автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Повышение помехоустойчивости передачи дискретных сообщений по радиоканалам в системах сотовой связи стандарта GSM при мягком декодировании

На правах рукописи

Багдасарян Дмитрий Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ ПО РАДИОКАНАЛАМ В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSM ПРИ МЯГКОМ ДЕКОДИРОВАНИИ

Специальность. 05.12.13 Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара - 2005

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики» (ПГАТИ)

Научные руководители:

- заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технический наук, профессор

- доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты

- доктор технический наук, профессор

- кандидат технических наук, доцент

Ведущее предприятие: Федеральное предприятие Самарский отраслевой институт радио (ФГУП СОНИИР).

Кловский Д.Д. Николаев Б.И.

Карякин В.Л. Овсянников А.С.

государственное унитарное научно-исследовательский

Защита диссертации состоится «ЗУ» 2005 г. в

/Г час.

на заседании диссертационного совета Д 219.003.02 при Поволжской государственной академии телекоммуникаций и информатики (ПГАТИ) по адресу:

443010, г. Самара, ул. Л. Толстого, 23

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим отправлять по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПГАТИ.

Автореферат разослан «2?» НАЛ 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 219.003.02 д.т.н., доцент

Д.В. Мишин

&&2Л о

z/rf3fo

Общая характеристика работы

Актуальность темы и состояние вопроса

Несмотря на успехи в стандартизации сетей третьего поколения (3G), основанных на технологии CDMA, их коммерческий успех пока не наступил. Исследования показывают, что системы TDMA, в частности, системы сотовой подвижной связи (ССПС) GSM 2,5G (GPRS и EGPRS), имеют достаточный потенциал на ближайшие несколько лет, пока скорости передачи данных, обеспечиваемые ими, удовлетворяют потребности абонентов Важно, что технологии GPRS и EGPRS разрабатывались с целью минимальных изменений в существующей инфраструктуре ССПС GSM и потому последовательно «надстраиваются» над существующим оборудованием, не требуя крупных инвестиций, в отличие от сетей 3G. В связи с этим, вопросы повышения качества передачи информации в сетях 2,5G, являющиеся целью данной работы еще долго будут оставаться актуальными. Многие способы, так или иначе, были рассмотрены в различных исследованиях, однако, либо безотносительно к ССПС GSM, либо относительно ранней стадии их развития (середина 90-х гг.). Кроме того, в этих исследованиях отдельно не рассматривался вопрос помехоустойчивости предложенных алгоритмов при мягком декодировании сверточных кодов.

Алгоритмы демодуляции-декодирования, работоспособные в каналах с межсимвольной интерференцией (МСИ) и реализуемые наиболее широко, были разработаны- Д.Д. Кловским и Б И. Николаевым (1959 - 1970 гг), А Витерби (1967 г.), Л. Балем и др (1972 г.). Исследования проблем передачи дискретных сообщений в каналах с МСИ, в том числе GSM, с применением этих алгоритмов проводили ДД. Кловский и его ученики' Ю.В. Алышев, В.П Зайкин, В.Г. Карташевский, Г.В. Кирюшин, ДВ. Мишин, Б.И Николаев, Е О. Хабаров, С.М. Широков и др За рубежом интересные результаты были получены учеными, работавшими над созданием и развитием ССПС GSM: В. Герштакером, Д. Хагенауэром, П. Хойером и др. Основоположниками современной теории систем передачи и приема с пространственным разнесением (MIMO - Multiple-Input-Multiple-Output) можно считать ученых из корпорации Bell Labs: С. Аламаути, Д. Фошини, И Телатара, тогда как первые работы в этой области также принадлежат отечественным ученым: И.С. Андронову, Л.М Финку, В.М. Розову, А.И. Фалько, Н.П. Хворостенко.

Цель исследования

Комплексное решение проблемы повышения качества ССПС GS VI

на основе:

1 Использования мягкого декодирования в сочетании с алгоритмом Юювского-Николаева (АКН) применительно к Аппозиционной ФМ (G5M, GPRS, EGPRS).

2. Использования покоординатного перебора для 8-ФМ (EGPRS).

3. Использования технологии MIMO.

Задачи исследования

1. Исследование физической и математической моделей сигналов с учетом сверточного кодирования и модуляции М-ФМ и многолучевого канала связи с МСИ, алгоритмов приема и обработки дискретных сообщений в ССПС GSM.

2. Аналитический расчет помехоустойчивости алгоритма мягкого де <одирования на основе АКН в многолучевом канале с МСИ, общими гауссовскими замираниями и аддитивным белым гауссовским шумом (АБГШ) при демодуляции сигналов М-ФМ, деперемежении символов и сверточном декодировании и его энергетического выигрыша от-юсительно алгоритма жесткого декодирования.

3. Исследование потенциальных характеристик субоптимального ал -оритма покоординатного перебора при демодуляции сигналов 8-ФМ.

4. Аналитический расчет помехоустойчивости систем связи с разнесенной передачей и разнесенным приемом в многолучевом канале с МСИ, общими гауссовскими замираниями и АБГШ и их энгргетического выигрыша относительно систем с одиночными передачей и приемом.

5. Создание программного пакета, имитирующей среду распространения радиосигнала, реальные процессы в кодере, модуляторе, демодуляторе, декодере в ССПС GSM, и статистическое моделирование в ней алгоритмов мягкого и жесткого декодирования приема на основе АКН, SOVA и BCJR и алгоритма покоординатного перебора.

Методы исследования

При проведении исследования использовался математический аппарат теории вероятностей и случайных процессов, статистической теурии связи, пакет прикладных математических программ MathCAD, и методы статистического моделирования, основанные на объектно-ориентированном языке программирования C+-t-,

Объект исследования

В качестве объектов исследования выбраны логические каналы передачи данных. ТСН F-4,8 (GSM), PDTCH CS-1 (GPRS) и PDTCH MCS-6 (EGPRS) и физические радиоканалы, однолучевой райсовский канал (сельская местность), двулучевой релеевский канал (холмистая

местность и микросоты) и трехлучевой релеевский канал (городская местность).

Научная новизна работы

1. Получены аналитические выражения помехоустойчивости и энергетического выигрыша алгоритма мягкого декодирования на основе АКН в многолучевом канале с МСИ, общими гауссовскими замираниями и АБГШ при демодуляции сигналов М- ФМ, деперемежении символов и сверточном декодировании.

2. Получены аналитические выражения помехоустойчивости и энергетического выигрыша при использовании пространственно разнесенных передающих и приемных антенн в GSM.

3. Получены результаты статистического моделирования алгоритмов мягкого и жесткого декодирования для 2-ФМ и 8-ФМ и алгоритма покоординатного перебора для 8-ФМ, а также алгоритмов SOVA и BCJR.

Личный вклад

Все основные научные положения, выводы и рекомендации, изложенные в диссертации, получены автором впервые и лично. Теоретические и экспериментальные исследования, в том числе и на действующей сети ЗАО «СМАРТС», выполнены в рамках руководимых автором проектов и при его непосредственном участии.

Практическая ценность

1. Предложенные способы повышения помехоустойчивости могут бытъ использованы операторами сотовой связи для планирования, строительства и оптимизации сетей GSM, GPRS и EGPRS с целью снижения капитальных и эксплуатационных затрат и улучшения экологических характеристик по фактору ЭМИ, а также производителями оборудования для проектирования и разработки базовых станций и мобильных терминалов стандарта GSM с пониженными требованиями к мощности излучения и чувствительности.

2 Результаты аналитических расчетов и статистического моделирования могут быть использованы сотрудниками учебных и научю-исследовательских институтов связи для проведения дальнейших исследований ССПС, а также в учебном процессе.

Реализация результатов работы

¡.Результаты диссертационных исследований использованы пэи построении сетей GPRS и EGPRS ЗАО «СМАРТС».

2. Разработанные алгоритмы и результаты статистического моделирования использованы при выполнении работ по договору между ЗАО «СМАРТС» и ПГАТИ.

3. Материалы диссертации использованы в учебном процессе ПГАТИ.

Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами.

Апробация результатов работы

Основные положения и результаты диссертации были представлены на VII международной конференции SCI'03 (США, Орландо, 2003), LVIII научной сессии РНТО РЭС им. А.С.Попова, посвященной Дню Радио (Москва, 2003), X Российской НТК ПГАТИ (Самара, 2003), V международной НТК «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Самара, 2004), НТК профессорско-преподавательского и инженерно-технического состава ПГАТИ (Самара, 2004, 2005 гг ), а также на заседаниях Ассоциации российских операторов сетей GSM.

Публикации

По материалам диссертационной работы имеется 9 печатных трудов, из которых 3 тезиса и 4 доклада, опубликованных в трудах международных и общероссийских конференций, а также 2 статьи в научных изданиях

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, списка литературы и трех приложений. Работа изложена на 163 стр. машинописного текста, содержит 20 таблиц, 54 рисунка, 3 приложения, библиография включает 145 наименований.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты аналитического расчета помехоустойчивости и энергетического выигрыша алгоритма мягкого декодирования на основе АКН по отношению к алгоритму жесткого декодирования в многолучевом канале с МСИ, общими гауссовскими замираниями и АБГШ при демодуляции сигналов М-ФМ, сверточном декодировании и деперемежении.

2 Результаты аналитического расчета помехоустойчивости и энергетического выигрыша алгоритмов разнесенной передачи и приема по сравнению с алгоритмами одиночной передачи и одиночного приема для многолучевого канала с МСИ, общими гауссовскими замираниями и АБГШ.

3 Результаты статистического моделирования в многолучевом канале с МСИ, общими гауссовскими замираниями и АБГШ алгоритма мягкого декодирования на основе АКН, алгоритма жесткого декодирования, алгоритмов SOVA и BCJR при демодуляции сигналов 2-ФМ; алгоритма покоординатного перебора при демодуляции сигналов 8-ФМ

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, дан обзор состояния вопроса, сформулированы цели и задачи исследования, показана научная новизна и практическая ценность работы

В первой главе рассмотрены физическая и математическая модели сигналов ССПС GSM с учетом используемых схем кодирования и модуляции. В качестве объекта исследований выбраны логические каналы передачи данных TCH F-4,8, PDTCH CS-1, PDTCH MCS-6, в которых реализованы все используемые в GSM характеристики сверточного кодирования (скорости, порождающие полиномы и кодовые ограничения) и модуляции (2-ФМ и 8-ФМ) в разных сочетаниях. Таким образом, результаты исследований справедливы и для остальных каналов.

Проведено исследование физической и математической моделей многолучевого канала связи с МСИ. Модели многолучевости для различных условий распространения сигнала, описанных в спецификациях GSM, упрощены путем выделения основных лучей, в результате чего в качестве объектов исследования полученог. однолучевой райсовский канал (сельская местность), двухлучевой релеевский канал (холмистая местность и микросоты) и трехлучевой релеевский канал (городская местность). Построена математическая модель каналов GSM на основании четырех- и пятипараметрической общей гауссовской модели, которая, как показано, хорошо аппроксимирует m-распределение Накагами, традиционно используемое зарубежными учеными.

В третьей части первой главы приведено описание современного состояния техники приема и обработки дискретных сообщений в ССПС GSM на основании результатов изучения более 70 англоязычных источников. Дано краткое описание широко внедряемых в зарубежной аппаратуре модифицированных алгоритмов Витерби (SOVA) и BC.R (Max-Log-MAP и Log-MAP), а также схемы турбо-декодирования Также рассмотрены основные направления развития систем связи с пространственно-разнесенными передачей и приемом (MIMO).

Во второй главе исследована возможность применения алгоритма мягкого декодирования на основе АКН в ССПС GSM. Получена формула для расчета средней вероятности ошибки на бит при Л/-ФМ и мягком декодировании по АКН в многолучевом канале с МСИ:

j

где Ь - число лучей в канале с МСИ;

N - длина выходной последовательности в битах;

f

ехр

7 ahí а]

Л

(1 + 2 акУ,)

£, =----т--, которое в области малых ошибок

(1 + 2 ЧЧ2)

ехр(-^,2) . . ,

принимает вид =-2 2 (^ +/иЧ/2ст,2 - отношение

2 д/о /

средней мощности регулярной компоненты сигнала к средней мощности флуктуирующей компоненты, /г2 - отношение сигнал-шум в нечамирающем канале);

9 = —'— - коэффициент пересчета вероятности ошибки на сим-^ М

вот в вероятность ошибки на бит для М-ФМ;

с - коэффициент, который учитывает вклад в вероятность ошибочного решения при равенстве сопровождающих цепочек нескольких сигнальных точек, расстояние между которым минимальное (для сигналов М-ФЫ с = 2 ),

К - матрица коэффициентов корреляции квадратурных компонент;

р =—■—- (где а - полный информационный вес кодового слова 5-v

с выходным весом j, п] - число кодовых слов с выходным весом j, 8 -задержка в принятии решения, v - кодовое ограничение); D - свободное расстояние для сверточных кодов;

а = R log2 М sin2 — (R - скорость кода).

\М

Если в (1) ограничиться первым членом, то'

- - 8 с Р PbS*2detR

(2)

где

6 V

Средняя вероятность ошибки на бит при Л/-ФМ и жестком декодировании в многолучевом канале с МСИ равна.

г о х=о К Л

ги

(3)

где ху ~ 1/2 ПРИ четных О и -1 при нечетных Д С* - число

сочетаний из к поу

Если учитывать только вероятность возникновения ровно

^ ' -- и- +1 ошибок, как наиболее вероятный случай, и ограничиться

первым членом, то (3) принимает вид:

П*/

(4)

На рис 1 показаны результаты расчета помехоустойчивости по формулам (1) - (4), из которых видно, что при расчете энергетического

выигрыша мягкого декодирования относительно жесткого можно пользоваться упрощенными формулами, полученными с учетом только ошибочно декодированного выходного слова весом О в области малых ошибок, а результаты статистического моделирования необходимо сравнивать с результатами расчета по точным формулам.

По полученным формулам произведен расчет помехоустойчивости мягкого и жесткого декодирования в исследуемых логических и физических каналах и приведены графики зависимости средней вероятности ошибки на бит от отношения сигнал/шум Из расчетов следует, что в случае жесткого декодирования невозможно обеспечить вероятность

Отношение сю кал/шум дЬ | мягкое декодирование по форчуте (1)

~ - - • мягкое декодирование по формуле (2)

- - • мягкое декодирование по формуле (2~~ в обтасти малых ошигюк

жесткое декодирование по 4*>рмупе (3)

- - - жесткое декодирование по форму« (4)

- ~ * жескос /Ч-кодироваиие по форуме (41 в обисти малых ошибок

Рис 1 Средняя вероятность ошибки на бит в канале ТСН Р-4,8 в сельской местности

ошибки pbS = 10~7 при hi <12 дБ (значение, которое принимается операторами сотовой связи при планировании и строительстве сетей). В случае мягкого декодирования вероятность ошибки pbs =10~7 достигается в холмистой и городской местностях и в микросотах при hi < 12 дБ, в сельской местности при h] < 18 (однако, в сельской местности можно без особого ущерба решить этот вопрос уменьшением радиуса сот). В канале TCH F-4,8, сверточный код в котором имеет лучшие дистанционные характеристики по сравнению со сверточным кодом в канале PDTCH CS-1, требуемая вероятность ошибки обеспечивается при меньших значениях h]. Поэтому, важным выводом из результатов расчета является необходимость обеспечить при строительстве сети GPRS более высокое й02, чем при строительстве сети GSM. Алгоритм мягкого декодирования применим и при демодуляции сигналов 8-ФМ, с учетом того, что в этом случае вычисляются не две, а восемь метрик d2lm). Для этого способа модуляции также произведен расчет

помехоустойчивости мягкого и жесткого декодирования в исследуемых логических и физических каналах и приведены графики зависимости средней вероятности ошибки на бит от отношения сигнал/шум.

Энергетический выигрыш алгоритма мягкого декодирования относительно жесткого декодирования для сигналов М-ФМ равен:

Выигрыш уменьшается с ростом числа лучей и не зависит от их относительной мощности. Значения энергетического выигрыша для исследуемых каналов приведены в таблице 1.

В заключительной части показано, что в ССПС GSM (EGPRS) при модуляции 8-ФМ можно применить субоптимальный алгоритм покоординатного перебора, который, в отличие от алгоритмов полного перебора, требующих перебора ML альтернатив, имеет вычислительную сложность равную ¿(Л/-1) + 1 и в то же время ни в каких условиях не обладает несократимой вероятностью ошибки.

1 2

л = 101g

|/(» + 1) из

(с-*1 )'<»♦■> -10 .1 ■-— lg(рь)

1 D ' L(w +1) ID К

(5)

Таблица 1.

Модель физического канала Энергетический выигрыш г), дБ

Канал ТСН F-4,8 Канал PDTCH CS-1 (л= ю-2) Канал PDTCH MCS-1 (материнский код) Канал PDTCH MCS-1 (выколотый код)

сельская местность 4,44 3,32 4,62 4,20

холмистая местность и микросоты 2,22 1,66 2,31 2,10

городская местность 1,48 1,11 1,54 1,40

В третьей главе рассмотрены вопросы организации пространственно разнесенной передачи и приема в ССГТС GSM. Практически реализуемым вариантом является установка нескольких приемо-передающих антенн на базовой станции и одной приемопередающей антенны на мобильной станции. Тогда, если рассматривать прямой канал от сети к пользователю, то будет иметь место пространственно разнесенная передача и одиночный прием. В случае обратного канала мы имеем дело с одиночной передачей и пространственно разнесенным приемом. Разнесение с задержкой по nd антеннам на передаче имеет ряд преимуществ: простота в реализации, универсальность по отношению к способам модуляции и др. и может быть использовано в GSM.

При ¿/-кратном разнесенном приеме во времени с анализом сигнала на интервале (nd - 1)7* + (L-1)jT = (nd +L-2)T и использованием AKH формула для расчета средней вероятности ошибки в матричном виде:

1 Г-шг7 2в^(1+2а^С)"'тг]/(det[l + 2ah^C]f . (6)

Рп

-ехр

где т =

тг

т.

- матрица-столбец, состоящая из двух частей:

матрицы-столбца шг размером пи1 средних значений Хп1 = тх ( и матрицы-столбца шг размером п1]1 средних значений Уп, = ту _;

с с

х - матрица ковариации, характеризующая канал,

У Г

размером 2^,1x2^1, причем - матрица ковариации квадратурных компонент Хп, размером пс1Ьу.п11Ь, Су - матрица ковариации квадратурных компонент Уп1 размером пс1 Ь х п^/,, С^ - матрица взаимной ковариации элементов Хп, и Кя/ размероми^!хп^Ь, а

УХ ХУ •

В скалярной записи:

ехр

1аК

л, ¿<7

I + 2а1\

Р„ ® —

2-аеШ

В области малых ошибок:

"МЛ

^17(1+2^4)

ехр

Л,

2 • сЫ II

{2аК) ПК)

(7)

(8)

По точной формуле (7) произведен расчет помехоустойчивости, достигаемой за счет перехода от одиночной передачи к пространственно-раз-несенной при разной степени корреляции квадратурных компонент, а также приведены графики зависимости средней вероятности ошибки от отношения сигнал-шум.

Из приведенных на рис.2 графиков видно, что в условиях слабой корре-

Очюпкние сжшл'шчм гЬ " Одна 1гередиюиш* шпешш

- Две пе;клло[ци<. антенны я оклтстнки корреляции

Две иередвюшиь витешш при коэффициенте корреляши О I

• - - Две иср^дьюисис »кгениы при ки-м|>фицне)гге корреляции 0 5

* * * Две передающие антекны при коэффициенте корреляции 0,7

Рис 2 Помехоустойчивость системы связи с двумя передающими антеннами при разных уровнях корреляции

ляции помехоустойчивость близка к помехоустойчивости в отсутствии корреляции. В условиях сильной корреляции помехоустойчивость разнесенной передачи приближается к помехоустойчивости неразнесен-ной передачи.

Из полученной формулы энергетического выигрыша, достигаемого за счет перехода от одиночной передачи к пространственно-разнесенной в отсутствие корреляции квадратурных компонент

следует, что число антенн на передаче, питаемых запаздывающими информационными сигналами, имеет смысл увеличивать лишь до определенной пороговой величины, которая зависит от требуемой вероятности ошибки рп и от числа лучей в канале. Так, если увеличивать число антенн цо тех пор, пока энергетический выигрыш от увеличения числа антенн на единицу составляет не менее 1 дБ, то при интересующих нас диапазонах вероятности ошибки число антенн на передаче целее-сообразно увеличивать до 6. Наибольший энергетический выигрыш дает увеличение числа антенн на передаче с одной до двух, что может быть рекомендовано в качестве оптимального способа повышения помехоустойчивости за счет разнесения на передаче. С уменьшением требуемой вероятности ошибки энергетический выигрыш системы с двумя антеннами на передаче относительно системы с одной антенной на передаче растет. Даже в случае наихудшего канала (городской местности) при средней вероятности ошибки рп =1(Г2 этот выигрыш равен 2,33 дБ, а при вероятности рп =1(Г4 - 12,32 дБ. Также произведен расчет энергетического проигрыша, обусловленного наличием кореляционных связей квадратурных компонент, который падает с ростом фактора разнесения Мц и для матриц коэффициентов корреляции, представляющих

практический интерес, оказывается весьма несущественным.

Показано, что, в отличие от однолучевого канала с замираниями, в многолучевом (частотно-селективном) канале нельзя посредством неоптимальной схемы сложения ЕвС обеспечивать качество, близкое к качеству, достигаемому при оптимальном разнесенном приеме. В детерминированном же канале, даже однолучевом, оптимальный прием по отношению к неоптимальному (ЕвС) может дать (в зависимости от соотношения интенсивности сигналов в отдельных ветвях разнесения) и весьма существенный энергетический выигрыш

Л,*, =201§

(ёеШ

2(л„ .1)/ч2(и,,.|)

В четвертой главе в соответствии с математическими моделями сигналов и каналов связи, используемых в ССПС GSM, на объектно-ориентированном языке С++ разработана программная модель (см. рис.3.) для статистического моделирования описанных алгоритмов.

Ген Kol - Пер • Мол - ■Сан - Шуи - Д1*од - Депер - M« - Декод - (.ран

—- •ttmpmr си

Рис 3 Модель системы связи

Хорошее совпадение частости ошибок при моделировании в канале без замираний с результатами расчета по точной формуле

Рь

подтверждает достоверность программной модели и

достаточность выборки.

При статистическом моделировании в каналах с замираниями были проведены испытания в 15 режимах связи, обозначенных А-В-С. А: 1 -жесткое декодирование, 2 - мягкое декодирование, 3 - покоординатный перебор; В- 1 - ТСН Р8-4,8, 2 - РОТСН С8-1, 3 - РБТСН МСБ-б; С: 1 -

сельская местность, 2 - двух-лучевой релеев-ский канал, 3 -трехлучевой ре-леевский канал.

Для каждой точки кривой проводилось по п-10 испытаний, а число передаваемых информационных бит равно Значение задавалось до 30 дБ

В соответствии с формулой Зс ±Ф"' (1 -Р)-т= для каждой точки кривой помехоустойчивости ып

- ч

- 4- - Nt. - 1 J ^

f :

[ \ — 'JlX

- \-~.Jr~ ГЩ. - ! " t ! \ \N '

Отношение ьитнл/тум дЬ —— жесткое декодирование по фор\г> ic (4) К К SOVA (чодспировянис) * I АКН (моделирование) BCJR (моделирование) SOVA (д0есрж"си>ный интерват) АКН (доверите чьный интернач) О-О BCJR (довсротстьиыи интервап)

Рис 4 Помехоустойчивость алгоритмов в режиме 1-1-1

ю7. h1 от 0

s

------ , 1 \

1 ц

— j ""

" 1

— - -_.

рассчитывался доверительный интервал На рис. 4 и 5 показаны некоторые результаты статистического моделирования.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы

1. Использование алгоритма мягкого декодирования на основе АКН при демодуляции и декодировании

сигналов М-ФМ обеспечивает энергетический выигрыш от г|шп =1,11 дБ до дБ. Аналитические формулы расчета помехо-

устойчивости мягкого и жесткого декодирования, полученные в главе 2, являются хорошей верхней границей, особенно в области малых ошибок, что подтверждает статистическое моделирование.

2. При мягком и жестком декодировании в однолучевом райсовском канале алгоритмы АКН, БОУА и ВСЖ обеспечивают равную помехоустойчивость. В двух- и трехлучевых релеевских каналах АКН мало уступает по помехоустойчивости алгоритмам БОУА и ВСЖ, выигрывая в вычислительной сложности.

3. Алгоритм покоординатного перебора при демодуляции и декодировании сигналов 8-ФМ проигрывает в помехоустойчивости алгоритмам полного перебора, но выигрывает в вычислительной сложности, и является перспективным алгоритмом для внедрения.

4. При пространственно разнесенной передаче с увеличением числа передающих антенн с 1 до 2 обеспечивается энергетический выигрыш Л >2,33 дБ.

Отношение сигяал/ш>м дБ мягкое декодирование по формуй (2) Н'Н SOVA (моделирование) I ! АКН (моделирование) В-В ВСЖ (моделирование) К*К SOVA (доверительный интервал) + АКН {доверительный интервал) □•В BCJR (доверительный интервал)

Рис 5 Помехоустойчивость алгоритмов в режиме 2-2-2.

Список публикаций

ИМ 37

1 Багдасарян Д А Способы повышения эффективности развертывания сетей 3G // Эаектросвязь -2005 -№1 -С 19-20

2 Багдасарян Д А Способы повышения качества передачи дискретных сооощений в сетях подвижной связи стандарта GSM // В сб Тезисы докладов XI! российской НТК проф -преп состава, научных сотрудников и аспирантов - Самара, 2005 — С 26 — 28

3 Багдасарян Д А Методы повышения качесгва передачи информации в сетях стандарта GSM 900/1800 // В сб Труды V международной НТК «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» - Самара, 2004 -С 35-38

4 Багдасарян ДА, Кловский ДД, Сим А В Помехоустойчивость двоичной системы сигналов в многолучевом радиоканале с МСИ при использовании многих антенн на передаче, питаемых запаздывающими информационными сигналами // И,(фокоммуникационныетехнологии -Самара, 2004 - гом 2 -№1 -С 8-13

5 Багдасарян Д А , Кловский Д Д, Сим А В Сопряжение модифицированного А-СН с существующей техникой мобильной связи стандарта GSM И В сб Тезисы док гадов НТК проф-преп иинж-гех составаПГАТИ - Самара,2004 -С 12

6 Багдасарян Д А , Сим А В Разработка способов повышения качества передачи дискретных сообщений в сетях стандарта GSM 900/1800 // В сб Тезисы докладов НТК проф-преп иинж-гех состава ПГА i И - Самара, 2004 -С 18-19

7 Кловский ДД, Багдасарян ДА Сравнительные характеристики качества олючасгогных и многочастотных систем передачи цифровой информации в много ¡учевых каналах в режиме использования всех частотных подканалов и в режиме отбраковки части частотных подканалов // В сб Труды LVII1 научной сессии РНТО РЭС им А С Попова, посвященной Дню Радио - Москва, 2003 - С 56-58

8 Кловский Д Д. Багдасарян Д А Сравнительные характеристики качества одно-и многочастотных систем передачи цифровой информации в селективных по частоте проводных и радиоканалах // В сб Тезисы докладов X российской НТК проф -преп состава, научных сотрудников и аспирантов - Самара, 2003 -С 5

9 Klovsky D D, Bagdasaryan D A Comparative potential performance of single-carrier and multi-carrier systems in dispersive wire and wireless channels // Proc of SCI'03 -Orlando, USA, 2003, July - Vol XV - P 296-301

Подписано в печать 25 05 05 Формат 60x84'/,,, Бумага писчая № 1 Гарнитура Тайме Печать оперативная Уел печ л 0,93 Физ печ л 1,00 Уч-изал 0,52 Тираж 100 экз Бесплатно

Типография государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики» 443010, г Самара, ул Л Толстого, 23 Тел/факс (8462) 39-11-11,39-11-81

Введение.

1. Обработка сигналов в стандарте GSM.

1.1 Обработка сигналов на передающей стороне.

1.1.1 Кодирование.

1.1.2 Модуляция.

1.1.3 Модель передаваемого сигнала.

1.2 Канал связи.

1.2.1 Физическая модель канала связи.

1.2.2 Математическая модель канала связи.

1.3 Обработка сигналов на приемной стороне.

1.3.1 Алгоритмы оценки максимального правдоподобия последовательности.

1.3.2 Алгоритмы оценки максимума апостериорной вероятности.

1.4 MIMO.

Выводы.

2 Алгоритмы демодуляции и декодирования сигналов М-ФМ.

2.1 Алгоритм мягкого декодирования на основе АКН при демодуляции сигналов М-ФМ.

2.2 Помехоустойчивость алгоритмов мягкого декодирования и жесткого декодирования при демодуляции сигналов М-ФМ.

2.2.1 Помехоустойчивость алгоритмов мягкого декодирования и жесткого декодирования при демодуляции сигналов 2-ФМ.

2.2.2 Энергетический выигрыш мягкого декодирования относительно жесткого декодирования при демодуляции сигналов 2-ФМ.

2.2.3 Помехоустойчивость алгоритмов мягкого и жесткого декодирования при демодуляции сигналов 8-ФМ.

2.2.4 Энергетический выигрыш мягкого декодирования относительно жесткого при демодуляции сигналов 8-ФМ.

2.3 Алгоритм покоординатного перебора.

Выводы.

3 Пространственное разнесение на приеме и передаче.

3.1 Предлагаемые способы разнесения в GSM.

3.1.1 Способы разнесения на передаче.

3.1.2 Способы разнесения на приеме.

3.2 Пространственное разнесение на передаче и временное разнесение на приеме.

3.2.1 Алгоритм демодуляции и вероятность ошибки при пространственно-разнесенной передаче с задержкой.

3.2.2 Помехоустойчивость, достигаемая за счет перехода от одиночной передачи к пространственно-разнесенной при разной степени корреляции квадратурных компонент.

3.2.3 Расчет энергетического выигрыша, достигаемого за счет перехода от одиночной передачи к пространственно-разнесенной в отсутствие корреляции квадратурных компонент.

3.2.4 Расчет энергетического проигрыша, обусловленного наличием корреляционных связей квадратурных компонент.

3.3 Одиночная передача и пространственное разнесение на приеме

3.3.1 Алгоритм демодуляции и вероятность ошибки при оптимальном когерентном пространственно-разнесенном приеме.

Выводы.

4 Исследования помехоустойчивости путем статистического моделирования.

4.1 Программная модель канала связи.

4.2 Статистическое моделирование в условиях отсутствия замираний

4.3 Статистическое моделирование в замирающем канале.

4.3.1 Режимы моделирования.

4.3.2 Оценка достоверности результатов статистического моделирования с помощью доверительных интервалов.

4.3.3 Статистическое моделирование ССПС GSM.

Выводы.

Актуальность темы и состояние вопроса

Начало стандартизации сетей сотовой подвижной связи (ССПС) стандарта GSM было положено в 1980-х гг., когда в рамках форума Conference Europeene des Postes et Telecommunications (CEPT) для разработки европейской системы цифровой радиосвязи в диапазоне 900 МГц была создана рабочая группа GSM (Group Special Mobile или, в поздней трактовке, Global System for Mobile Communications). Вскоре после этого вопросы стандартизации GSM были переданы в созданную рабочую группу Special Mobile Group (SMG) при ETSI (European Telecommunication Standard Institute), которая вела эти работы вплоть до весны 2000 г. (параллельно в США рабочей группой Т1Р1 велись работы над спецификациями PCS 1900 МГц). Рабочей группой был разработан и открыт для доступа большой набор рекомендаций, охватывающих все аспекты создания ССПС стандарта GSM.

Развитие стандарта GSM принято делить на фазы.

Фаза 1 (начало 1980-х гг. - конец 1994 г.)

Фаза 1 включала в себя основные услуги: телефония, экстренные вызовы, передача данных от 300 до 9600 кбит/с, SMS, переадресацию и запрет вызова.

Фаза 2 (начало 1995 г. - осень 1995 г.)

Фаза 2, называемая также 2G, включала в себя: полускоростной режим для каналов ТСН (ТСН - Half Rate), определение и запрет определения номера/линии, постановку вызова на удержание/ожидание.

Фаза 2+ (осень 1995 г. - весна 2000 г Л

В октябре 1995 г. работы над фазой 2 были закончены, и стало понятно, что если фаза 1 относилась к самому зарождению стандарта ССПС GSM, а фаза 2 стала, фактически, стандартом ССПС GSM, то фаза 3 должна стать качественно новым этапом в развитии, а именно стандартом новых ССПС (так называемых сетей 3-го поколения или 3G). Поэтому было принято решение все последующие изменения стандарта GSM относить к так называемой фазе 2+ (или 2,5G), а для отображения изменений использовать термин «версия» - в англ. Release или кратко Rel'1.

Основными изменениями спецификаций фазы 2+ является внедрение: технологии высокоскоростной коммутации каналов для передачи данных Л

HSCSD - High Speed Circuit-switched Data) , технологии пакетной передачи данных (GPRS - General Packet Radio Service); адаптивной модуляции (AMR - Adaptive Multi Rate); системы улучшенной передачи данных (EDGE -Enhanced Data for Global Evolution или в начальной расшифровке Enhanced Data for GSM Evolution), услуги передачи неструктурированных данных (USSD - unstructured supplementary service data), услуги определения местоположения (LCS - Location Services), концепции интеллектуальной сети (IN - Intellectual Network).

Фаза 3

Мировой успех сетей GSM (по данным на декабрь 2004 в них обслуживается более 1 млрд. абонентов по всему миру [8]) способствовал развитию идеи всемирной сети мобильной связи, разрабатывавшейся сначала в рамках Концепции «Перспективная сухопутная мобильная телекоммуникационная система общего пользования» (FPLMTS), а с 1996 как IMT-2000 (International Mobile Telecommunications), которая объединила FPLMTS и Глобальную персональную систему спутниковой связи (GMPCS) под эгидой ITU (International Telecommunications Union).

В июне 1998 г. в ITU поступили 10 предложений по проектам радиоинтерфейса от трех крупных регионов мира: Северной Америки, Европы и Азиатско-Тихоокеанского [49]. Из всех регионов только Европа смогла выработать 2 консолидированных решения (UTRA и DECT ЕР) в рамках европейского подхода к IMT-2000, названного UMTS. Для разработки

1 Существует три версии спецификаций фазы 2+, разработанные в рамках ETSI: Rel'97, Rel'98 и Rel'99 (по году разработки версии).

2 В связи с тем, что HSCSD уступает GPRS по скорости передачи информации и другим важным параметрам, и потому с появлением GPRS уступила место этой технологии, мы не будем уделять ей далее внимание. стандартов были созданы 2 партнерских объединения: 3GPP, в котором состоят ETSI (Европа), A RIB (Япония), Комитет Т1 ANSI (США), CWTS (Китай), ТТА (Корея), ТТС (Япония), и 3GPP2, включающий в себя Ассоциацию промышленности связи TIA , организации ARIB, CWTS, ТТА, ТТС. Основной задачей 3GPP2 является эволюционное развитие TDMA (IS-136) и cdmaOne (IS-95), распространенных в США.

Весной 2000 г. разработка и стандартизация ССПС фазы 2+ в рамках ETSI SMG2 была завершена последней версией спецификаций - Rel'99: применение EDGE для систем с коммутацией каналов (ECSD) и для систем с коммутацией пакетов (EGPRS). Все вопросы дальнейшего развития сетей GSM при переходе к 3-му поколению были переданы в 3GPP, занимавшейся разработкой единого варианта радиоинтерфейса IMT-2000 Direct Spread на базе проектов WCDMA (UTRAN FDD) с прямым расширением спектра (DS-CDMA) и частотным дуплексным разносом (FDD) для применения в парных полосах частот, с тем, чтобы обеспечить плавную миграцию сетей 2G в 3G, так как это показано на рис. I в рамках концепции IMT-2000.

Изменения спецификаций на ССПС фаз 2+ (2,5G) и 3 (3G), которые производятся в 3GPP, также принято отражать номерами версий (Re!')3.

2G 2.5G

3G

NADC

151361 х UWC-136 Щ- (uie* EDGE) Л у v (3GPP2)

IS95B

Рис. 1. Миграция ССПС от 2G к 3G.

На настоящий момент существуют Re!'4, Rel'5 и Rel'6.

Теперь вкратце опишем основные технологические разработки спецификаций ETSI и 3GPP фазы 2+. Rel'97

В этой версии стандарта была предложена технология GPRS для ССПС GSM. Разработка GPRS явилась революционным этапом развития, так как обозначала переход от передачи данных по сетям с коммутацией каналов, как это предлагалось в GSM фазы 2 и в технологии HSCSD, к организации сети с пакетной коммутацией. Архитектура сети GSM/GPRS показана на рис. 2.

Рис. 2. Сеть GSM/GPRS (пунктиром показаны сигнальные интерфейсы, сплошной линией - интерфейсы передачи данных).

Как видно из рисунка для построения сети GPRS требуется установка двух дополнительных узлов: пакетного коммутатора SGSN (Serving GPRS Support Node) и шлюза GGSN (Gateway GPRS Support Node). Таким образом, подсистема коммутации (NSS - Network Subsystem) сети GSM/GPRS стала состоять из двух частей: части с коммутацией каналов (домен GSM) и части с коммутацией пакетов (домен GPRS), - при этом обе части используют единую подсистему базовых станций (BSS - Base Station Subsystem). С точки зрения BSS необходимо дооборудование контроллеров базовых станций (BSC - Base Station Controller) контроллером пакетов (PCU - Packet Control

Unit) и обновление программного обеспечения базовых станций (BS -Base Station).

Передача информации в GPRS как и в GSM осуществляется со скоростью 270,833 кбит/с с использованием гауссовской модуляции с минимальным частотным сдвигом (GMSK - Gaussian Minimum Shift Keying). Формат канального интервала GPRS также идентичен GSM, то есть содержит 2x58 информационных бита (в том числе 2 служебных бита), 26 битов обучающей последовательности, 2x3 конечных символа. Соседние интервалы разделены защитным промежутком длительностью 8,25 бит. Для обеспечения гибкости и повышения пропускной способности в системе GPRS предложены 4 схемы кодирования данных: от CS1 до CS4. Впервые в стандарте GSM для увеличения скорости передачи были предложены выколотые сверточные коды (punctured convolutional codes).

Для управления работой радиолинии в режиме пакетной передачи разработан специальный протокол RLC, который обеспечивает ее адаптивную настройку, программную перестройку частоты (SFH) и управление мощностью. Адаптация радиолинии включает выбор схемы кодирования в зависимости от видов передаваемой информации, характеристик радиоканала и уровня помех.

Rel'98

В этой версии был предложен кодек AMR для каналов передачи голоса (ТСН - Traffic Channel), который состоит из набора речевых и канальных кодеков с разными параметрами, благодаря чему производится автоматический выбор оптимального режима кодирования (полноскоростной или полускоростной канал, скорость кодирования и пр.) и обеспечивается наилучшая комбинация качества речи и емкости канала.

Rel'99

В этой версии спецификаций был разработан способ повышения эффективности действующих сетей передачи данных HSCSD и GPRS путем перехода от модуляции GMSK к 8-позиционной фазовой модуляции (8-ФМ), названный EDGE. На его основе были предложены стандарты на построение сетей ECSD (EDGE+HSCSD) и EGPRS (EDGE+GPRS). За счет того, что каждому передаваемому символу при таком способе модуляции соответствует 3 бита, теоретическая скорость передачи информации в EGPRS превышает скорость передачи информации в GSM/GPRS с двоичной модуляцией GMSK в 3 раза. Эволюция ССПС стандарта GSM с точки зрения скорости передачи данных показана на рис. 3.

2 Р

1 1 | | * § Р

И о с С

S и

70 60 50 40 30 20 10 0

GSM

GPRS

EGPRS/EDGE

Рис. 3. Рост предельной пропускной способности на один тайм-слот в зависимости от применяемой технологии передачи данных GSM/HSCSD/GPRS/EDGE.

EDGE надстраивается над существующей схемой радиодоступа GSM без добавления сетевого оборудования путем частичного обновления аппаратной и программной части подсистемы BSS (изменения касаются только блока «BSS» на рис. 2).

Приведем коротко прочие отличия EGPRS от GPRS: Адаптивная настройка канала.

В EGPRS как и в GPRS в зависимости от помеховой обстановки может происходить смена схем кодирования (см. главу I) при передаче каждого блока. При этом, в отличие от GPRS, меняется еще и способ модуляции: для схем кодирования MCS-1 - MCS-4 применяется GMSK, а для MCS-5 — MCS

9 - 8-ФМ, Для того, чтобы приемник осуществлял автоматическое распознавание способа модуляции без получения предварительного уведомления осуществляется сдвиг каждого GMSK символа на ^ st=s,e 2 ), а 8-ФМ - на y<g 8 )• Определение же самой схемы кодирования приемник осуществляет по информации, содержащейся в заголовке RLC/MAC. Скорость передачи, обеспечиваемая 9 схемами кодирования MCS-1 - MCS-9 показана на рис. 4.

GPRS В EDGE

Кбнт/с

60

50

40

30

20

10 0 1

LalMJJJJ

ЙтГ Ю I щ и L „

S 1 I £ g S У

W t/i Й <J> </> W Й Ю <Л W В (/5 оооооуаьгццьгиу

GMSK 8-ФМ

Рис. 4. Максимальная скорость передачи данных по одному тайм-слоту в системах GPRS и EGPRS (EDGE).

Рассматривается также возможность использования в терминалах EGPRS так называемой возрастающей избыточности, суть которой сводится к тому, что данные начинают передаваться с использованием наименее защищенной схемы кодирования MCS-9 безотносительно к реальному состоянию канала. В случае возникновения ошибок, данные повторно передаются с использованием той же схемы кодирования. Полученные данные объединяются в приемнике со старыми и делается новая попытка декодирования. Так происходит до тех пор, пока не произойдет успешное декодирование. Высокая скорость передачи в MCS-9 и отсутствие необходимости в измерении параметров канала компенсируют затраты на повторную передачу данных.

2. Точность измерений.

Если при передаче речи в GSM с использованием одной и той же схемы кодирования скорость измерений параметров канала не играла очень важной роли, а в GPRS, где требуется переход с одной схемы кодирования на другую получение результатов измерений дважды за 240 мс (во время передачи пустых пакетов - idle burst) было достаточным, то в EDGE измерения ВЕР (вероятности ошибки на бит) выполняются при передаче каждого пакета. При этом характер изменения ВЕР от пакета к пакету обеспечивает дополнительную информацию о скорости движения станции и скачков по частоте. Среднее значение и девиация ВЕР (по 4 пакетам) используются для обработки всего блока данных.

3. Перемежение.

Для схем кодирования MCS-7 - MCS-9 перемежение осуществляется не по 4 пакетам, как в остальных случаях, а по 2 (точнее, 2 блока данных используются для перемежения по 4 пакетам). Это приводит к уменьшению числа повторно передаваемых блоков при возникновении ошибок на приеме.

Rel'4

Эта версия стала своего рода промежуточной версией, сопровождавшей этап перехода процесса стандартизации от ETSI в 3GPP. В ней не было сделано существенных изменений, а только несколько доработок Rel'99. Наиболее важная из них: смена соты при помощи сети (network assisted cell change). Ее необходимость вызвана тем, что в стандарте GPRS изначально не была заложена возможность бесшовного хэндовера, и смена сот сопровождалась остановкой передачи данных. Теперь же мобильной станции не надо тратить ресурсы на процедуру измерения параметров и получения информации от новой соты, т.к. сеть самостоятельно сообщает ей все необходимые данные. Также доработан механизм использования радиоресурсов при скачкообразном характере пакетного трафика (быстрая смена пиков и нулей, например, при просмотре интернет-ресурсов). Раньше процесс постоянного занятия/высвобождения радиоресурсов сам требовал больших ресурсов на передачу сигнальной информации, теперь, в случае кратковременного простоя, по данному каналу передаются пустые пакеты, имитирующие передачу трафика. Rel'5

По мере разработки стандарта UMTS становилось очевидно, что существует два способа интеграции сетей 2,5G и 3G4: либо доработка интерфейсов между NSS и BSS сети 2,5G (а именно интерфейса А для домена с коммутацией каналов GSM и Gb для домена с коммутацией пакетов EGPRS) до требований 3G, либо внедрение интерфейса между NSS и BSS сети 3G (а именно интерфейса Iu-cs для домена с коммутацией каналов и Iu-ps для домена с коммутацией пакетов) в стандарт 2,5G. Был выбран второй путь и в BSS фазы 2+, названной GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network), чтобы подчеркнуть ее совместимость с BSS фазы 3G UTRAN, был стандартизирован Iu-интерфейс, что позволило сетевому оборудованию 3G одновременно использовать подсистемы базовых станций (BSS) GERAN и UTRAN. Это решение стало наиболее важным результатом передачи вопросов стандартизации GSM/EGDE в 3GPPP, так как теперь UMTS стала действительно глобальной концепцией гибкого и эволюционного построения сетей 3G.

Rel'6

Изменения в этой версии спецификаций не коснулись GERAN, потому не представляют интереса в рамках данной работы.

Несмотря на описанные выше успехи в стандартизации сетей 3G, коммерческий успех этих сетей пока не наступил (на начало 2005 г. в этих сетях по всему миру насчитывалось чуть более 10 млн. абонентов). В то же время, исследования показывают, что системы TDMA имеют достаточный потенциал для конкуренции с сетями CDMA [40], по крайней мере, на ближайшие несколько лет, пока скорости, обеспечиваемые сетями 2,5G,

4 Под интеграцией здесь имеется в виду возможность использования уже построенной BSS 2,5G в сети 3G с целью уменьшения инвестиций в ее развертывание. удовлетворяют потребности абонентов. Важно также, что обе системы (GPRS и EDGE) разрабатывались с учетом необходимости минимальных изменений в существующей инфраструктуре ССПС GSM и таким образом последовательно «надстраиваются» над существующим оборудованием GSM, не требуя крупных инвестиций в строительство в отличие от 3G. Это подтверждает и тот факт, что число сетей GERAN выросло за 2004 г. с 80 до 131 в 76 странах.

В связи с этим вопросы повышения качества передачи информации в сетях 2,5G являющиеся целью представленной работы еще долго будут оставаться актуальными. Существует ряд нереализованных возможностей повышения качества передачи информации в ССПС стандарта GSM. Почти все они, так или иначе, были рассмотрены в ходе различных исследований, однако, либо безотносительно к семейству стандартов GSM, либо только к ранней стадии его развития (середина 90-х гг.). Кроме того, в этих исследованиях отдельно не рассматривался вопрос помехоустойчивости алгоритмов применительно к мягкому декодированию сверточных кодов.

Одно из первых серьезных исследований систем связи с подвижными объектами в диапазоне СВЧ (300 МГц - 3 ГГц) было проведено в [57]. В настоящее время имеется множество публикаций, посвященных этому вопросу, начиная с научно-популярных трактатов [20, 26, 49, 59, 106] и заканчивая серьезными научными исследованиями [3, 24, 29, 30, 63, 65], результаты которых были использованы автором в своей работе.

Большую помощь в работе автору оказали фундаментальные труды Д.Д. Кловского [32], Б.И. Николаева [50], Д. Прокиса [55], JI.M. Финка [64].

Одним из главных источников информации по ССПС стандарта GSM были спецификации [91-96], разработанные в рамках ETSI/3GPP.

Помимо результатов перечисленных комплексных исследований автором были использованы результаты:

- [25, 29, 107-109] в части кодирования и декодирования;

- [54] в части модуляции и демодуляции;

- [4, 51, 71, 84, 85, 86, 97, 132-133] а также [25] в части моделирования радиоканалов, предназначенных для передачи сигнала GSM;

- [1, 7, 23, 25, 51, 74, 98, 110 и пр.] в части описания основных алгоритмов обработки сигнала;

- [5, 66, 99 — 101, 135-137] в части систем разнесенного приема и передачи.

Цель исследования

Комплексное решение проблемы повышения качества ССПС GSM на основе:

1. Использования мягкого декодирования в сочетании с алгоритмом Кловского-Николаева (АКН) применительно к М-позиционной ФМ (GSM, GPRS, EGPRS).

2. Использования покоординатного перебора для 8-ФМ (EGPRS).

3. Использования технологии пространственного разнесения приемных и передающих антенн (MIMO - Multiple-Input-Multiple-Output).

Задачи исследования

1. Исследование физической и математической моделей сигналов с учетом сверточного кодирования и модуляции М-ФМ и многолучевого канала связи с межсимвольной интерференцией (МСИ), алгоритмов приема и обработки дискретных сообщений в ССПС GSM.

2. Аналитический расчет помехоустойчивости алгоритма мягкого декодирования на основе АКН в многолучевом канале с МСИ, общими гауссовскими замираниями и аддитивным белым гауссовским шумом (АБГШ) при демодуляции сигналов М-ФМ, деперемежении символов и сверточном декодировании и его энергетического выигрыша относительно алгоритма жесткого декодирования.

3. Исследование потенциальных характеристик субоптимального алгоритма покоординатного перебора при демодуляции сигналов 8-ФМ.

4. Аналитический расчет помехоустойчивости систем связи с разнесенной передачей и разнесенным приемом в многолучевом канале с

МСИ, общими гауссовскими замираниями и АБГШ и их энергетического выигрыша относительно систем с одиночными передачей и приемом.

5. Создание программного пакета, имитирующей среду распространения радиосигнала, реальные процессы в кодере, модуляторе, демодуляторе, декодере в ССПС GSM, и статистическое моделирование в ней алгоритмов мягкого и жесткого декодирования приема на основе АКН, . SOVA и BCJR и алгоритма покоординатного перебора.

Методы исследования

При проведении исследования использовался математический аппарат теории вероятностей и случайных процессов, статистической теории связи, пакет прикладных математических программ MathCAD, и методы статистического моделирования, основанные на объектно-ориентированном языке программирования С++.

Объект исследования

В качестве объектов исследования выбраны логические каналы передачи данных: TCH F-4,8 (GSM), PDTCH CS-1 (GPRS) и PDTCH MCS-6 (EGPRS) и физические радиоканалы: однолучевой райсовский канал (сельская местность), двулучевой релеевский канал (холмистая местность и микросоты) и трехлучевой релеевский канал (городская местность).

Научная новизна работы

1. Получены аналитические выражения помехоустойчивости и энергетического выигрыша алгоритма мягкого декодирования на основе АКН в многолучевом канале с МСИ, общими гауссовскими замираниями и АБГШ при демодуляции сигналов М-ФМ, деперемежении символов и сверточном декодировании.

2. Получены аналитические выражения помехоустойчивости и энергетического выигрыша при использовании пространственно разнесенных передающих и приемных антенн в GSM.

3. Получены результаты статистического моделирования алгоритмов мягкого и жесткого декодирования для 2-ФМ и 8-ФМ и алгоритма покоординатного перебора для 8-ФМ, а также алгоритмов SOVA и BCJR.

Личный вклад

Все основные научные положения, выводы и рекомендации, изложенные в диссертации, получены автором впервые и лично. Теоретические и экспериментальные исследования, в том числе и на действующей сети ЗАО «СМАРТС», выполнены в рамках руководимых автором проектов и при его непосредственном участии.

Практическая ценность

Предложенные способы повышения помехоустойчивости могут быть использованы операторами сотовой связи для планирования, строительства и оптимизации сетей GSM, GPRS и EGPRS с целью снижения капитальных и эксплуатационных затрат и улучшения экологических характеристик по фактору ЭМИ, а также производителями оборудования для проектирования и разработки базовых станций и мобильных терминалов стандарта GSM с пониженными требованиями к мощности излучения и чувствительности.

Результаты аналитических расчетов и статистического моделирования могут быть использованы сотрудниками учебных и научно-исследовательских институтов связи для проведения дальнейших исследований ССПС, а также в учебном процессе.

Реализация результатов работы

1. Результаты диссертационных исследований использованы при построении сетей GPRS и EGPRS ЗАО «СМАРТС».

2. Разработанные алгоритмы и результаты статистического моделирования использованы при выполнении работ по договору между ЗАО «СМАРТС» и ПГАТИ.

3. Материалы диссертации использованы в учебном процессе ПГАТИ.

Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами.

Апробация результатов работы

Основные положения и результаты диссертации были представлены на VII международной конференции SCI'03 (США, Орландо, 2003), LVIII научной сессии РНТО РЭС им. А.С.Попова, посвященной Дню Радио (Москва, 2003), X Российской НТК ПГАТИ (Самара, 2003), V международной НТК «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Самара, 2004), НТК профессорско-преподавательского и инженерно-технического состава ПГАТИ (Самара, 2004, 2005 гг.), а также на заседаниях Ассоциации российских операторов сетей GSM.

Публикации

По материалам диссертационной работы имеется 9 печатных трудов, из которых 3 тезиса и 4 доклада, опубликованных в трудах международных и общероссийских конференций, а также 2 статьи в научных изданиях.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, списка литературы и трех приложений. Работа изложена на 163 стр. машинописного текста, содержит 20 таблиц, 54 рисунка, 3 приложения, библиография включает 145 наименований.

Выводы

Хорошее совпадение частости ошибок при моделировании в канале без замираний с результатами расчета по точной формуле (4.1) подтверждает достоверность программной модели и достаточность выборки.

Из результатов статистического моделирования следует, что:

- в незамирающих многолучевых каналах алгоритмы демодуляции SOVA, BCJR и АКН имеют либо одинаковую помехоустойчивость (при синфазных лучах), либо АКН несколько уступает SOVA и BCJR (в остальных случаях).

- в однолучевом райсовском канале алгоритмы SOVA, BCJR и АКН обеспечивают равную помехоустойчивость при демодуляции и при мягком и жестком декодировании;

- в двух- и трехлучевых релеевских каналах АКН мало уступает по помехоустойчивости алгоритмам SOVA и BCJR при демодуляции и при мягком и жестком декодировании, выигрывая в вычислительной сложности;

- аналитические формулы расчета помехоустойчивости мягкого и жесткого декодирования, полученные в главе 2, являются хорошей верхней границей, особенно в области малых ошибок, помехоустойчивости алгоритмов SOVA, BCJR и АКН;

- из сравнения энергетического выигрыша, полученного по итогам статистического моделирования с расчетным энергетическим выигрышем, приведенным в главе 2, для 2-ФМ видно, что расчетное значение является достаточно плотной нижней границей. Кроме того, из таблицы 4.2 видно, что при переходе от жесткого к мягкому декодированию все алгоритмы обеспечивают приблизительно одинаковый энергетический выигрыш;

- покоординатный перебор мало уступает по помехоустойчивости существующим алгоритмам при существенном сокращении вычислительных затрат.

Заключение

Актуальной проблемой современной отрасли телекоммуникаций является повышение помехоустойчивости и снижение вычислительных затрат при обработке дискретных сообщений в ССПС GSM, о чем свидетельствуют результаты исследований в главе 1. В качестве таких способов могут быть использованы: алгоритм мягкого декодирования на основе АКН при демодуляции и декодировании сигналов 2-ФМ, алгоритм покоординатного перебора при демодуляции и декодировании сигналов 8-ФМ, а также пространственное разнесение передающих и приемных антенн, что подтверждается результатами аналитических расчетов и статистического моделирования, приведенными в настоящей диссертационной работе.

Полученные аналитически в главе 2 формулы расчета помехоустойчивости мягкого и жесткого декодирования являются хорошей верхней границей, особенно в области малых ошибок, помехоустойчивости алгоритмов SOVA, BCJR и АКН, что подтверждено результатами статистического моделирования в главе 4.

Согласно полученной формуле для расчета энергетического выигрыша мягкого декодирования относительно жесткого декодирования минимальный энергетический выигрыш, достигаемый в ССПС GSM при использовании 2-ФМ (которая по помехоустойчивости адекватна GMSK), равен 1,11 дБ (в канале PDTCH CS-1 в городской местности), максимальный - 4,44 дБ (в канале TCH FS-4,8 в сельской местности). Минимальный энергетический выигрыш, достигаемый в ССПС GSM при использовании 8-ФМ, равен 1,40 дБ (в канале PDTCH MCS-6 (выколотый код) в городской местности), максимальный - 4,62 дБ (в канале TCH MCS-6 (материнский код) в сельской местности). Из сравнения энергетического выигрыша, полученного по итогам статистического моделирования с расчетным энергетическим выигрышем, приведенным в главе 2, для 2-ФМ видно, что расчетное значение является достаточно плотной нижней границей. Кроме того, показано, что при переходе от жесткого к мягкому декодированию все три исследованных в работе алгоритма (АКН, SOVA, BCJR) обеспечивают приблизительно одинаковый энергетический выигрыш.

Кроме того, проведенное статистическое моделирование показало, что:

- в незамирающих многолучевых каналах алгоритмы демодуляции SOVA, BCJR и АКН имеют либо одинаковую помехоустойчивость (при сонаправленных лучах), либо АКН несколько уступает SOVA и BCJR (в остальных случаях).

- в сельской местности алгоритмы SOVA, BCJR и АКН обеспечивают равную помехоустойчивость при демодуляции и при мягком и жестком декодировании;

- в холмистой, городской местностях и микросотах АКН мало уступает по помехоустойчивости алгоритмам SOVA и BCJR при демодуляции и при мягком и жестком декодировании, выигрывая в вычислительной сложности;

Применение пространственно разнесенных передающих антенн (даже, если оно реализуется только в направлении от БС к пользователю) способно существенно повысить качество связи, причем с уменьшением требуемой вероятности ошибки энергетический выигрыш растет. Даже в случае наихудшего вида канала (городской местности) при средней вероятности ошибки рп = 10"2 выигрыш системы с двумя антеннами на передаче относительно системы с одной антенной на передаче равен 2,33 дБ, а при вероятности рп = Ю-4 этот выигрыш достигает уже 12,32 дБ.

Покоординатный перебор мало уступает по помехоустойчивости существующим алгоритмам приема для сигналов 8-ФМ при существенном сокращении вычислительных затрат, так как имеет вычислительную сложность равную L(M-l) + l, и ни при каких условиях не обладает несократимой вероятностью ошибки.

1. Абенд К., Фритчман Д. Ф. Статистическое обнаружение в каналах связи с взаимными помехами между символами // ТИИЭР. 1970. - Т. 58. - N° 5. -С. 189- 195.

2. Адаменко М.В. Секреты сотовых телефонов. М.: ДМК Пресс, 2002; СОЛОН-Пресс, 2002. - 240 с.

3. Алышев Ю.В. Последовательная передача дискретных сообщений посредством частотной модуляции с непрерывной фазой по многолучевым радиоканалам. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. Самара: ПИИРС, 1997. - 165 с.

4. Алышев Ю.В. Оценка вероятностных характеристик генераторов шума методом статистического моделирования // Инфокоммуникационные технологии. Самара, 2005. - Т. 3. - № 1. - С. 11 - 18.

5. Андронов И.С., Финк JI.M. Передача дискретных сообщений по параллельным каналам. М.: Советское радио, 1971. - 408 с.

6. Антенно-фидерные устройства систем сухопутной подвижной радиосвязи // Под ред. Бузова A.JI. М.: Радио и связь, 1997. - 150 с.

7. А.С. 1078662 СССР, МКИЗ H04L 27/22. Устройство для демодуляции двоичных сигналов / Б.И. Николаев, В.П. Зайкин. Опубл. 1984. - Бюл. № 9.

8. Багдасарян Д.А. Способы повышения эффективности развертывания сетей 3G // Электросвязь. 2005. - № 1. - С. 19 - 20.

9. Багдасарян Д.А. Способы повышения качества передачи дискретных сообщений в сетях подвижной связи стандарта GSM // В сб.: Тезисы докладов XII российской НТК проф.-преп. состава, научных сотрудников и аспирантов. -Самара, 2005. С. 26 - 28.

10. Багдасарян Д.А. Методы повышения качества передачи информации в сетях стандарта GSM 900/1800 // В сб.: Труды V международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций». Самара, 2004. - С. 35 - 38.

11. Багдасарян Д. А., Кловский Д. Д., Сим А.В. Сопряжение модифицированного АКН с существующей техникой мобильной связи стандарта GSM // В сб.: Тезисы докладов научно-технической конференции проф.-преп. и инж.-тех. состава ПГАТИ. Самара, 2004. - С. 12.

12. Багдасарян Д.А., Сим А.В. Разработка способов повышения качества передачи дискретных сообщений в сетях стандарта GSM 900/1800 // В сб.: Тезисы докладов научно-технической конференции проф.-преп. и инж.-тех. состава ПГАТИ. Самара, 2004. - С. 18 - 19.

13. Белоус С.А., Кловский Д.Д., Карташевский В.Г. Прием сигналов со сверточным кодированием в канале с МСИ // Проблемы передачи информации. -1991.-№2.

14. Белоусов E.JL, Харисов В.Н. Оптимальный прием частотно-манипулированных сигналов с минимальным сдвигом // Радиотехника и электроника. 1984. - Т. 29. - № 3. - С. 440 - 449.

15. Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки: Пер. с англ. / Под ред. К.Ш. Зигангирова. М.: Мир, 1986. - 576 с.

16. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1965. - 608 с.

17. Витерби А. Д., Омура Дж.К. Принципы цифровой связи и кодирования. М.: Радио и связь, 1982. - 536 с.

18. Галкин А.П., Лапин А.Н., Самойлов А.Г. Моделирование каналов систем связи. М.: Связь, 1979. - 94 с.

19. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. — М.: Эко-Трендз, 1996. 240 с.

20. Диторо М. Связь в средах с рассеянием во времени и по частоте // ТИИЭР, 1968. Т. 56. -№ 10. -С.15 -45.

21. Емельянов П.Б., Парамонов А.А. Дискретные сигналы с непрерывной фазой // Зарубежная радиоэлектроника. 1990. - № 12. - С. 17 - 34.

22. Зайкин В.П, Широков С.М. Алгоритмы сокращенного перебора для приема дискретных сообщений в каналах с межсимвольной интерференцией // Теория передачи информации по каналам связи: Сб. научных трудов учебных институтов связи.-Л.: 1982.-С. 114-119.

23. Карташевский В.Г. Методы повышения эффективности последовательных систем передачи дискретных сообщений в пространственно-временных радиоканалах. Дисс. на соиск. уч. ст. д.т.н. С-Пб.: СПбГУТ, 1995. -306 с.

24. Карташевский В.Г., Мишин Д.В. Прием кодированных сигналов в каналах с памятью. М.: Радио и связь, 2004. - 239 с.

25. Карташевский В.Г., Семенов С.Н., Фирстова Т.В. Сети подвижной связи. М.: Эко-Трендз, 2001. - 300 с.

26. Кеннеди Р. Каналы связи с замираниями и рассеянием. Пер. с англ. / Пбд ред. И.А. Овсеевича. М.: Советское радио, 1973. - 304 с.

27. Кириллов Н.Е. Помехоустойчивая передача сообщений по линейным каналам со случайно изменяющимися параметрами. М.: Связь, 1971. - 256 с.

28. Кирюшин Г.В. Пути повышения эффективности цифровых сотовых систем радиосвязи стандарта GSM. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. — Самара: ПГАТИ, 1998.-210 с.

29. Кирюшин Г.В., О.Н. Маслов, В.Г. Шаталов. Проектирование, развитие и электромагнитная безопасность сетей сотовой связи стандарта GSM. М.: Радио и связь, 2000. - 148 с.

30. Кларк Дж. (мл.), Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. М.: Радио и связь, 1987. - 391 с.

31. Кловский Д. Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам. 2-е изд., пер. и доп. М.: Радио и связь, 1982. - 304 с.4 143

32. Кловский Д. Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам с переменными параметрами. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. JL: ЛЭИС, 1960. - 244 с.

33. Кловский Д.Д. Построение «идеальных» приемников сигналов с замираниями на основе использования электронно-вычислительных устройств // Труды ЛЭИС.-Ленинград, 1959.-вып. VI.-С. 135-151.

34. Кловский Д.Д. К вопросу потенциальной помехоустойчивости при замираниях // Труды ЛЭИС. Ленинград, 1959. - вып. VII. - С. 45 - 58.

35. Кловский Д.Д. Потенциальная помехоустойчивость при разнесенном приеме дискретной информации // Радиотехника. 1961. - Т. 16. — № 3. — С. 22 — 30.

36. Кловский Д.Д., Николаев Б.И. Инженерная реализация радиотехнических схем (в системах передачи дискретных сообщений в условиях межсимвольной интерференции). М.: Связь, 1975. - 200 с.

37. Кловский Д.Д., Сойфер В.А. Обработка пространственно-временных сигналов. М.: Связь, 1976. - 207 с.

38. Коржик В.И., Финк JI.M. Помехоустойчивость кодирование дискретных сообщений в каналах со случайной структурой. — М.: Связь. — 1975. — 271 с.

39. Куприянов М.С., Матюшкин Б.Д. Цифровая обработка сигналов: процессы, алгоритмы, средства проектирования. 2-е изд., пер. и доп. — СПб.: Политехника, 2002. 592 с.

40. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга первая. 2-е изд., пер. и доп. М.: «Сов. Радио», 1974. - 552 с.

41. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга вторая. 2-е изд., пер. и доп. М.: «Сов. Радио», 1975. — 392 с.

42. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга третья. М.: «Сов. Радио», 1976. - 288 с.

43. Многовходовые антенные системы подвижной радиосвязи на основе схемно-пространственной мультиплексии / Под ред. А.Л. Бузова. М.: Радио и связь, 2000.- 181 с.

44. Невдяев Л.М. Мобильная связь 3-го поколения. — М.: Серия изданий «Связь и бизнес», 2000. 208 с.

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

46. Николаев Б.И., Чингаева A.M. Алгоритм последовательного поиска для демодуляции сигналов ФМ-zw // Инфокоммуникационные технологии. — Самара, 2005. Т. 3. - № 1. - С. 32 - 35.

47. Окунев Ю.Б. Цифровая передача информации фазомодулированными сигналами. М.: Радио и связь, 1991. - 296 с.

48. Парамонов А. А. Прием дискретных сигналов в присутствии межсимвольных помех. Адаптивные выравниватели / Зарубежная ражиоэлектроника. 1985. — № 9. — С. 36 - 60.

49. Петров О.А. Помехоустойчивость и энергетическая эффективность систем цифровой связи с помехоустойчивым кодированием и многопозиционной модуляцией в многолучевом канале с замираниями. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н.- Самара: ПГАТИ, 2003. 160 с.

50. Прокис Д. Цифровая связь. Пер. с англ. / Под ред. Д.Д. Кловского. — М.: Радио и связь, 2000. 800 с.

51. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений: Справочник / Под ред. Л.М.Финка. М.: Радио и связь, 1981. - 232 с.

52. Связь с подвижными объектами в диапазоне СВЧ / Под ред. Джейкса У.К.-М.: Связь, 1979.-520 с.

53. Сикарев А.А., Фалько А.И. Оптимальный прием дискретных сообщений. М.: Связь, 1978. - 320 с.

54. Системы подвижной радиосвязи / Под ред. И.М. Пышкина. М.: Радио и связь, 1986. - 328 с.

55. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов М.: Радио и связь, 1983.- 320 с.

56. Турин В.Я. Передача информации по каналам с памятью. М.: Связь, 1977.-248 с.

57. Фалькович С.Е. Оценка параметров сигнала. М.: Советское радио, 1970.-336 с.

58. 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.

59. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Сов. Радио, 1970.-728 с.

60. Хабаров Е.О. Анализ характеристик качества и синтез субоптимальных алгоритмов обработки сигналов при последовательной передачедискретных сообщений по каналам с межсимвольной интерференцией. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. Самара, ПГАТИ, 1988.

61. Alamouti S. A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications // IEEE Journal on Select. Areas in Communications 1998, October. - Vol. 16.- No. 8. -P.1451 — 1458.

62. Al-Dakhir A. FIR Channel-Shortening Equalizers for MIMO ISI Channels // IEEE Trans, on Communications 2001, February. - Vol. 49. - No. 2. - P. 213 -218.

63. Aluin Т., Sundberg C.-E. W. Continuous Phase Modulation. Part I: Full Respounse Signaling II IEEE Trans, on Communications. 1981. - Vol. COM-29. -№ 3.-P. 196-207.

64. Aluin Т., Rydbeck N., Sundberg C.-E. W. Continuous Phase Modulation. Part II: Partial Response Signaling // IEEE Trans, on Communications. 1981. - Vol. COM-29. - № 3. - P. 237 - 249.

65. Anastasopoulus A., Chugg K.M. Adaptive Soft-Input Soft-Output Algorithms for Iterative Detection with Parametric Uncertainty // IEEE Trans, on Communications. 2000, October. - Vol. 48.-No. 10.-P. 1638-1649.

66. Andersen J.B., Rappaport T.S., Yoshida S. Propagation Measurements and Models for Wireless Communications Channels II IEEE Communications Magazine. -1995, January.-P. 42-49.

67. Ariyavisitakul S.L., Winters J.H., Sollenberger N.R. Joint Equalizatrion and Interference Suppresion for High Data Rate Wireless Systems // IEEE Trans, on Communications.-2000, July.-Vol. 18.-No. 7.-P. 1214- 1220.

68. Arslan H., Cheng J.F., Balachandran K. Physical Layer Evolution for GSM/EDGE // IEEE Global Telecom. Conf. GLOBECOM'2001. 2001, November. -No. 1.-P. 3050-3054.

69. Bahl L.R. et al. Optimal Decoding of Linear Codes for Minimizing Symbol Error Rate // IEEE Trans, on Inf. Theory. 1974, March. - Vol. IT-20. - P. 284-287.

70. Bauch G., Franz V. A Comparison of Soft-In/Soft-Out Algorithms for "Turbo-Detection" // Proc.of Int. Conf. Commun. 1998, June. - P. 259-263.

71. Beaulieu N.C., Abu-Dayya A.A. Analysis of Equal Gain Diversity on Nakagami Fading Channels // IEEE Trans, on Communications. — 1991, February. — Vol. 39. No. 2. - P. 225-234.

72. Blostein S. D., Leib H. Multiple Antenna Systems; Their Role and Impact in Future Wireless Access // IEEE Communications Magazine. 2003, July. — P. 94 — 101.

73. Bottomley G. E., Chennakeshu S. Unification of MLSE Receivers and Extension to Time-Varying Channels // IEEE Trans, on Communications. 1998, April. - Vol. 46. - No. 4. - P. 464 - 472.

74. Castellini G. A et al.. Continuously Adaptive MLSE Receiver for Mobile Communications: Algorithm and Performance // IEEE Trans, on Communications. -1997, January.-Vol. 45.-No. l.-P. 80-89.

75. Chen X. M., Hoeher P. Reduced-Complexity SISO equalization for Rayleigh Fading Channels with Known Statistics // Proc. of 59th IEEE Vehicular Technology Conference (VTC'04 Spring). Milan, Italy, 2004, May. - Session ID.

76. Cheung J. C. S., Steele R. Soft-Decision Feedback Equalizer for Continuous Phase Modulated Signals in Wideband Mobile Radio Channels // IEEE Trans, on Communications. 1994, February/March/April. - Vol. 42. - No. 2/3/4. - P. 1628- 1638.

77. Colavolpe G., Ferrari G., Raheli R. Reduced-State BCJR-Type Algorithms // IEEE Trans, on Communications. 2001, May. - Vol. 19. - No. 5. - P. 848 - 859.

78. Conan J. The Weight Spectra of Some Short Low-Rate Convolutional Codes // IEEE Trans, on Communications. 1984, September. - Vol. COM-32. - No. 9.-P. 1050- 1053.

79. COST 207: Digital Land Mobile Radio Communications. Final Report. Commission of the European Commities. 1989.

80. COST 231: Evolution of Land Mobile Radio (including personal) Communications. Final Report. Commission of the European Commities. 1996.

81. Cox D. 910 MHz Urban mobile Radio Propagation: Multipath Characteristics in New York City // IEEE Trans, on Communications. 1973, November.-Vol. 21.-No. 11.-P. 1188- 1193.

82. Davis L., Collings I., Hoeher P. Joint MAP Equalization and Channel Estimation for Frequency-Selective Fast-Fading Channels // IEEE Trans. on Communications. 2001, December. - Vol. 49. - No. 12. - P. 2106 - 2114.

83. Duel-Hallen A., Heegard C. Delayed Decision-Feedback Sequence Estimation // IEEE Trans, on Communications. 1989, May. - Vol. 37. - No. 5. - P. 428-435.

84. Eyuboglu M. V., Qureshi S. U. H. Reduced-State Sequence Estimation with Set Partitioning and Decision Feedback // IEEE Trans, on Communications. — 1988, January.-Vol. 36.-No. 1.-P. 13-20.

85. ETSI TS 100.573 (v.8.6.0). Physical Layer on the Radio Path. Режим доступа: www.etsi.org. - 2001, November. - 29 p.

86. ETSI TS 100.908 (v.8.10.0). Multiplexing and multiple access on the radio path. Режим доступа: www.etsi.org. - 2001, August. — 78 p.

87. ETSI TS 100.910 (v. 8.8.0). Radio transmission and reception. Режим доступа: www.etsi.org. - 2001, January. - 96 p.

88. ETSI TS 100.912 (v. 8.10.0). Radio subsystem synchronization. Режим доступа: www.etsi.org. - 2002, June. — 25 p.

89. ETSI TS 300.909 (v. 8.4.1). Channel coding. Режим доступа: www.etsi.org. - 2000, October. - 115 p.

90. ETSI TS 300.959 (v.8.1.2). Modulation. Режим доступа: www.etsi.org. -2001, February. - Юр.

91. Fleury В. H., Leuthold P. E. Radiowave Propagation in Mobile Communications: An Overview of European Research // IEEE Communication Magazine. 1996, February. - P. 70 - 80.

92. Forney Jr. G.D. Maximum-likelihood sequence estimation of digital sequences in the presence of intersymbol interference // IEEE Trans, on Information Theory. 1972. - V. IT-18. - № 3. - P. 363 - 378.

93. Foschini G.J, Gans M.J. On Limits of Wireless Communications in a Fading Environment when Using Multiple Antennas // Wireless Personal Communications. 1998.-No.6.-P. 311 -335.

94. Foschini G.J. et al.. Simplified Processing for High Spectral Efficiency Wireless Communication Employing Multi-Element Arrays // IEEE Trans, on Selected Areas in Communications. 1999, November-Vol. 17.-No. 11.-P. 1841 -1852.

95. Foschini G.J. Layered Space-Time Architecture for Wireless Communication in a Fading Environment When Using Multi-Element Antennas // Bell Labs Technical Journal. 1996, Autumn. - P. 41 - 59.

96. Galli S. A New Family of Soft-Output Adaptive Receivers Exploiting Nonlinear MMSE Estimates for TDMA-Based Wireless Links // IEEE Trans, on Communications. 2002, December. - Vol. 50. - No. 12. - P. 1935 - 1945.

97. Gerstacker W. H., Huber J. B. Improved Equalization for GSM Mobile Communications // In Proc. IEEE Global Telecom. Conf., London, UK. 1996, November.-P. 95-100.

98. Gerstacker W. H., Schober R. Equalization Concepts for EGDE // IEEE Trans. Wireless Communications. 2002, January. - Vol. 1. - No. 1. - P. 190-199.

99. Gertsman M. J., Lodge J. H. Symbol-by-Symbol MAP Demodulation of CPM and PSK Signals on Rayleigh Flat-Fading Channels // IEEE Trans, on Communications. 1997, July. - Vol. 45. - No. 7. - P. 788 - 799.

100. GSM, GPRS and EDGE Performance / Edited by T. Halonen, J. Romero, and J. Melero // John Wiley&Sons, Ltd., 2-nd ed. 2003.

101. Haccoun D., Begin G. High-Rate Punctured Convolutional Codes for Viterbi and Sequential Decoding // IEEE Trans, on Communications. 1989, November.-Vol. 37.-No. 11.-P. 1113-1124.

102. Hagenauer J. Rate-Compatible Punctured Convolutional Codes (RCPC Codes) and their Application // IEEE Trans, on Communications. 1988, April. - Vol. 36.-No. 4.-P. 389-400.

103. Hagenauer J., Seshadri N., Sundberg C. The Performance of Rate-Compatible Punctured Convolutional Codes for Digital Mobile Radio // IEEE Trans, on Communications. 1990, July. - Vol. 38. - No. 7. - P. 966 - 980.

104. Hagenauer J., Hoher P. A Viterbi algorithm with soft-decision outputs and its applications//Proc. of GLOBECOM'89. -Dallas, 1989.-P. 47.1.1 -47.1.7.

105. Hart B. D., Taylor, D. P. MLSE for correlated diversity sources and unknown time-varying frequency-selective Rayleigh-fading channels Communications // IEEE Trans, on Communications. 1998, February. - Vol. 46. - Iss. 2. -P. 169-172.

106. Haykin S. et al.. Turbo-MIMO for Wireless Communications // IEEE Communications Magazine. — 2004, October. P. 48 - 53.

107. Hoeher P. TCM on frequency-selective fading channels: A comparison of soft-output probabilistic equalizers // Proc. of GLOBECOM'90. San-Diego, Calif., 1990, December. - Vol. 1. - P. 401.4.1 - 401.4.6.

108. Hoeher P. Lodge J. Iterative Differential PSK Demodulation and Channel Decoding // Proc. of GLOBECOM'98. Sydney, Australia, 1998, November. - P. 598 -603.

109. Klovsky D.D., Bagdasaryan D.A. Comparative potential performance of single-carrier and multi-carrier systems in dispersive wire and wireless channels // Proc. of SCI'03. Orlando, USA, 2003, July. - Vol. XV. - P. 296 - 301.

110. Kostic Z., Seetharaman S. Digital Signal Processors in Cellular Radio Communications // IEEE Communications Magazine. 1997, December. - P. 22 - 35.

111. Lee I. A., Sonntag J. L. New Architecture for the Fast Viterbi Algorithm // IEEE Trans, on Communications. 2003, October. - Vol. 51. - No.10. - P. 1624 -1628.

112. Lee W.U., Hill F.S. A Maximum-Likelihood Sequence Estimator with Decision-Feedback Equalization // IEEE Trans. on Communications. 1977, September. - Vol. COM-25. - No.9. - P. 971 - 979.

113. Li Y., Ding Z. A Simplified Approach to Optimum Diversity Combining and Equalization in Digital Data Transmission // IEEE Trans, on Communications. -1995, August. Vol. 43. - No. 8. - P. 2285 - 2288.

114. Lopez M.J., Zangi K., Cheng J.F. Reduced-Complexity MAP Equalizer for Dispersive Channels // Proc. VTC'00. 2000, Fall. - P. 1371 - 1375.

115. Love D.J., Health R.W. Equal Gain Transmission in MIMO Wireless Systems // IEEE Trans, on Communications. 2003, July. - Vol. 51. - No. 7. - P. 1102 -1109.

116. Mietzner J., Hoeher P. Boosting the Performance of Wireless Communication Systems: Theory and Practice of Multiple-Antenna Techniques // IEEE Communications Magazine. 2004, October. - P. 40 - 47.

117. Mietzner J., Hoeher P., Sandell M. Compatible improvement of the GSM/EDGE System by Means of Space-Time Coding Techniques // IEEE Trans, on Wireless Communications. 2003, July. - Vol. 2 - No. 4. - P. 690 - 702.

118. Mueller S.H., Gerstacker W.H., Huber J.B. Reduced-State Soft-Output Trellis-Equalization Incorporating Soft Feedback // Proc. of GLOBECOM'96. 1996, November.-P. 95-100.

119. Murota K., Hirade K. GMSK Modulation for digital mobile radio telephony // IEEE Trans, on Communications. 1981, July. - Vol. COM-29. - № 7. -P. 1044- 1050.

120. Nefedov N. et al.. Iterative Data Detection and Channel Estimation for Advanced TDMA Systems // IEEE Trans, on Communications. 2003, February. — Vol.51.-No. 2.-P. 141-144.

121. Olivier J.C., Xiao С. Joint Optimization of FIR Prefilter and Channel Estimate for Sequence Estimation // IEEE Trans, on Communications. 2002, September. - Vol. 50. - No. 9. - P. 1401 - 1404.

122. Omura J. K. On the Viterbi decoding algorithm // IEEE Trans, on Information Theory. 1969. - V. IT-15. - P.177 - 179.

123. Prabhu V. K. Error probability performance of M-ary CPSK systems with intersymbol interference // IEEE Trans, on Communications. 1973, February. - Vol. COM-21. - P. 97- 108.

124. Raheli R., Polydoros A., Tzou C.K. Per-Survivor Processing: A General Approach to MLSE in Uncertain Environments // IEEE Trans, on Communications. -1995, February-April. Vol. 43, Part I. - P. 354 - 364.

125. Robertson P., Hoeher P., Villebrun E. Optimal and Sub-Optimal Maximum A Posteriori Algorithms Suitable for Turbo Decoding // European Trans. on Telecommunications. 1997, March-April. - Vol. 8. - No. 2. - P. 119 - 125.

126. Sklar B. Rayleigh Fading Channels in Mobile Digital Communication Systems, Part I: Characterization // IEEE Communication Magazine. 1997, July. — P. 90-100.

127. Sklar B. Rayleigh Fading Channels in Mobile Digital Communication Systems, Part I: Mitigation // IEEE Communication Magazine. 1997, July. - P. 102 -109.

128. Smith R., Shafi M. An Approximate Capacity Distribution for MIMO Systems // IEEE Trans, on Communications. 2004, June. - Vol. 52. - No. 6. - P. 887 -890.

129. Tarokh V., Seshadri N. and Calderbank A.R. Space-Time Codes for High Data Rates Wireless Communications: Performance Criterion and Code Construction //

130. EE Trans, on Information Theory. 1998, March. - Vol. 44. - No. 2. - P. 744 -765.

131. Telatar E. Capacity of Multi-antenna Gaussian Channels // AT&T Bell laboratories, Internal Tech. Memo. 1995, June.

132. Tellambura, C. Computing the Outage Probability in Mobile Radio Networks Using the Sampling Theorem // IEEE Trans, on Communications 1999, August. - Vol. 47. - No. 8. - P. 1125 - 1128.

133. Tonello A.M. MIMO MAP Equalization and Turbo Decoding in Interleaved Space-Time Coded Systems // IEEE Trans, on Communications. 2003, February. - Vol. 51. - No. 2. - P. 155 - 160.

134. Ungerboeck G. Adaptive Maximum-Likelihood Receiver for Carrier-Modulated Data-ransmission Systems // IEEE Trans, on Communications 1974, May. - Vol. COM-22. - No. 5. - P. 624 - 635.

135. Visoz R., Berthet A.O. Iterative Decoding and Channel Estimation for Space-Time BICM Over MIMO Block Fading Multipath AWGN Channel // IEEE Trans, on Communications. 2003, August. - Vol. 51. - No. 8. - P. 1358 - 1367.

136. Wang Z., Parhi K.K. High Performance, High throughput Turbo/SOVA Decoder Design // IEEE Trans, on Communications. 2003, April. - Vol. 51. - No. 4. -P. 570-579.

137. Wen K.A., Wen T.S., Wang J.F. A New Transform Algorithm for Viterbi Decoding // IEEE Trans, on Communications. Vol. COM-38. - 1990. - P. 764 - 772.

138. Zhu X., Murch R.D. Performance Analysis of maximum likelihood Detection in a MIMO Antenna Systems // IEEE Trans, on Communications. 2002, February. - Vol. 50. - No. 2. - P. 187 - 191.