автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.02, диссертация на тему:Оптимизация и прием сигналов с перекрывающимися импульсами

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫ

ГБ 0ДУНИВЕРСИТЕТ ИНФ0РМАТИКИ и

РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

2;! > п '.от:

УДК 621.391.019:621.391.82

ВАСИЛЬКОВ ЕВГЕНИЙ ЙШЙЛОВИЧ

ОПТИМИЗАЦИЯ И ПРИЕМ СИГНАЛОВ С ПЕРЕХРНВАЮСИИМСЯ ИШУЛЬСАМИ

Специальность: 05.12.02. - "Системы и устройства передачи

информации по канатам связи"

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск - 1995

Работа выполнена на кафедра Автоматическое электросвязи Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

оппонируют организация:

кандидат технических наук,

профессор

Чуйко S.A.

доктор технических наук.

профессор

Чердынцев В.А.

кандидат физико-математических наук, доцент Бовдель Е.И.

ИТК АНБ

Завита состоится *3~ " ЧюиЯ. 19% г. в 14 час. на заседании совета по защите диссертаций Д056.05.02 при Белорусской государственной университете информатики и радиоэлектроники по адресу: 220027, г.Шнек, ул. П.Глебки. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан " ^ " Из^ 1995 г.

Ученый секретарь совета по заците диссертаций д.т.н, профессор

Кириллов В.И.

А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В настоящее время широкое распространена получили функционирующие в режиме ограниченной энергетики ифровые радиосистемы многостанционного доступа, в том числе истемы спутниковой и радиотелефонной связи с частотным (ЧРК) частотно-временным (ЧВР1С) разделением каналов, используюиие кгналы двукратной фазовой манипуляции со сдвигом с частично ерекрываюаимися импульсами (ДФ'Е-ЧПИ) и аналогичные сигналы ез сдвига (ДФМ-ЧПИ).

йогие диапазоны частот существенно перегругены, однако, ффективность их использования, как правило, невысока. Так, ля систем связи с сигналами ФМ4 удельная скорость передачи нформации (р) ниже 1.5 бит/с/Гц, а для других известных сиг-алов данного типа этот показатель не превосходит 1.6 - 1.7 ит/с/Гц. Здесь под удельной скоростью передачи информации по-ишется р = У/Тр, где V - скорость передачи информации в анале; Гр - разнос частот мездУ каналами. Дальнейшее увели-ение для этих сигналов удельной скорости передачи информации вз суиественных энергетических потерь невозможно, поскольку ри р > 1.5 - 1.6 бит/с/Гц энергетические потери возрастают кспоненциально. Основной вклад в них вносит, так называемая, ззканальная помеха (15Ш), которая зависит от излучаемого пере-атчиком сигнала. Кроме того, указанные сигналы имеют достаточ-о больной пик-фактор (для сигналов ФМ4 с фильтрами Баттервор-а он составляет 2.8 дБ, а для сигналов ДШ-ЧПИ с импульсами яда "корень из спектра Найквиста с косинусным округлением" он аходптся на уровне 3.3-3.7 дБ). Вместе с тем, требование мини-зльного различия пиковой и средней шаности излучаемого пере-зтчиком сигнала (пик-фактора) является одним из основных для здиосистем, функционирующих в режиме ограниченной энергетики.

Тем самым,для многоканальных систем с частотным разделением зналов актуальной является задача разработки сигналов и мето-эв их приема, которые позволяют при минимальных энергетичес-IX потерях достигать высокой удельной скорости передачи ин-эрмации, имеют минимальный пик-фактор и допускают возможность к простой и экономной аппаратурной реализации при высокой ско-эсти передачи информации.

Известные линейные отсчетные (ЛО) приемники недостаточно эф-

фактивни да решения данной задачи. Нелинейные 'приемники "а целом" предполагают достаточно сложные вычислительные процедура, что затрудняет их использование в высокоскоростных системах связи.

Решение данной задачи предлагается провести в классе линейных и нелинейных (с обратной связью по решению (ОСР) ) подоп-тимальных посимвольных приемников. Это связано с тем, что эти приемники проще приемников "в целом", а по помехоустойчивости они существенно превосходят ЛО приемники.

Вопросы, связанные с разработкой методов подоптиыального посимвольного линейного и нелинейного (ОСР) приема сигналов для многоканальных систем с ЧРК и ЧВРК, а также оптимизацией сигналов для этих подоптимальных посимвольных приемников, в отечественной и иностранной литературе практически не освещены.

Связь работы с крупными научными программами. Результаты работы использованы при проектировании и разработке сотовых систем радиотелефонной связи по проектам "Лилия" и "Нарочь" в рамках государственной программы "БЕЛСВЯЗЬТЕХНИКА" по развитию и созданию средств связи РБ. Кроне того, материалы диссертации использованы Белорусским государственным НПО "АМЕТИСТ" при выполнении программы Европейского содаа ОРЕТ по внедрению энергосберегающих технологий, в том числе и в отрасли связи, а также в союзных программах по темам "Радуга","Тиса" и "Триада".

Цель и задачи исследования. В классе сигналов двукратной фазовой манипуляции со сдвигом и без сдвига с частично перекрывающимися импульсами ( ДФЫ(С)-ЧЩ') необходимо провести оптимизацию сигналов и методов их приема в зависимости от удельной скорости передачи информации в системе многостанционного доступа, функционирующей в режиме ограниченной энергетики и частотного и частотно-временного разделения каналов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

- для сигналов ДФМС-ЧГШ общего вида найти спектральную плотность мощности,, а также энергетический спектр соответствующей мехканальной помехи;

- разработать методы линейного и нелинейного подоптимально-го посимвольного приема сигналов ДФМ(С)-ЧПИ для многоканальных систем связи;

- рассмотреть основные известные сигналы ДФМ(С)-ЧПИ и разра-

ботать уэтодику размена энергетической эффективности на спектральную с целью получения новых сигналов для многоканальных систем с ЧРК и ЧВРК, минимизирующих разнос частот между каналами;

- провести оптимизацию сигналов для линейных и нелинейных (ОСР) подоптимальных посимвольных приемников многоканальных систем в зависимости от разноса частот мезду каналами системы по критерию помехоустойчивости и пик-фактора;

- дать практические рекомендации по выбору сигналов и методов их приема в зависимости от требуемой удельной скорости передачи информации в системе (р) и величины пик-фактора сигнала.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

- получены аналитические выражения корреляционной функции, спектральной плотности мощности и энергетического спектра мех-канальной помехи для сигналов ДИЕ-ЧПИ общего вида. Результата определены с учетом случайного начального фазового и временного сдвига для манипулирующих импульсов С(1;) произвольной длительности (п г 1) и формы. Соответствующие выражения были известны лишь для ряда простейших сигналов из этого класса;

- разработаны новые методы расчета весовых коэффициентов (параметров) корректора и помехоустойчивости для подоптимально-го посимвольного приемника с обратной связью по ренению. Эти методы существенно проще известных, поскольку позволяют сократить обьем необходимых вычислений более, чем на порядок;

- определена структурная схема и найден метод расчета весовых коэффициентов (параметров) корректора линейного подоптималь-ного посимвольного приемника для систем с пакетным режимом работы. Данная схема и метод являются.обобщением известных результатов, полученных для систем с непрерывным потоком передаваемых символов. Для систем, где символы передаются в пакетном виде, предложенная схема позволяет уменьшить энергетические потери, выраженные в децибелах, более чем в два раза для символов, находящихся по краям пакета;

- получены новые аналитические выражения для расчета помехоустойчивости линейного подоптимального посимвольного приемника, которые позволяют осуществлять расчет не в частотной, а во временной области и показывают зависимость помехоустойчивости от

параметров корректора приемника;

- разработан метод формирования новых сигналов ДФМ(С)-ЧПМ на основе размена энергетической эффективности сигналов на частотную. Получены сигналы ДЩС)-ЧШ, ииенше высокую концентрация энергетического спектра и помехоустойчивость для многоканальных систем с ЧРК и ЧВРК при малом разносе частот меаду каналами ;

- адаптированы известные для случая одноканальных систем связи методы подоптимального линейного и нелинейного (ОСР) приема сигналов на случай многоканальных систем за счет использования фильтров, обеляющих ИСП. Для сигналов ДФЫ(С)-ЧПИ определена передаточная функция обеляющего фильтра (ОФ);

- получены расчетные соотношения, проведены анализ и оптимизация по помехоустойчивости и пик-фактору сигналов ДФМ(С)-ЧПИ для линейных и нелинейных подоптимальных посимвольных приемников с учетом удельной скорости передачи информации в многоканальной системе.

Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что:

- определены оптимальные сигналы ДФЫ(С)-ЧПИ, которые при использовании подоптимальных посимвольных приемников с ОСР позволяют для многоканальных систем с ЧРК и ЧВРК довести удельную скорость передачи информации (р) до 2 бит/с/Гц с энергетическими потерями не выше 1.2 - 1.3 дБ. Это позволяет на 20-302 повысить эффективность действующих и проектируемых систем связи за счет уменьшения разноса частот между соседними каналами и увеличения их числа в том же диапазоне частот;

- сформулированы практические рекомендации по выбору сигналов и методов их приема в зависимости от удельной скорости передачи информации (р) в системе. Их применение позволяет сократить пик-фактор используемых сигналов. В частности, при р = 1.4 бит/с/Гц пик-фактор сокращен с 2.8 до 0.7 дБ, что дает возможность использовать соответствующий сигнал в радио и спутниковых системах с нелинейными каналами связи>

- разработан новый метод расчета параметров корректоров ( компенсаторов ) для нелинейных подоптимальных приемников с ОСР. Он проще известных методов. Кроме того, данный метод применим при приеме сигналов многопозиционной KAM, а также в случае, когда входной фильтр не согласован с принимаемым сигна-

G

той, "по существенно облегчает задачу расчета параметров корректоров приемника с ОСР для систем с адаптивным приемом сигналов в каналах, параметра которых медленно меняются во времени.

Реализация результатов работы ( с использованием предложенных алгоритмов и соответствующих практических рекомендаций) и::эла место:

- при проектировании и разработке сотовых систем радиотелефонной связи (хоздоговорные работы по проектам "Билля" и "На-рочь" с радиозаводом "Спутник", г.Мэлодечно );

- в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах по создании средств телеобработки к производственной электросвязи ( Белорусский государственный научно-производственный центр "АМЕТИСТ" );

- в учебном процессе МРТИ по курсом'"Оптимизационные методы в системах электросвязи" и "Передача дискретных сообиенкй".

Экономическая значимость полненных результатов заключается з том, что предложенные сигнала и >,'огод» их приема позволяют:

- более эффективно использовать полосу частот (до 30%);

- упростить устройство преобразования сигналов (УПС) приемника по сравнению с нелинейными прпекник&к-: по схеме детектора Влтепби;

- уменьшить потребляемую передатчиком шсность за счет снижения пик-фактора излучаемого сигнала.

Основные полоеения диссертации, виносииые на заситу.

1. Метод расчета параметров корректоров для подоптимальних посимвольных приемников с ОСР, а такге метод расчета помехоустойчивости для линейного к нелинейного (ОСР) подоптимального посимвольного приемника. Предложенные методы просе известных, поскольку более, чем на порядок позволяют сократить обьем необходимых вычислений.

2. Аналитические выражения корреляционной функции, спектральной плотности мощности и энергетического спектра гегканаль-нсй помехи для сигналов дшз-ЧПИ обцего вида. Соответствующие выражения были известны лишь для ряда простейпшх случаев, а для других сигналов из этого класса использовались численные методы.

3. Новые сигналы ДФМ(С)-ЧП11 и метод их формирования на основе размена энергетической эффективности сигналов на частотную. Полученные сигналы, имеют высокую концентрация энергети-

ческого спектра и помехоустойчивость для многоканальных систем с ЧРК и ЧВРК при малом разносе частот между каналами.

4, Результаты оптиш!зации сигналов по помехоустойчивости и пик-фактору для многоканальных систем с линейными и нелинейными (ОСР) подоптвмальнима посимвольными приемниками.

5. Практические рекомендации по выбору сигналов и методов их приема в зависимости от требуемой удельной скорости передачи информации в система и величины пик-фактора сигнала.

Личный вклад соискателя. Из совместных работ в диссертации

приведены только те результаты, которые принадлегат лично автору-

Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссертации были доложены и обсуждены:

- на 5-й Всесоюзной НТК "Надежность и качество функционирования информационных сетей и их элементов",г.Новосибирск,1985 г;

- на 2-й Всесоюзной НТК по информационным системам множественного доступа. г.Минск, 1991 г;

- на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава МРТИ (1986 г. - 1995 г.);

- научных семинарах кафедр автоматической и многоканальной эхе кт рос в я si: Белорусского государственного университета инфор-матнки и радиоэлектроники (БГУИР), кафедре связи Минского выс-езго военного инженерного училища (МВВИУ), кафедре радиофизики Белорусского государственного университета (БГУ).

Опубликованность результатов. По те is диссертации опубликовано 12 научных работ, включая 3 статьи, 7 тезисов докладов на научно-технических конференциях и один отчет о НИР.

Структура и обьем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, выводов, списка использованных источников (112 наименований), 6 приложений и содержит (без приложений) 131 страницу печатного текста, 47 таблиц и рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Во введении обоснована необходимость проведения исследования. Сформулирована цель работы. Проведена оценка современного состояния реиаемой проблемы. Показано отличие постановки задачи от известных ранее.

В первой главе приведено математическое описание сигналов ДФМ(С)—ЧПИ и рассмотрены основные известные сигналы, отно-зяанеся к этому классу. Сигналы ДФМ(С)-ЧПИ имеют следуюаий вид:

У<г> = Ие -^х(4) ехр (1)

хСЬ) = ^акС(Мк+1) Т) + 3^аьС(г-(к+(1) Т). (2)

нечетное к четкое к

Здесь x(t) - комплексный видеосигнал; ы0 - частота несуиего ко-небания; (ак) - независимый и равновероятный поток передаваема символов, принимающих значения ±1; Т - период их следова-1кя: C(t) - манипулируюиий импульс, отличный от нуля лишь на тетервале t-nT.nT], п - целое. Импульс C(t) предполагается нормированным и симметричным. Выражение (1) определяет сигнал без :двига (ДФМ-ЧПИ), если d = 0, к сигнал со сдвигом (ДФМС-ЧЛИ), »ели <1 = 1.

Сигнала ДФМ(С)-ЧПИ определяются формой манипулирующего им-1улъса С (t). Среди них наибольшее распространение получили сле-jywnme сигналы:'

- сигналы двукратной фазовой манипуляции со сдвигом и без :двига ДФН(С)-ЧП!1, у которых отсутствуют мезгеимвольная интерференция (МСИ) и дгшттер с импульсом C(t) типа "приподнятый корпус" (IJF-0QPSK и IJF-QPSK). В ряде работ они имеют условное »бозначение IJF(N=1);

- сигналы квадратурной аюиитудной модуляции (KAM) с супер-юзицией импульсов типа "приподнятый косинус" (SQAM);

- сигналы ДФМ-ЧПИ с импульсом, спектр которого имеет вид 'корень из спектра Найквиста с косинусным округленней с парамет-

юм а "( -/н?о) ). Используются значения а равные 0.4 или 0.5;

- сигнал ДФМ-ЧПИ с импульсом, имеющим спектр Найквиста с :осинусным скруглением с параметром а ( Н(а) ). При этом п=1.

Выполнен сравнительный анализ основных известных сигналов [ФМЗ-ЧПИ и ДФМ-ЧПИ по величине пик-фактора и нормированной дли-ельности манипулирующего импульса п. Для сигналов ДФМ(С)-ЧПИ

ипа Н(«) и /Й(а) введено ограничение на величину параметра

а г 0.4 по причине большой величины пик-фактора и джигтера, затрудняющего работу системы синхронизации при а < 0.4.

Приведено математическое описание рассматриваемого канала связи. Прием осуществляется по когерентной схеме при наличии фазирования по несущему колебанию и символьной синхронизации. На текущий канал мешающее воздействие оказывает аддитивный белый гауссовский шум (ЛБГШ) и МКП со стороны двух смежных каналов системы.

Во второй главе определен энергетический спектр сигналов ДФМС-ЧПИ общего вида и энергетический спектр межканильной помехи для этих сигналов. -

При наличии случайного начального сдвига по фазе (5) и времени (л) случайный процесс, соответствующий (1), имеет вид

Здесь а и s - случайные величины не зависящие от x(t) и равномерно распределенные соответственно на полуинтервале СО,Т) и

[0,2л).

Показано, что выведенное Сайманэм Ы. (IEEE Trans.on Commun., Y.COM-24,N 8) достаточно громоздкое выражение корреляционной функции (КФ) комплексного видеосигнала x(t-A) для сигналов ДОМС-ЧПИ общего вида при n = 1 не позволяет получить аналитическое выражение их спектральной плотности мощности (СПЫ). В связи с этим, при расчете СПМ сигналов использовались численные методы, за исключением ряда простейаих случаев.

На основе теории матриц и теории дискретно - непрерывных марковских процессов для сигналов ДФМС-ЧПИ общего вида с манипулирующими импульсами произвольной длительности ( п г 1 ) и формы доказано следующее утверждение: корреляционная функция й(т) комплексного случайного процесса x(t-A) с точностью до константы 1/Т совпадает с автокорреляционной функцией (АКФ) Rc(t) его манипулирующего импульса , т.е.

(3)

1

R(t) = - Rc(r),

Т с

т

(4)

где

оэ

Полученное выразение КФ для сигналов ДФЖ-ЧПИ общего вида совпадает с рядом известных частных случаев этого сигнала. Помимо этого было показано, что полученное Сайманом М.К. выра-гение КФ может путем дополнительных преобразований сведено к найденному для общего случая выражению КФ (4).

Па основе (4) получено выражение энергетического спектра сигналов (случайного процесса (3)) и МКП. Энергетический спектр КХП многоканальной систем с частотным разделением каналов равен

2ррЫ = гГ ^|3с<и + 0)'2 + |3с(ы " "'О ' (б)

Здесь о = 2пГр - разнос частот между каналами системы; Б^ы) -спектральная плотность манипулирующего импульса С(1;).

Проведена систематизация и сравнительный анализ спетралышх характеристик основных известных сигналов ДФЖ-ЧПИ.

Третья глава посвяиена исследования методов приема сигналов с частично перекрывающимися импульсами. Был проведен анализ известных методов приема и обоснован выбор линейных и нелинейных подоптигальнах посимвольных приемников на основе корректоров (компенсаторов). Для линейных приемников ЦСИ со стороны известных (принятых) и неизвестных символов устраняется линейным корректором; для нелинейных приемников 1Ш со стороны неизвестных символов устраняется линейным корректором, а со стороны известных символов - по цепи обратной связи по решению (ОСР). Для збоих приемников корректор является трансверсаль.чим фильтром (Т4>) конечной длины.

Известная методика расчета параметров корректора нелинейного приемника с ОСР отличается большой сложностью. Поэтому был разработан новый метод расчета его параметров, который основывается лишь на знании отсчетов Вк = Нс(2Ш, к = 0,1,2, ... ,п автокорреляционной функции манипулирующего импульса С(1;) в точках 1;к = 2Тк. Показано, что если значения АКФ импульса СВЛ) не превосходят критических значений, то имеется параметр г, который определяется видом манипулирующего импульса С(1;) и требуе-иой точностью коррекции такой, что весовые коэффициенты ТФ определяются как первые г+1 элементы первой строки обратной матрицы Здесь в2гМ= {/зи> = " квадратная

матрица Теплица размером (2г+1М2г+1), состоящая из отсчетов автокорреляционной функции Вк. Параметр г обычно лежит в диапазоне 4 - 12.

Найдено выражение для помехоустойчивости соответствующего

приемника. Она определяется по формуле Рок = V(-/iTh / ,/q^0). Здесь V(x) - интеграл вероятностей; h - относение сигнал/шум на входе приемника. Расчеты показали, что помехоустойчивость приемника с полученным корректором практически такая же, как и у известного подоптимального приемника, т.к. остаточная №И Находится на уровне 10"3- 10~s и не оказывает существенного влияния на помехоустойчивбсть. При этом предложенный метод расчета параметров корректора и помехоустойчивости подоптимального посимвольного приемника с ОСР проще известных, поскольку позволяют сократить обьем необходимых вычислений более, чем на порядок. Штод обобщен на случай адаптивного приема для каналов, параметры которых медленно меняются во времени, а также шюгопозиционной KAM.

Получено новое аналитическое выражение для расчета помехоустойчивости линейного подоптимального посимвольного приемника

Роа = У(/Гh / /r,,). Оно проще известного выражения,

которое предполагает расчет в частотной области и показывает зависимость помехоустойчивости от параметров корректора приемника (параметры корректора определяются г+1 -й строкой обратной матрицы ©g г♦1 *

Рассмотрены особенности линейного приемника для систем с пакетным режимом работы. Показано, что весовые коэффициенты ТФ для первых и последних г символов пакета должны меняться. Они определяются на основе строк . За счет этого приемник обеспечивает выраженный в децибелах энергетический выигрыш по помехоустойчивости для символов, находящихся по краям пакета более, чем в два раза.

. Было проведено имитационное моделирование на ЭВМ приема сигналов ДФМ(С)-ЧПИ при использовании линейных а нелинейных приемников, которое подтвердило правильность полученных теоретических результатов.

Четвертая глава посвящена исследованию помехоустойчивости сигналов ДФМ(С)-ЧПИ для одноканальных систем (без МКП) при ис~

пользовании подоптимальных линейных и нелинейных посимвольных преемников, а так:® разработке метода размена помехоустойчивости сигналов на их частотную эффективность.

Показано, что выраженные в децибелах энергетические поте-F'i (ЭП) подоптимальных нелинейных приемников с ОСР примерно в газ раза меньие ЭП линейных приемников. Для основных сигналов она находятся на уровне О - 0.2 дБ, т.е. приемники с ОСР практически обеспечивают потенциальную помехоустойчивость.

Еиесте с тем, эти сигналы в ряде случаев не удовлетворяют .ствувщш стандартам на модность внеполосного излучения • :':!). В связи с этим предложен метод получения новых (модифицированных) сигналов ДФМ(С)-ЧШ на основе исходных, который ю^воляет разменивать помехоустойчивость на частотную эффективность: при сохранении формы манипулирующего импульса С(t) curia л перейти к более высокой скорости передачи информации. Для описания модифицированных сигналов ВЕеден коэффициент увеличения информационной скорости Кш, который характеризует величину дезньиения символьного интервала либо, что тоге саше, степень :сатия энергетического спектра исходного сигнала по оси нормированной частоты. Платой за повышение концентрации энергетического спектра является некоторое ухудшение помехоустойчивости зследствии увеличения отсчетов АКФ манипулирующего импульса в точках принятия реиения, а такге несущественное увеличение пик--фоктора сигнала. В частности, чтобы довести концентрацию энергетического спектра сигнала IJF(N=1) до стандартов спутниковой шстемы связи INTELSAT (SCPC) ( мощность ВПИ на нормированной тстоте 0.7 на уровне -26 дБ), необходимо использовать Кп = 1.1. Три этом энергетические потери подолтигального приемника с ОСР увеличатся с 0.13 до 0.26 дБ, а пик-фактор сигнала ДФМС-ЧПИ юзрастет с 1.25 до 1.7 дБ, т.е. ухудшатся незначительно.

Пятая глава посвящена оптимизации сигналов с перекрывающимися импульсами для многоканальных систем связи с ЧРК. и ЧВРК |ри использовании подоптимальных посимвольных приемников и :равнительному анализу различных методов приема сигналов.

Показано, что для сохранения оптимальной схемы приема необ-:одимо использовать обеляющий фильтр (ОФ), который сводит ;месь АБГШ и МКП со стороны соседних каналов системы к квази-¡елому шуму, а затем осуществить рассмотренную выше подопти-ильную коррекцию (компенсацию) ЬЮИ с учетом новой формы мани-

пулирухщих импульсов сигнала ДФМ(С)-ЧПИ. Среди подоптимальнк/: посимвольных приешшков лучшую помехоустойчивость обеспечивав; нелинейный приемник с ОФ и ОСР. По сравнению с известными л :-нейными приемниками без ОФ он позволяет, при энергетических ¡г -терях не выше 1 дБ, увеличить удельную скорость передачи инф:г-мапии на 0.15 - 0.2 бит/с/Гц. При этом энергетический выигри.:; составляет, в зависимости от вида сигнала, от 2 до 10 дБ пр..

Для линейных и нелинейных (ОСР) подоптимальных посимвольных приемников задача поиска оптимальных по помехоустойчивости сигналов при наличии ограничений на пик-фактор не поддается точному аналитическому решению. В связи с чем оптимизация проведена в классе рассмотренных в первой главе известных сигналов и полученных в главе 4 модифицированных сигналов ДФМ(С)~ -ЧПИ. При этом использовались два критерия. Первый состоит к минимизации энергетических потерь (минимуме вероятности ошибочного приема) при условии фиксированной средней мовшости сигнала и наличии ограничения на его пик-фактор, а второй - при фиксированной пиковой модности сигнала. Оптимальными по обоим критериям оказались одни и те зге сигналы. С учетом простоты реализации УПС приемника сформулированы практические рекомендации (табл.) по выбору сигналов и методов их приема для многокакалъ-ных систем с различной частотной эффективностью.

Найденные сигналы ( Н(0.5) и Н(0.5),Кт=1.1 ) при использовании предложенного посимвольного приемника с ОФ и ОСР позволяют довести удельную скорость передачи информации в многоканальной системе до 1.95 - 2.0 бит/с/Гц при энергетических потерях на уровне 1 дБ.

Предложенный подоптимальный посимвольный приемник позволяет сократить пик-фактор используемых сигналов. Так, применение сигнала БОАМ вместо ФМ4 позволяет уменьшить пик-Фактор сигнала с 2.8 до 0.7 дБ при р=1.4 бит/с/Гц. Эти сигналы имеют одинаковые энергетические потери (1 дБ).

Были рассмотрены вопросы реализации подоптимальных посимвольных приемников для многоканальных систем. Показано, что корректор и обеляющий фильтр могут быть построены на осною трансверсальных фильтров. Рассмотрена методика, расчета их пиря метров. С точки зрения практической реализации они существенпс

Таблица

Р'.-конзндуемае сигналы и методы их приема в зависимости от удэльиой скорости передачи информации (р) в системе (энер--.-глческие потерн составляют 0.5 - 1.0 дБ при Рои=10"3)

0 vhT/C/ГЦ ИМПУЛЬС Сигнал Пнк-фактор (дБ) Приемник

,3 -1.38 SQAH ДМЮ-ЧПИ 0.69 ЛИН.

■.50-1.65 IJF(N=1) ДФЬЬЧПИ 1.25 ОСР

':.6 -1.7 IJF(H=l),Kra=l.l ДФМ-ЧПИ 2.0 ОСР

1.73-1.8 Н(0.7) ДФМ-ЧЛИ 2.98 ОСР

1.78-1.85 Н(О.б) ДФМ-ЧПИ 3.42 ОСР

1.84-1.95 Н(0.5) ДФМС-ЧПИ 3.33 ОСР

{-) -2.0 Н(0.5),Кт=1.1 ДФМС-ЧПИ 3.59 ОСР

проаз нелинейных приемников "в целом" по схеме детектора Витер-би.

В выводах приведены основные результаты выполненной работы, В приложении представлены программы на языке MATHCAD имитационного моделирования приема сигналов Д$М(С)-ЧПИ при исполь-линейных и нелинейных приемников, а также расчета их поиехоус-тойчивости, выводы ряда математических соотновений, копии документов, подтверждаюних практическую ценность работы.

ВЫВОДЫ

1. Разработаны новые методы расчета параметров корректоров для подоптимальных посимвольных приемников с ОСР, а такге nots-хоустойчивости для линейного и нелинейного (ОСР) подоптиыально-го посимвольного приемника.

2. Определена структурная схема и найден метод расчета паг"-метров корректора линейного подоптимального посимвольного приемника для систем с пакетным режимом работы.

3. Получены аналитические выражения корреляционной функцг.;, спектральной плотности мощности, а также энергетического спектра межканальной помехи для сигналов ДЙЮ-ЧПИ общего вида с манипулирующими импульсами любой длительности и формы. Для комплексной огибающей сигнала ДФШ-ЧПИ (с летом случайного начального фазового и временного сдвига) определена корреляционная функция соответствующего комплексного дискретно-непрерывного марковского процесса.

4. Разработан метод формирования новых сигналов ДФМ(С)-ЧПИ на основе размена энергетической эффективности сигналов на частотную. Получены сигналы ДФМ(С)-ЧПИ, имеющие высокую концентрацию энергетического спектра и помехоустойчивость для многоканальных систем с ЧРК и ЧВРК при малом разносе частот между каналами.

Б. Адаптированы известные для случая одноканальных систем связи методы подоптимального линейного и нелинейного (ССР; приема сигналов на случай многоканальных систем за счет использования фильтров, обеляющих Ш1. Для сигналов ДФМ(С)-ЧПИ определена передаточная функция соответствующего обеляющего фильтра.

6. Получены расчетные соотношения, проведены анализ и оптимизация по помехоустойчивости и пик-фактору сигналов ДФМ(С)-ЧПИ для линейных и нелинейных подоптимальных посимвольных приемников с учетом удельной скорости передачи информации в многоканальной системе.

7. Сформулированы практические рекомендации по выбору сигналов и методов их приема в зависимости от требуемой удельной скорости передачи информации в системе и величины пик-фактора сигнала.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ Ш ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Васильков Е. М., Белохвостов С. Н. Многостанционные системы сбора и обработки информации// В сб. Технология машинного проектирования и испытания программных средств ИАСУ. - Мн. : ЦНИИТУ, 1085. -С. 100-105.

2. Васильков Е. Я Абстрактная программная машина и ее применение в типовых систе!гах связи// В сб. Машинное проектирована систем управления. -Ш. :ЦНИИТУ, 1985. -С. 64-69.

3. Васильков Е. и. Программно-алгоритмический метод повыше-йг:г! эффективности использования каналов связи// Надежность и кглэство функционирования информационных сетей и их элементов. Тел. докл. 5-й Всесоюзной НТК. - Новосибирск. 1985. -С. 250-252.

4. Васильков Е. М.. Воробьев В. И. Энергетические характе-р:-".?и»си класса сигналов с непрерывной фазой/ Ред.хурн. " Изв. /" ГСО? сер. физ.-техн.н." -Минск, 1989.-33 е.- Деп. 29.12.89, N '.-782 -В89.

5. Васильков Е. Ы. Разработка модели линейного канала с ад-дкттаной помехой/ Научно-технический отчет по теме НИР " Ис-с/лювание параметров локальных гибридных систем связи". Но-

Гос. регистрации 0189008421?, Минск. ИИ, 1989 г.

6. Васильков Е. II Воробьев К И. , Чуйко Э. А. Синтез манипулирующих сигналов для частотноограниченных каналов связи // Радиотехника и электроника. -1990.- N19.- С. 97-99.

7. Чуйко а А., Васильков Е. М., Воробьев Е И. Синтез сигналов для нелинейных, частотно-ограниченных каналов связи // Гез. докл. 2-й Всесоюзной НТК по информационный системам мно-гестсенного доступа. -Минск, 1991.-С. 39-43.

8. Васильков Е. Н. Энергетический спектр сигналов ДШЗ с частично перекрывающимися манипулшрукязаш импульсами// Тез. докл. НТК БГУИР Минск 15-18 февраля 1994, часть 1. -Ын.: БГУИР. -С. 147.

9. Васильков Е. М. Помехоустойчивость сигналов Д5УС с частично перекрывающимися импульсами в линейных каналах сеязи// Тез. 50!«. НТК БГУИР Минск 15-18 февраля 1994, часть 1. -Ш.: БГУИР. -1147.

10. Васильков Е. М. Квазиоптимальиый прием "в целом" двоичных сигналов//Тез. докл. НТК БГУИР Минск 15-18 февраля 1994, гасть 1.-МЙ.: БГУИР. -С. 148.

11. Васильков Е. М. Синтез корректоров для подоптимальных фиемников с обратной связью по решению//Современные проблемы задиотехники, электроники и связи. Тез. докл. НГК.-Ш. : БГУИР. •С. 69.

12. Васильков Е, М., Чуйко Э. А. "Оптимизация и прием сигна-юв с перекрывающимися импульсами в цифровых многоканальных ¡истемах связи"//Современные проблемы радиотехники, электро-шки и связи. Тез. докл. ГОК -Мн. : БГУИР. -С. 70.

РЭЗШЕ

да днсертацыйнай працы Вас1лъкоуа Яугена Ш.хайлав1ча "Апты'Лзацыя 1 прыен с1гналау з перакрываючым! 1к1ульсам1''

Ключавыя слови: к-адуляцыя, карэляцийная функция, спектр*-. -пая пчыльиасць ьшгутнасц!, зваротная сувязь па рааэнню, кор^. тар, пераскодаустойл1васць, частковы водгук, п1к-фактар.

Дысертацыйная работа прысвечана распрацоук1 с1гналау 1 тадау 1х приему, дазваляючых павнс1иь эфектыунасць функцыян.1~ рувчыя у рэгнму абкекаванай энергетик! л1чбавых радыес1стЕ>. Емтстаниыеннага доступу з частотным 1 частотна-часавым раздз: леннеи с1гналау за копт паиянпэння разносу частотау паьйг кан:;-лам1 с!стз1к 1 гш.шназння п1кавай кагутнасц1 випраменьвае.-?:-." перадатчккам с!гнала (п1к-фактара). Даследаванно праведзекв : класе с1гцалау з перакрываючтй 1мпульсам1 при выкарыста.мг' л1нейных 1 нел1нейннх (са зсаротнай сувяззго па рашзиню) палг.г-тыьальнах пасхальных прыек311кау. У рабоце атракани спектра.::. -ныя характарысткк1 с1гналау, вызначаны метады л1нейнага 1 "с л1нейнаго падаптышльнага пас1кзальнага приему, распрацавкпя працэдура с1нтззу с!гналау з павыаанай частотнай 1 энергетикой эфектыунасцю, праведзена аптым1зацыя с1гналау 1 мзтадау-'х приему у залеатсц! ад удзельнай хуткасц1 перадачы 1нфар;сг.1.и'1 у сХстэме, сфармуляваны практычныя рзкамендаиы! па выбару сйг-налау 1 штадау 1х приему.

РЕЗЮМЕ

к диссертационной работе Василъкова Евгения Михайловиче "Оптимизация и прием сигналов с перекрывающимися импульсами"

Ключевые слова: модуляция, корреляционная функция, спектральная плотность модности, обратная связь по репению, корректор, помехоустойчивость, частичный отклик, пик-фактор.

Диссертационная работа посвящена разработке сигналов и ю-тодов их приема, позволяющих повысить эффективность функциоьл руюпшх в режиме ограниченной энергетики цифровых радиосистем многостанционного доступа с частотным и частотно-временным раз-

Езлением сигналов за счет уменьшения разноса частот между кана--амл системы и уменьшения пиковой мощности излучаемого передат-шг.ом сигнала (пик-фактора). Исследование проведено в классе налов ДФМ(С)-ЧПИ при использовании линейных и нелинейных (с Агатной связью по репению (ОСР)) подоптимальных посимвольных •><;темников. В работе получены спектральные характеристики сиг-¡£.£03, определены методы линейного и нелинейного подоптимально-'о посимвольного приема, разработана процедура синтеза сигна-

с повыпенной частотной и энергетической эффективностью, к .¿эдена оптимизация сигналов и методов их приема в зависпыос-от удельной скорости передачи информации в системе, сформу-.льаны практические рекомендации по выбору сигналов и . метода их приема.

SUMMARY

;о the thesis by Eugsne II.Yasllkov "The Improvement of digital ;ransml8slon techniques for signals with overlapping baseband ¡ulses"

Keywords: keying, autocorrelation function, povrer spectral lenslty, deslzlon feedback equalizer, transversal reselver, artlal response, probability of error performance

The thesis Is devoted to developing signals and cethods for heir receiving, which allow to lnprove power and spectral ef-lclency of multichannel comaunlcation systecs. The quadrature verlapped nodulated signals, linear transversal reselyera and onllnear receivers with decision feedback equalization are ana-uzed. The autocorrelation function and a power spectral denal-y of IJF-OQPSK-type signals are derived. A new cathod кав de-eloped for computing parameters of decision feedback equall-er. The trade-off between power and spectral efficiency Is lso analuzed. A corelatlon between probability of error per-огшпсе of multichannel systens with IJF-type signals, slg-al's peak and system spectral efficiency was determined. Prac-lcal reconendatlons for the choice of signals and receivers ere given.

Васильков Евгений Михайлович

Оптимизация и прием сигналов с перекрывающимися импульсами

Специальность 05.12.02. - системы и устройства передачи

информации по каналам связи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 20.04.95 Формат 60x84 1/16

Офсетная печать.Усл.печ.л.1,2. Уч.изд.л. 1.0

Тира* 90, заказ212 .

Ротапринт БГУИР 220027, МИнск, П.Бровки, 6.