, применяемая при обработке связных ШПС с минимальной скоростью (1,2 кбит/с).

Для приёма сигналов указанного вида конкретизированы состав блоков АЦКП и оптимизированы значения их параметров (рис. 2). В аналоговой

части АЦКП обеспечивается сжатие спектра принятого ШПС с помощью умножителя и опорного генератора псевдослучайной последовательности (ПСП) - ГПСП. Далее проводится фильтрация на последней аналоговой про-

Рис. 2. Структурная схема АЦКП

межуточной частоте в фильтре сосредоточенной селекции (ФСС). Процесс цифрового квадратурного преобразования включает преобразование сигнала в цифровую форму в 12-разрядном АЦП и аналитический синтез квадратурной составляющей сигнала в соответствии с алгоритмом

и.а)«1С-и,(*)-и1(4 + 1)]/5, (2)

где - к-ьш отсчёт входного процесса, ис(к), и,(£) - косинусная и си-

нусная составляющие соответственно, 5и С— коэффициенты, которые равны соответственно С = сс«(2;г/п,//¿) и 5 = зт(2;г/]п1//¿), где^ — частотадис-кретизации АЦП и - промежуточная частота сигнала на входе АЦП. Аналогичным образом синтезируется квадратурная составляющая напряжения синтезатора частоты (СЧ), используемого в качестве гетеродина. Далее сигнал преобразуется на нулевую промежуточную частоту. В блоке децимации и фильтрации (ДЕЦ-ЦФНЧ) проводится понижение частоты дискретизации. С АЦКП сигналы поступают на вход СП.

Приведены и описаны структурные схемы в режимах приёма узкополосных и широкополосных сигналов.

Во второй главе предложен алгоритм обнаружения ФМ-2 сигналов, позволяющий вести обнаружение сигнала при минимальном значении отношения сигнала к шуму (1,5 дБ) и большой расстройке частоты несущей с одновременной оценкой сопутствующих параметров сигнала (рис. 3). На схеме

рис. 3 u(t) = u/t) + n{t) - входное аналоговое воздействие, ut(t) - ФМ-2 сигнал, n(t) - гауссовский шум, Ü„{t) и Ü(t)- комплексные огибающие (КО) суммы сигнала и шума на выходе АЦКП и цифрового фильтра нижних частот (ЦФНЧ-О) соответственно, y(t)- квадрат КО Ü(t), Sy(w) - комплексный спектр процесса y(t), Spm3X и «max - максимальная по модулю спектральная компонента процесса и соответствующий ей канал спектроанализа-тора, - порог.

Ü.O)

1/(0

У(Г) S;(a>)

Процессор

АЦКП ЦФНЧ-О Квадратор Фурье Модуль

(ПФ) ---т-

сч

Переход к следующему этапу обработки сигналов

Продолжение процедуры обнаружения

Рис. 3. Упрощенная структурная схема обнаружителя ФМ-2 сигналов

Рассчитаны статистические характеристики обнаружения УПС на основании анализа процессов, протекающих в обнаружителе.

Для вероятности правильного обнаружения Б получено выражение

" где

(3)

функция Маркума, /„(*)- модифициро-

ванная функция Бесселя нулевого порядка, Аср - амплитуда спектральной компоненты и О,2 - дисперсия процесса на выходе соответствующего канала процессора Фурье,

где 0,- расстройка частоты сигнала относительно номинального значения, ХГ(_/®) - передаточная функция фильтра ЦФНЧ-0 на входе блока возведения комплексного сигнала в квадрат (квадратора), 0,ч(й>) - энергетический спектр комплексной огибающей (КО) сигнала,

б, (в) = 4 (0) ® (о)+2С„ч (со) ® С^ (со) (6)

- спектральная плотность мощности квадрата КО смеси сигнала и шума, энергетический спектр КО шума, Д^ =/¡,/ЛГ^ - шумовая полоса канала спектроанализатора, частота дискретизации сигнала,^ - объём преобразования Фурье, N. - объём выборки сигнала, символ операции свёртки. В случае идеально прямоугольной АЧХ ЦФНЧ-0 выражение (6) имеет вид

¿Я

(7)

) V 2 |2ЛГ>(2й>„-<и), 0<а<.2со„

где принято обозначение Г(д:) = 2|5и1са*сй: = С05^Д:^-^+25!(2д:), 81(1) — функция

2

интегрального синуса, о>„ - граничная частота фильтра, - уровень энергетического спектра шума, ии - амплитуда сигнала, Ть - длительность бита.

Вероятность ложной тревоги определена на основе распределения вероятностей максимума модулей отсчётов спектра шума в Жканалах ПФ следующим образом:

Г=Р{М(М)>У„} = (8)

где - интегральная функция распределения максимума. Рассмотрены

два приближенные подхода для определения функции : без учёта кор-

реляции значений модуля спектра в каналах ПФ (независимое приближение) и с учётом корреляции значений модуля спектра только в соседних каналах ПФ (односвязное приближение). Для независимого приближения получено

И к м г! км,

(9)

где Л^, = д, , операция [•] обозначает взятие целой части числа, -интервал расстроек по частоте. Каждое из произведений в (9) приближенно определено выражением

где а* - дисперсия к-ого отсчёта комплексного спектра, а для односвязного приближения

где

и.и'ч.Л1

- двумерная совместная функция распределения модулей отсчётов спектра в к-ом и (к +1)-ом каналах. Функция,.1((*|.*1) определена как двумерная функция распределения огибающей нормального случайного процесса

у(п + \,х).

и + 1, • ,

02Л1~Р )

Я + 1,

(12)

гама и неполная гамма-

где Р(п + = Г(я + 1) И у(п + 1,х) = 1и"е-с/и

Г(л +1) о

функция соответственно; - модуль коэффициента корреляции отсчётов

комплексного спектра в к-ом и (к+1)-ом каналах. Найдено, что коэффициент корреляции ркМХ отсчётов комплексного спектра в £-ом и (к +1)-ом каналах

ПФ в случае, когда объём преобразования Л^ вдвое больше числа отсчётов

сигнала, определяется как

На рис. 4 показаны результаты вычисления энергетического спектра, полученные а) на основе выражения (7) и б) аналитико-численным путём в соответствии с (6) для скорости передачи Рь =19,2 кбод и отношения с/ш = 1,5 дБ. Результаты расчёта сопоставлены с результатами, полученными на имитационной модели. Видно хорошее совпадение между расчётными и экспериментальными кривыми.

/кю'Гц

Рис. 4. Энергетические спектры процессов в случае применения разных ЦФНЧ-0

-35 -30 -25 -2.0 -15 -Ю -05 00 05 10 1 5 20

с/щ,дБ

Рис. 5. Зависимость вероятности обнаружения УПС от отношения с/ш

На рис. 5 сопоставлены зависимости вероятности обнаружения сигнала от отношения с/ш для четырёх скоростей передачи при значении вероятности ложной тревоги F=0,01, полученные аналитико-численным путём и на имитационной модели обнаружителя. Видно, что кривые практически совпадают. При значении отношения с/ш на входе обнаружителя, равном 1,5 дБ, вероятность Б близка к единице для четырёх скоростей передачи.

Методом статистического моделирования найдены значения основных параметров процедуры обнаружения УПС. Установлено, что для надежного

обнаружения сигнала при минимальном значении отношения с/ш = 1,5 дБ, в худшем случае, когда уходы частоты несущей близки к частоте среза ЦФНЧ-О, а сигнал по частоте попадает между смежными каналами спектроанализа-тора, объём выборки сигнала N должен быть не менее 2048 при объёме БПФ Щ, =4096. Указанному объёму выборки соответствуют следующие длительности Т% сегментов сигнала: 106,6 мс; 53,3 мс; 26,7 мс и 13,3 мс для скоростей передачи 2,4 кбод; 4,8 кбод; 9,6 кбод и 19,2 кбод. Получены оценки расстройки частоты несущей и амплитуды сигнала по результатам обнаружения. Их значения используются для ускорения переходных процессов в системе ЦФАП и АРУ.

Предложена процедура поиска-обнаружения связных и навигационных ШПС (рис. 6). Схема обнаружителя является двухканалъной. В качестве аппаратуры второго канала на этапе обнаружения используются блоки, входящие в состав дискриминатора задержки системы слежения за задержкой (ССЗ). Метод поиска является параллельно-последовательным по задержке и параллельным по частоте несущего колебания. Поиск по задержке ведется путём дискретной перестройки генератора опорных сигналов с шагом поиска Дт, равным 1/2 длительности бита (чипа) ПСП. Поиск по частоте реализован на основе спектрального анализа во всей области возможных значений расстройки частоты несущей.

Массивы оцифрованного сигнала с выхода АЦКП формируются для каждого нового значения индекса задержки ПСП с перекрытием на половину длительности анализируемых сегментов сигнала - это даёт возможность ускорить поиск примерно в два раза по сравнению с одноканальным вариантом. В результате анализа одного сегмента сигнала запоминаются значения максимума спектра Бр^ и соответствующий ему номер канала итах. Значение сравнивается с порогом При фиксации первого превышения порога начинают заполняться три массива данных. Первый из них содержит значение максимума спектра второй - номер соответствующего канала спектроанализатора итах и третий - значение индекса задержки ПСП. Для повышения надёжности обнаружения сигнала проводится повторное прохождение того участка задержек ПСП, где произошло однократное (первое) превышение порога, причём скорость поиска в этом случае замедляется в два раза. Такой приём резко снижает вероятность пропуска сигнала и практически не сказывается на общем времени поиска при условии малости вероятности ложной тревоги. Массивы заполняются соответствующими данными только для тех значений временной задержки, при которых значение Бр^ превысило порог. В результате сравнения полученных значений с порогом и при выполнении критерия обнаружения, выносится решение о наличии сигнала, рассчитываются оценки уровня, частоты несущей и временной задержки сигнала и осуществляется переход ко второму этапу вхождения в связь - работе следящих систем синхронизации. При невыполнении Крите-

рия обнаружения восстанавливаются условия поиска, а сама процедура поиска продолжается до очередного превышения порога.

Рис. 6. Структурная схема поиска-обнаружения ШПС связи и навигации

В качестве критерия обнаружения сигнала используется условный мажоритарный критерий - три превышения порога из четырёх значений ранжированных по убыванию максимальных спектральных отсчётов, определённых по результатам спектрального анализа сигнала, при выполнении условия близости значений номеров каналов спектроанализатора, которые содержат эти максимальные спектральные отсчёты. Степень близости выбрана равной ±1.

Предложена процедура формирования адаптивного порога при приёме ШПС на фоне шума и внутрисистемных помех в условиях априорной неопределённости относительно параметров помех.

Определены максимальное и среднее Т,,^ время поиска ШПС связи и навигации (табл. 1).

В результате статистического моделирования найдено, что при оптимизированных параметрах процедуры поиска-обнаружения вероятность Б об-

наружения связных ШПС близка к единице для четырёх скоростей передачи при минимальном значении отношения с/ш = 1,5 дБ и вероятности ложной тревоги 0,01.

Таблица 1. Значения времени поиска по задержке ШПС

Связные ШПС НВС

кбод 2,4 4,8 9,6 19,2 Глонасс GPS

rs, мс 106,7 53,3 26,7 13,3 106,7 106,7

Tmaxi С 13,6 6,78 3,4 1,7 54,5 109,1

Tmed? С 6,78 3,4 1,7 0,85 27,2 54,5

Рассмотрена задача обнаружения ШПС на фоне смеси шума и внутрисистемных помех. Определено необходимое для обеспечения заданного качества обнаружения отношение сигнала к шуму при действии внутрисистемных помех

где hfsymi - отношение сигнала к шуму для частоты повторения символов Fsymi. PFsymi - отношение сигнала к сумме шума и помех, п„ - количество помех, 1ц - длина кода Голда, г, = 1, 2, 3 и 4 для F^, = 19,2 кГц; 9,6 кГц; 4,8 кГц; 2,4 кГц соответственно. При этом полагалось, что мощность каждой из помех равна мощности сигнала, а скорости передачи одинаковы. На основании (13) может быть определено максимально допустимое количество помех при наперёд заданных значениях pFsymi и h^sym

где выражение в круглых скобках представляет собой избыточное отношение суммы помех и шума к сигналу по сравнению с отношением только шума к сигналу. Очевидно, что чем ближе значение выражения в круглых скобках к нулю, тем меньшее количество помех допустимо на входе приёмника.

На модели обнаружителя рассчитаны характеристики обнаружения ШПС при действии шума и внутрисистемных помех.

В случае приёма НВС оценены вероятности обнаружения НВС СРНС ГЛОНАСС на фоне шума и СРНС GPS на фоне шума и внутрисистемных помех. В обоих случаях значения вероятности обнаружения близки к единице при отношении сигнала к шуму (ГЛОНАСС) и сигнала к сумме шума и 11 помех (GPS) равном 18,3 дБ.

Для ШПС и НВС рассчитана статистика оценок расстройки частоты несущей, задержки ПСП и амплитуды сигнала.

В третьей главе описаны структурные схемы демодуляции УПС, ШПС и НВС в рамках унифицированной структуры обработки сигналов. Приведены результаты расчёта основных характеристик устройств синхронизации (ЦФАП, СТС, ССЗ) и системы АРУ, обеспечивающих нормальное функцио-

нирование УСПОС. Осуществлен расчёт характеристик демодуляции на фоне шума для УПС и на фоне шума и внутрисистемных помех для ШПС связи и навигации.

При демодуляции УПС (рис. 7), после обработки в АЦКП, оцифрованные отсчёты сигнала задерживаются на время- Д^ и сворачиваются с комплексным колебанием гетеродина ЦФЛП в комплексном перемножителе (КПр5), в результате чего выделяется синфазная компонента сигнала. Отсчёты этой компоненты накапливаются в сумматоре в течение длительности символа. Сумма отсчётов сравнивается с порогом, и по результатам сравнения выносится решение о знаке принятого символа. После этого сумма обнуляется. Момент вынесения решения определяется СТС. Принцип её действия основан на нелинейном преобразовании синфазной составляющей сигнала, выделении первой гармоники частоты следования символов сигнала с помощью высокодобротного цифрового полосового фильтра (ЦПФ), настроенного на номинальную частоту повторения символов сигнала и формировании команд, управляющих работой сумматора со сбросом.

Описана структура системы ЦФАП, в состав которой входят комплексный перемножитель (КПр), сглаживающий фильтр нижних частот (ФНЧ) и табличный гетеродин (ТГ). Шаг дискретизации по фазе ТГ выбран равным 36071024 = 0,35°. Манипуляция сигнала «снимается» путём умножения отсчётов квадратурной составляющей сигнала на знак отсчётов синфазной составляющей. На модели ЦФАП рассчитаны время переходных процессов при начальном рассогласовании по частоте информационного сигнала, значения полосы захвата и шумовой полосы для четырёх скоростей передачи сигнала, а также зависимость флюктуационной ошибки по фазе от отношения с/ш.

Приведены результаты расчёта основных характеристик системы тактовой синхронизации, системы слежения за задержкой ПСП сигнала и цифровой автоматической регулировки усиления.

Рис. 7. Структурная схема демодуляции УПС в УСПОС

Проведена параметрическая оптимизация характеристик блоков, входящих в состав демодулятора, с целью уменьшения энергетических потерь (ЭП) демодуляции Па- На рис. 8 показаны зависимости ЭП от отношения сигнала к шуму СЕУЛ^) при демодуляции УПС для четырёх скоростей передачи в двух случаях: при идеализированной системе синхронизации и реальной системе синхронизации. Потери были оценены путем сопоставления измеренных значений вероятности ошибки на символ с теоретическими предельными. Например, при минимальном значении отношения сигнала к шуму ЕЬШ0 = 1,5 дБ указанные потери не превышают 0,82 дБ для =2,4 кбод (см. рис. 8).

Рис. 8. Зависимость энергетических потерь демодуляции УПС от отношения 1) идеальная система синхронизации; 2) реальная система синхронизации

Описана структурная схема демодуляции ШПС (рис. 9). Новым в схеме обработки является канал слежения за задержкой ПСП сигнала. В АЦКП осуществляется свёртка ПСП сигнала и опорной ПСП в основном канале, а в канале ССЗ - ПСП сигнала и производной опорной ПСП. Квадратурные составляющие с выхода АЦКП канала ССЗ подвергаются низкочастотной фильтрации в ЦФНЧ-2. и сворачиваются с колебанием цифрового гетеродина системы ЦФАП. Окончательное формирование дискриминационной характеристики измерителя задержки ПСП происходит с использованием отсчётов квадратурных составляющих сигнала основного канала. Контур регулирования ССЗ замыкается через ГПСП.

Рис. 9. Структурная схема обработки ШПС связи и навигации в УСПОС на этапе демодуляции

Зависимости энергетических потерь Ц) от отношения при демодуляции ШПС изображены на рис. 10 для четырёх скоростей передачи. При минимальном отношении =1,5 дБ величина энергетических потерь

максимальна для скорости передачи ^ = 2,4 кбод и не превышает 0,93 дБ. Сравнение зависимости ЭП, приведенных на рис. 8 и рис. 10, от отношения сигнала к шуму позволяют сделать вывод о близости их значений при обработке УПС и ШПС.

• Рассмотрены характеристики демодуляции ШПС, принимаемого на фоне теплового шума и внутрисистемных помех. Приведены значения вероятности ошибок на символ при совместном действии канального шума и взаимных помех.

Четвертая глава посвящена описанию разработанной имитационной модели УСПОС. Описаны субблоки модели на этапе обнаружения и демодуляции УПС, ШПС и НВС. Приведены результаты моделирования контрольных задач, подтверждающих правильность функционирования модели УСПОС, а также систем ЦФАП, ССЗ, СТС, АРУ и демодулятора.

Для набора статистических данных большого объёма был разработан вариант модели с посимвольным формированием и обработкой сигнала. Кратко описана программная реализация модели. Охарактеризованы особенности проведения статистических экспериментов.

В приложениях приведены результаты: синтеза ПСП ансамбля кодов Голда; исследования различных алгоритмов децимации и фильтрации цифрового квадратурного преобразователя устройства первичной обработки УПС, ШПС и НВС; вычисления шумовой полосы канала процессора Фурье; расчёта математического ожидания комплексного спектра ФМ-2 сигнала на выходе квадратора; расчёта интегральной функции распределения максимума модулей отсчётов спектра шума на выходе процессора Фурье; расчёта коэффициента корреляции отсчётов комплексного спектра на выходе процессора Фурье. Также приведены значения коэффициентов цифровых фильтров, входящих в состав модели УСПОС.

В заключении сформулированы результаты проведённого исследования. Приведём основные из них.

1. Разработана унифицированная структура первичной обработки УПС, ШПС и НВС систем ГЛОНАСС и НАВСТАР.

2. Предложена структура цифрового квадратурного преобразователя сигналов, ориентированная на ПЛИС-реализацию. При выборе частот дискретизации учтено требование минимизации количества отсчётов, приходящихся на один электрический символ, с целью уменьшения объёма выполняемых операций в сигнальном процессоре модема.

3. Получены аналитические выражения, позволяющие вычислить автокорреляционную функцию, энергетический спектр, вероятности обнаружения и ложной тревоги обнаружителя ФМ-2 сигналов.

Пф дБ I — -4.8 —2,4

ч

ч]

15 25 35 «5 55 ДБ

Рис. 10. Зависимость ЭП демодуляции ШПС от отношения Еь/Ат0

4. Предложены и описаны алгоритмы обнаружения УПС и поиска-обнаружения ШПС связи и навигации. Сформулирован комплексный критерий обнаружения ШПС в процессе поиска по задержке ПСП, основанный на информации о совокупном превышении сигнальной составляющей спектра порога и близости оценок частоты сигнала по результатам спектрального анализа. Предложена процедура формирования адаптивного порога. Проведена параметрическая оптимизация схемы обнаружителя с целью увеличения вероятности обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги для минимального отношения сигнал/шум и сигнал/(шум+помеха), равного 1,5 дБ, и больших расстроек по частоте несущей сигнала. Вероятность ложной тревоги при этом равна 0,01. В случае приёма навигационного ШПС рассчитаны характеристики обнаружения при учёте теплового шума и 11 внутрисистемных помех (GPS). Кроме того, найдены оценки значений сопутствующих параметров указанных сигналов.

5. Оценено время вхождения в связь при приёме УПС, ШПС и НВС. Указанное время максимально для минимальной скорости передачи и не превышает 1 с для УПС и 17 с для ШПС. Максимальное время вхождения в связь при приёме НВС первого спутника составляет примерно 57 с (ГЛОНАСС) и 112 c (GPS).

6. Предложена структурная схема демодуляции ФМ-2 сигналов, позволяющая осуществить обработку связных УПС и ШПС сигналов при минимальном отношении сигнала к шуму, равном 1,5 дБ, а также демодуляцию НВС СРНС ГЛОНАСС и GPS. Проведена параметрическая оптимизация системы демодуляции с целью уменьшения энергетических потерь сигнала.

7. На имитационной модели приёмного канала определены энергетические потери (ЭП) сигнала для связных УПС и ШПС в диапазоне изменения отношения сигнала к шуму EJN0 от 1,5 дБ до 5,5 дБ. Установлено, что ЭП при демодуляции УПС составляет 0,82 дБ для Fb =2,4 кбод при минимальном значении отношения сигнала к шуму Eb/Na =1,5 дБ. Для связного ШПС с такими же значениями скорости передачи указанные потери не превышают

0.93 дБ. В обоих случаях ЭП сигнала уменьшаются с увеличением отношения сигнала к шуму и скорости передачи.

8. Разработан программный комплекс, с помощью которого проведён анализ процессов и оптимизированы параметры унифицированной структуры первичной обработки сигналов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Велес Диас X. К., Антонов-Антипов Ю.Н. Характеристики обнаружения узкополосного ФМ-2 сигнала для различных скоростей передачи. // РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОНИКА И ЭНЕРГЕТИКА: Восьмая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Тезисы докладов. В 3-х томах. М.: Издательство МЭИ, 2002. Т.1. -С. 49-51.

2. Велес Диас Х.К. Характеристики обнаружения узкополосного ФМ-2 сигнала для различных скоростей передачи // Вестник МЭИ, 2003, № 2. С. 65-69.

3. Велес Диас Х.К. Исследование цифровой системы фазовой. автоподстройки частоты. Международный форум информатизации - 2002: Доклады международной конференции «Информационные средства и технологии». 15-18 октября 2002 г., в 3-х т.т. Т1-М.: Янус-К, 2002. С. 130133.

4. Велес Диас Х.К., Антонов-Антипов Ю.Н. Алгоритм, предварительной обработки сигналов ФМ-2 с реализацией на ПЛИС в задаче обнаружения // РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОНИКА И ЭНЕРГЕТИКА: Девятая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Тезисы докладов. В 3-х томах. М.: Издательство МЭИ, 2003. Т.1.-С.37-38.

5. Велес Диас Х.К., Лишак М.Ю. Расчёт автокорреляционной функции и энергетического спектра комплексной огибающей смеси ФМ-2 сигнала и шума после квадратичного преобразования. Современная радиоэлектроника в ретроспективе идей В. А. Котельникова// Международная научная конференция: Программа и тезисы докладов. - М.: Издательство МЭИ, 2003. С. 80-81.

6. Велес Диас Х.К. Исследование работы демодулятора ФМ-2 сигнала при низком значении отношения сигнала к шуму. Современная радиоэлектроника в ретроспективе идей В. А. Котельниова// Международная научная конференция: Программа и тезисы докладов. - М.: Издательство МЭИ, 2003. С. 78-80.

7. Велес Диас Х.К., Антонов-Антипов Ю.Н. Обнаружение сигналов DS/CDMA/BPSK на фоне теплового шума и внутрисистемных помех // 8-ой симпозиум по обработке сигналов. Тезисы докладов. Медельин, 2004. С. 38. На испанском языке.

8. Велес Диас Х.К. Алгоритм обнаружения сигналов ФМ-2 при низких значениях отношения сигнала к шуму // Радиотехнические тетради. 2003, №27. С. 76-78.

9. Велес Диас Х.К., Лишак М.Ю., Антонов-Антипов Ю.Н. Расчёт статистических характеристик обнаружителя ФМ-2 сигналов // Радиотехнические тетради. 2004, № 28. С. 51-56.

10. Велес Диас Х.К., Антонов-Антипов Ю.Н. Демодуляция узкополосных ФМ-2 сигналов в унифицированной структуре первичной обработки связных и навигационных сигналов // Радиотехнические тетради. 2004, № 28. С. 57-59.

11. Велес Диас Х.К., Антонов-Антипов Ю.Н. Характеристики обнаружения сигналов СРНС «Глонасс» и GPS унифицированной структуры обработки связных и навигационных сигналов // 6-я Международная Конферен-

20 ц - 9 3 7 б

ция и Выставка «Цифровая Обработка Сигналов и её применение». Москва, 2004. С. 69-71. 12. Велес Диас Х.К., Антонов-Антипов Ю.Н. Демодуляция ШПС связных и навигационных сигналов на фоне интенсивных шумов и внутрисистемных помех. // РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОНИКА И ЭНЕРГЕТИКА: Десятая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Тезисы докладов. В 3-х томах. М.: Издательство МЭИ, 2004. Т.1. - С. 46-47.

Печ. л. <1

/Д

Тираж

З а к

т

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. УНИФИЦИРОВАННАЯ СТРУКТУРА УСТРОЙСТВ ПЕРВИЧНОЙ

ОБРАБОТКИ СВЯЗНЫХ И НАВИГАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ

1.1. Краткая характеристика сигналов и помех

1.2. Описание унифицированной системы первичной обработки сигналов

1.3. Описание аналого-цифрового квадратурного преобразователя сигналов

1.4. Особенности структуры устройства обработки узкополосных, широкополосных и навигационных сигналов

1.5. Выводы по 1 главе

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛОВ

И РАСЧЁТ ХАРАКТЕРИСТИК ОБНАРУЖЕНИЯ В

УСЛОВИЯХ АПРИОРНОЙ НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ

2.1. Условия работы унифицированной системы обработки на этапе обнаружения сигналов

2.2. Алгоритмы обнаружения узкополосных и широкополосных сигналов

2.3. Расчёт статистических характеристик обнаружителя

2.3.1. Расчёт статистических характеристик процесса на выходе квадратора

2.3.2. Расчёт статистических характеристик процесса после преобразования Фурье

2.3.3. Расчет вероятностных характеристик обнаружения

2.4. Характеристики обнаружения узкополосного сигнала

2.5. Характеристики обнаружения широкополосного сигнала

2.5.1. Процедура поиска широкополосного сигнала по задержке псевдослучайной последовательности

2.5.2. Формирование адаптивного порога

2.5.3. Обнаружение широкополосного сигнала на фоне шума

2.5.4. Обнаружение широкополосного сигнала на фоне шума и внутрисистемных помех

2.5.5. обнаружение навигационного сигнала на фоне шума и внутрисистемных помех

2.6. Выводы по 2 главе

ГЛАВА 3. РАСЧЁТ ХАРАКТЕРИСТИК ДЕМОДУЛЯТОРА СИГНАЛОВ 84 Обобщённая структурная схема тракта демодуляции 85 3.1. Структура и характеристики подсистем обеспечения функционирования Демодулятора

3.1.1. Цифровая система цифровой фазовой автоподстройки

3.2.2. Цифровая система тактовой синхронизации

3.2.3. Аналого-цифровая система слежения за задержкой

3.2.4. Цифровая система автоматической регулировки усиления

3.3. Демодуляция узкополосных сигналов. Расчёт ошибок демодуляции при приёме сигнала на фоне шума

3.4. Демодуляция широкополосных связных и навигационных сигналов

3.4.1. Демодуляция связных широкополосных сигналов на фоне шума

3.4.2. Демодуляция связных широкополосных сигналов на фоне шума и внутрисистемных помех

3.4.3. Демодуляция навигационных сигналов

3.5. Выводы по 3 главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ

УНИФИЦИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ

СИГНАЛОВ И ЕЁ ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ

4.1. Структура модели в режиме обнаружения сигналов

4.1.1. Модель обнаружителя узкополосных сигналов

4.1.2. Модель обнаружителя широкополосных сигналов

4.2. Структура модели в режиме демодуляции сигналов

4.2.1. Модель демодулятора узкополосных сигналов

4.2.2. Модель демодулятора широкополосных сигналов

4.3. Описание программной реализации модели унифицированной системы первичной обработки сигналов

4.4. Выводы по 4 главе 150 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 152 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 155 ПРИЛОЖЕНИЯ

Обеспечение современных требований к абонентским носимым терминалам систем спутниковой связи нового поколения основано на решении следующих задач.

1) Разработка аппаратуры на базе сверхбольших интегральных схем и сигнальных процессоров с малым энергопотреблением.

2) Возможность использования программируемых устройств абонентских мобильных терминалов для приёма сигналов различного вида [1].

3) Расширение спектра услуг связи, среди которых находится навигационное обеспечение абонентов [2-5].

В результате решения первой задачи появились малогабаритные носимые станции типа VSAT (Very Small Aperture Terminal) и USAT (Ultra Small Aperture Terminal), что обусловлено рядом преимуществ этой технологии: относительно малым диаметром антенн, большим диапазоном скорости передачи от 1,2 кбит/с до 2,048 Мбит/с, маломощными передатчиками [1].

Для решения второй и третьей задач на практике используется комплекси-рование различных подсистем радиоприёмных устройств связи и навигации [2, 6-7]. Однако не существует унифицированных абонентских терминалов, предназначенных для приёма как связных сигналов различного вида, так и навигационных сигналов с использованием единых принципов их обработки. В связи с этим возникает необходимость проведения исследования в области создания модемов носимых малогабаритных станций, в которых первичная обработка связных и навигационных сигналов реализуется в едином унифицированном аналого-цифровом устройстве.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка методов и унифицированной структуры устройств первичной аналого-цифровой обработки узкополосных и широкополосных связных сигналов, а также навигационных сигналов систем ГЛОНАСС и GPS.

При этом рассматривается приём как узкополосных непрерывных сигналов (УПС) с относительной фазовой манипуляцией для четырёх скоростей передачи, так и широкополосных сигналов (ШПС) с прямым расширением спектра путём введения бифазной манипуляции псевдослучайной последовательностью (ПСП) [8]. Наряду со связными сигналами в рамках унифицированной системы первичной обработки должны обрабатываться и навигационные сигналы (НВС) открытого доступа.

Важно отметить, что в диссертации исследуются возможности создания устройства, работающего в условиях малого отношения сигнал/шум при большой неопределённости значения уходов частоты несущего колебания. Важной стороной этой задачи является минимизация энергетических потерь в демодуляторе (снижение вероятности ошибки на символ).

Сформулируем основные требования, предъявляемые к рассматриваемому унифицированному устройству первичной аналого-цифровой обработки сигналов и параметры модема.

1. Связные УПС и ШПС.

1.1 Имеют четыре скорости передачи информации - 1,2; 2,4; 4,8 и 9,6 кбит/с. Скорость кодирования - 1/2. Вид модуляции - относительная ФМ-2.

1.2. УПС используются в режиме с частотным разделением каналов.

1.3. ШПС используются в режиме с кодовым разделением (CDMA - Code Division Multiple Access).

1.4. Ширина спектра ШПС - 2,5 МГц.

1.5. При обработке ШПС количество внутрисистемных помех не превышает 50;

1.6. Минимальное отношение сигнала к шуму (шум+внутрисистемные помехи) составляет 1,5 дБ.

1.7. Отклонения частоты несущей - ± 4 кГц.

2. Спутниковые навигационные системы (СНС) типа ГЛОНАСС и GPS (открытый код).

2.1. Скорость передачи информации - 50 бит/с.

2.2. Минимальное отношение сигнала к шуму - 18,3 дБ.

2.3. Уходы частоты несущей - ± 5 кГц.

3. Полный динамический диапазон УПС, ШПС и НВС составляет 20 дБ.

4. Энергетические потери при демодуляции должны быть менее 1 дБ.

В диссертационной работе предполагается, что указанное устройство имеет высокую стабильность параметров задающих генераторов и малую динамику изменения частоты сигнала. Кроме того, рассматривается возможность ком-плексирования структуры устройства первичной обработки сигналов (УСПОС), в котором с целью уменьшения количества операций, обычно выполняемых сигнальным процессором модема, наиболее быстрые операции реализованы с применением программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). В модеме также допустимо применение многоразрядных АЦП.

В соответствии с целью работы, а также с учётом оговорённых условий и требований, предъявляемых к модему, в диссертации решаются следующие задачи:

1. разработка методов и устройств унифицированной обработки УПС, ШПС и НВС;

2. разработка методов обнаружения УПС, ШПС и НВС с одновременной оценкой значений сопутствующих параметров;

3. анализ работы корреляционного демодулятора с учётом действия шума и внутрисистемных помех;

4. разработка программного комплекса для анализа процессов и оптимизации параметров унифицированной структуры обработки сигналов.

На основании обзора литературы [2, 6-23, 26, 27, 29, 33, 34, 60], где рассмотрены различные варианты построения схем первичной обработки сигналов связи и навигации и рассмотрения собственных вариантов схем, выдвигаются конкретные предложения по структуре, алгоритмам работы унифицированной системы обработки и её составных частей, которые позволяют оптимизировать показатели качества приёмного устройства в целом.

Оптимизация структурной схемы и параметров входящих в неё блоков проводилось на имитационной модели по критерию минимума энергетических потерь демодуляции с учётом ограничения на количество отсчётов на символ.

В работе рассматриваются два основных этапа функционирования УСПОС: вхождения в связь и демодуляции символов сигнала. На первом этапе осуществляется обнаружение сигнала, для ШПС - поиск и обнаружение, а на втором этапе начинают работать системы частотной и временной синхронизации и после достижения стационарного режима в следящих кольцах осуществляется демодуляция принимаемых сигналов.

В структурном отношении тракт обработки состоит из аналоговых блоков, АЦП на промежуточной частоте, цифрового комплексного преобразователя с ориентацией на ПЛИС-исполнение и сигнального процессора. Такая структура даёт возможность гибко переходить от приёма сигнала одного типа к другому.

Важным обстоятельством при выборе предлагаемых к реализации решений было требование минимизации массы и габаритов, минимума обслуживания и ограниченность энергопотребления, характерного для станций данного класса. Немаловажной была и стоимость компонентов и устройства в целом.

Диссертация состоит из четырёх глав, введения, заключения и 7 приложений.

Первая глава посвящена обоснованию и разработке унифицированной системы первичной обработки сигналов связи и навигации. Даны характеристики использованных сигналов и помех. Описан состав и задачи, решаемые отдельными блоками предлагаемой обобщенной структуры первичной обработки сигналов. Описан универсальный блок предварительной обработки связных и навигационных сигналов. Приведены общие структурные схемы обработки узкополосных и широкополосных сигналов в рамках унифицированной системы. Дана постановка задач, решаемых в диссертации.

Во второй главе исследуется режим обнаружения связных и навигационных ФМ-2 сигналов в условиях априорной неопределённости в рамках унифицированной системы обработки сигналов. Описаны алгоритмы обнаружения УПС, ШПС и НВС. Рассчитаны статистические характеристики обнаружителя УСПОС. На основе статистического моделирования определены основные параметры блоков обнаружителя при приёме различных сигналов. Получены характеристики обнаружения УПС, ШПС и НВС на фоне шума и внутрисистемных помех. Предложена процедура формирования адаптивного порога ШПС при приёме сигнала на фоне шума и внутрисистемных помех в условиях априорной неопределённости параметров помех.

В третьей главе рассчитаны характеристики демодулятора ФМ сигналов унифицированной структуры обработки. Описаны структурные схемы демодуляции УПС, ШПС и НВС. Определены основные характеристики подсистем ЦФАП, СТС, ССЗ и АРУ, обеспечивающих функционирование демодулятора. Оценены вероятности ошибки на символ и энергетические потери демодуляции УПС, ШПС и НВС при действии шума и смеси шума и внутрисистемных помех.

Четвертая глава содержит результаты разработки имитационной модели УСПОС. В первой части приведено описание основных функциональных блоков модели на этапе обнаружения и демодуляции УПС, ШПС и НВС. Во второй кратко описан состав и программная реализация модели. Охарактеризованы особенности проведения статистических экспериментов.

В приложениях приведены следующие результаты: синтеза 50 ПСП ансамбля специально отобранных кодов Голда; исследования различных алгоритмов децимации и фильтрации в дециматорах цифрового квадратурного преобразователя устройства первичной обработки УПС, ШПС и НВС; вычисления шумовой полосы канала процессора Фурье; расчёта математического ожидания комплексного спектра ФМ-2 сигнала на выходе квадратора; расчёта интегральной функции распределения максимума модулей отсчётов спектра шума на выходе процессора Фурье; расчёта коэффициента корреляции отсчётов комплексного спектра на выходе процессора Фурье; кроме того, приведены значения коэффициентов всех цифровых фильтров УСПОС.

Полученная в диссертации структура УСПОС может быть использована при разработке модемов носимых спутниковых станций связи и навигации.

Диссертация выполнена на кафедре радиоприёмных устройств Института радиотехники и электроники Московского энергетического института (Технического университета).

Я бы хотел высказать глубокую благодарность коллективу кафедры РПУ МЭИ, многочисленным сотрудникам кафедры, консультировавшим меня, в том числе доценту Лишаку М. Ю., и особенно моему научному руководителю к.т.н. доценту Юрию Николаевичу Антонову-Антипову за исключительно благожелательное отношение ко мне, за передачу мне большого объёма знаний по современным радиотехническим системам.

Также хотелось бы отметить большую помощь, оказанную мне моей женой и всей моей семьёй.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических семинарах кафедры Радиоприёмных устройств МЭИ (ТУ): "Исследование алгоритмов аналого-цифровой обработки узкополосного сигнала ФМ-2 для различных скоростей передачи" (9 апреля 2002), "Алгоритм предварительной обработки сигналов ФМ-2 с реализацией на ПЛИС в задаче обнаружения" (11 декабря 2002), "Поиск и обнаружение ШПС в спутниковых малогабаритных приёмных устройствах на фоне интенсивных шумов и внутрисистемных помех" (5 ноября 2003); на Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОНИКА И ЭНЕРГЕТИКА» (Москва, 2002, 2003 и 2004), Международной научной конференции «Современная радиоэлектроника в ретроспективе идей В. А. Котельни-кова» (Москва, 2003).

По теме диссертации опубликовано 12 работ.

155

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена разработке методов и устройств первичной аналого-цифровой обработки связных и навигационных сигналов в малогабаритных станциях спутниковой связи.

1. Горностаев Ю.М., Соколов В.В., Невдяев JI.M. Перспективные спутниковые системы связи. М.: «Горячая линия-Телеком», МЦНТИ - Международный центр научной и технической информации, ООО «Мобильные коммуникации», 2000. -132 с.

2. Ярлыков М.С. Вопросы навигационного обеспечения абонентов мобильной связи на основе спутниковых радионавигационных систем. Сб. статей. М.: ИПРЖР, 2002. -80 с.

3. Caffery J.J., Sttiber G.L. Overview of Radiolocation in CDMA Cellular Systems. IEEE Communications Magazine. April 1998. c. 38-45.

4. Zagami J.M., Pari S.A., Bussgang J.J., Melillo K.D. Providing Universal Location Services Using a Wireless E911 Location Network. IEEE Communications Magazine. April 1998. c. 66-71.

5. Angermann M. "Navigation capabilities of future mobile communication systems will global navigation satellite systems become obsolete?," Proceedings of GNSS '99, 1999. c. 56-59.

6. Boehm K., Hentschel Т., Mueller Т., Oehler F., Rohmer G. An IF Digitizing Receiver for a Combined GPS/GSM terminal, www.inf.et.tu-dresden.de.

7. Boehm K., Hentschel Т., Mueller T. A GSM / GPS Receiver With a Bandpass Sigma-Delta Analog to Digital Converter, www.inf.et.tu-dresden.de.

8. Варакин JI. E. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. -364 с.

9. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь: Пер. с англ. / Под ред. В. В. Маркова. М.: Связь, 1979. -585 с.

10. Ю.Побережский Е. С. Цифровые радиоприёмные устройства. М.: Радио и связь, 1987.-184 с.

11. Цифровые радиоприёмные системы: Справочник / М.И. Жодзишский, Р.П Мазепа, Е.П. Овсянников и др./ Под ред. М.И. Жодзишского. М.: Радио и связь, 1990. -208 с.

12. Адресные системы управления и связи. Вопросы оптимизации/ Г. И. Тузов, Ю. Ф. Урядников, В. И. Прытков и др.; Под ред. Г. И. Тузова. М.: Радио и связь, 1993. -384 с.

13. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2-е издание.: Пер. с англ. М.: Издательский дом "Вильяме", 2003. -1104 с.

14. Прокис Д. Цифровая связь. Пер. с англ. / Под ред. Д.Д. Кловского. М.: Радио и связь. 2000. -800 с.

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

16. Tri Т.Н. Digital Satellite Communications. Second Edition. McGraw-Hill Publishing Company. -641 c.

17. Банкет В. Л., Дорофеев В. М. Цифровые методы в спутниковой связи. -М.: Радио и связь, 1988. -240 с.

18. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС/ Под ред. В. Н. Харисова, А. И. Перова, В. А. Болдина. 2-е изд. Исправ. - М.: ИПРЖР, 1999. -560 с.

19. Jeffery A., Wepman J., Hoffman R. RF and IF digitization in radio receivers: Theory, Concepts, and examples. NTLA Report 1996. c. 96-328.20.0кунев Ю.Б. Теория фазоразностной модуляции. -М.: Связь, 1979. -216 с.

20. Heegard С., Heller J.A., Viterbi A.J. A microprocessor PSK modem for packet transmission over satellite channels // IEEE Trans. Vol. Com-26, No. 5. 1978. c. 552-564.

21. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации/ Под ред. В. Б. Престрякова. М.: Сов. радио, 1972. -424 с

22. Петрович Н.Т., Размахнин М. К. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Сов. радио, 1969. -232 с

23. Волков Н.М., Иванов Н.Е., Салищев В.А., Тюбалин В.В. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС. Зарубежная радиоэлектроника. N1, 1997. с. 31-46.

24. Freeman R.L. Bits, Symbols, Bauds,and Bandwidth. IEEE Communications Magazine. April 1998. c. 96-99

25. Nakamura S., Kamisaka Т., Yagi K., Takahashi Y. Advanced digitalized demodulator VLSI with incoherent sampled detection// GLOBECOM'89.- V.3 P./093-1099. 1989. c. 1093-1099

26. Стешенко В.Б. Современные алгоритмы ЦОС: пути реализации и перспективы применения, www.mgtu.ru

27. Грушвицкий Р. И., Мурсаев А. X., Угрюмов Е. П. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. -608 с.

28. Солонина А. И., Улахович Д. А., Яковлев JI. А. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов. СПб.: БХВ-Петербург, 2001. -464 с.

29. Mirabbasi S., Martin К. Classical and Modern Receiver Architectures. IEEE Communications Magazine. Topics In Circuits For Communications. November 2000. c. 132-139.

30. TuttIebee W.H. Software Radio Technology: A European Perspective. IEEE Communications Magazine. February 1999. c. 118-123.

31. Efstathiou D., Fridman J., Zvonar Z. Recent Developments in Enabling Technologies for Software Defined Radio. IEEE Communications Magazine. August 1999. c. 112-117.

32. Радиотехнические системы: Учеб. Для вузов по спец. «Радиотехника»/ Ю. П. Гришин, В. П. Ипатов, Ю. М. Казаринов и др.; Под ред. Ю. М. Ка-заринова. М.: Высш. шк., 1990. -496 с.

33. Парамонов А., Куропаткин О. Цифровая обработка при когерентной демодуляции сигналов. Chip News. Инженерная графика. N:8. 2000. с. 2-6.

34. Цифровая обработка сигналов: Учеб. Пособие для вузов/ Л. М Гольден-берг, Б. Д. Матюшкин, М. Н. Поляк. 2-изд., перераб. И доп. - М.: Радио и связь, 1990.-256 с.

35. Proakis J.G., Manolakis D.G. Digital Signal Processing Principles, Algorithms, and Applications. Third Edition. Prentice Hall, - 1996. -968 c.

36. Журавлев В.И. Поиск и синхронизация в широкополосных системах. -М.: Радио и связь, 1986. -240 с.

37. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции, т.1. М. 1972, -744 с.

38. Трифонов А.П., Шинаков Ю.С. Совместное различение сигналов и оценка их параметров на фоне помех. М.: Радио и связь, 1986. - 364 с.

39. Linatti J.H. On the Threshold Setting Principles in Code Acquisition of DS-SS Signals. IEEE Journal On Selected Areas In Communications, Vol. 18, No. 1, Januaiy2000. c. 62-72.

40. Радзиевский В.Г., Сирота А.А. Информационное обеспечение радиоэлектронных систем в условиях конфликта. М.: ИПРЖР, 2001. -456 с.

41. Цифровые устройства обработки сигналов на фоне коррелированных помех. Жутяева Т. С., Зайцев М. Ф., Щернакова JI. А./ Под ред. А. Ф. Богомолова. -М.: МЭИ, 1987. -98 с.

42. Franks Е. Carrier and Bit Synchronization in Data Communication-A Tutorial Review. ШЕЕ trans, on comm., vol. COM-28, No. 8, 1980. c.l 107-1121.

43. Велес Диас X.K., Лишак М.Ю., Антонов-Аитипов Ю.Н. Расчёт статистических характеристик обнаружителя ФМ-2 сигналов. // Радиотехнические тетради. 2004, № 28, с. 51-56.

44. Френке Л. Теория сигналов. Нью-Джерси, 1969 г. Пер. с англ., под ред. Д. Е. Вакмана. М.: Советское радио, 1974 -344 с.

45. Тихонов В. И. Нелинейные преобразования случайных процессов. М.: Радио и связь, 1986. -296 с.

46. Давенпорт В. Б., Рут В.Л. Введение в теорию случайных сигналов и шумов.-М.: ИЛ, 1960 -462 с.

47. Шахтарин Б. И. Случайные процессы в радиотехники: Цикл лекции. -М.: Радио и связь, 2000. -584 с.

48. Евсиков Ю.А., Чапурский В.В. Преобразование случайных процессов. -М.: Высш. Школа, 1977. -264 с.

49. Haykin S. Communication systems. Third edition. John Wiley & Sons, INC. New York 1994. -872 c.

50. Фомин Я. А. Теория выбросов случайных процессов. М.: Связь, 1980. -216 с.

51. Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и математическими таблицами. // Под ред. М. Абрамовича и И. Стиган. Пер. с анг. под ред. В.А. Диткина и Л.Н. Кармазиной. М.: Наука, 1979.

52. Борисов В.И. и др. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты. М.: Радио и связь, 2000. -384 с.

53. Велес Диас Х.К. Алгоритм обнаружения сигналов ФМ-2 при низких значениях отношения сигнала к шуму // Радиотехнические тетради. 2003, № 27, с. 76-78.

54. Среднеорбитальные спутниковые радионавигационные системы. Сб. статей/ Под ред. М. С. Ярлыкова. -М: ИПРЖР, 2002. с. 35-42.

55. Цифровые системы фазовой синхронизации/ М. И. Жодзишский, С. Ю. Сила Новицкий, В. А. Прасолов и др.; Под ред. М. И. Жодзишского. -М.: Сов. радио, 1980. - 208 с.

56. Овсянников Е. П., Жодзишский М. И. Статистический анализ цифровых систем ФАП с релейной характеристикой дискриминатора. «Радиотехника», 1976. т. 31, № 9, с. 10-13.

57. Первачев С.В., Чиликин В.М. Цифровые системы радиоавтоматики. Учебное пособие. -М.: Изд-во МЭИ, 1999. -48 с.

58. Шахтарин Б.И. Статистическая динамика систем синхронизации. М.: Радио и связь, 1998. -488 с.

59. Коновалов Г.В. Радиоавтоматика. М.: Радиотехника, 2003. -288 с.

60. Takasaki Y. Timing Extraction in Baseband Pulse Transmission. IEEE Transactions On Communications, Vol. Com-20, No. 5, Oct. 1972. c. 877-884

61. Franks I.E., Bubrouski J.P. Statistical Properties of Timing Jitter in a РАМ Timing Recovery Scheme. IEEE Transactions On Communications, Vol. Com-22, No. 7, July 1974. c. 913-920

62. Larry C. Palmer, Smith A. Rhodes. Sheldon H. Lebowitz. Synchronization for QPSK Transmission via Communications Satellites. IEEE Transactions On Communications, Vol. Com-28, No. 8, August 1980. c. 1302-1314

63. Paul A.W., Edgar J.L. Performance of Optimum and Suboptimum Synchronizers. IEEE transactions on communication technology, Vol. Com 17, No. 3, June 1969. c. 380-389

64. Meyers M.N, Franks L.E. Joint Carrier Phase and Symbol Timing Recovery for РАМ Systems. IEEE Transactions On Communications, Vol. Com-28, No. 8, August 1980. c. 1121-1129

65. Moghazy A.E., Maral G., Blanchard A. Digital PCM Bit Synchronizer and Detector. IEEE Transactions On Communications, Vol. Com-28, No. 8, August 1980. c. 1197-1204.

66. Data Sheets: www.syrus.ru.

67. Жовинский A.H., Жовинский B.H. Инженерный экспресс-анализ случайных процессов. М.: Энергия, 1979. -112 с.

68. PursIey М.В. Performance Evaluation for Phase-Code Spread-Spectrum Multiple-Access Communication Part I: System Analysis. IEEE Transactions On Communications, Vol. Com-25, No. 8, August 1977. c. 795-799.

69. Pursley M.B., Sarwate D.V. Performance Evaluation for Phase-Code Spread-Spectrum Multiple-Access Communication Part II: Code Sequence Analysis. IEEE Transactions On Communications, Vol. Com-25, No. 8, August 1977. c. 800-803.

70. Yao К. Error Probability of Asynchronous Spread-Spectrum Multiple-Access Communication System. IEEE Transactions On Communications, Vol. Com-25, No. 8, August 1977. c. 803-809.

71. E. B. Hogenauer. "An Economical Class of Digital Filters for Decimation and Interpolation". IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. ASSP-29 (No. 2). April 1981. c. 155-162.

72. Цифровая обработка сигналов / А. Б. Сергиенко СПб.: Питер, 2003. -608 с.

73. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. -М.: Наука. Государственное издательство физико-математической литературы, 1962.

74. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. 3-е изд. - М.: Радио и связь, 1989. -656 с.

75. Numerical Recipes in Fortran 77: The Art of Scientific Computing (Vol. 1 of Fortran Numerical Recipes) William H. Press et al.. 2nd ed. 2002, -1447 c.

76. Ахмед H., Pao K.P. Ортогональные преобразования при обработке цифровых сигналов. М.: Связь, 1980. -248 с.163