автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка и исследование алгоритмов оценивания временных и энергетических параметров сигнала в диспергирующем канале

Халилов Ринат Рашидович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ОЦЕНИВАНИЯ ВРЕМЕННЫХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛА В ДИСПЕРГИРУЮЩЕМ КАНАЛЕ

Специальность: 05.12.13 -Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара-2011

1 С 013 2011

4854103

Работа выполнена в ГОУВПО Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики (ГОУВПО ПГУТИ, г. Самара)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор

Прохоров Сергей Антонович

- кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Маслов Евгений Николаевич

Ведущая организация: ОАО Научно-исследовательский институт точных приборов

Защита диссертации состоится «18» февраля 2011 г. в 13-00 час. на заседании Диссертационного совета Д.219.003.02. Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики по адресу: 443010, г. Самара, ул. Л. Толстого 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики.

Автореферат разослан «14» января 2011г.

Николаев Борис Иванович

Учёный секретарь

Диссертационного совета 219.003.02 д.т.н., профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации.

Развитие информационного общества требует передавать всё большие объёмы информации. Повышение скорости передачи информации, без перехода в другой частотный диапазон, практически приводит к межсимвольной интерференции на приёме. При этом увеличение скорости передачи сообщения желательно достигать увеличением не только канальной скорости, но и информационной. Поэтому сейчас преимущественно развиваются методы приёма информации в каналах с МСИ без использования специальных тест-сигналов.

В диссертации разрабатываются алгоритмы оценивания временных и энергетических параметров сигнала при организации системы передачи информации без использования тест-сигналов. Задачи приёма сигналов в условиях интенсивных помех и многолучёвости в настоящее время возникают практически во всех системах радиосвязи. Выделим некоторые из них, в которых, по мнению автора, было бы эффективно применение разработанных алгоритмов.

Средства космической связи

Характерными особенностями космических средств с низкоорбитальных КА связи являются высокая скорость передачи и значительная длительность между синхропосылками.

Учитывая задачи приёма сигналов с КА на НППИ при низких углах места и исходя из особенностей построения тракта передачи с КА на НППИ, методы оценивания параметров сигналов, представляемые в диссертации, могут эффективно применяться при создании входных блоков приёмного устройства.

Средства связи с маневрирующими носителями (беспилотные самолёты, вертолёты)

Для таких систем связи необходим экспресс-анализ: быстрое обнаружение, сопровождение и приём достаточно больших потоков информации в каналах с МСИ. Описываемые в диссертации методы оценивания параметров сигналов могут использоваться для обеспечения связи в этих условиях.

Учитывая бурный рост развития геоинформационных технологий, а вместе с ним применения систем связи, устанавливаемых на маневрирующих объектах, можно утверждать, что тема диссертации является актуальной.

Состояние вопроса

Основой для синтеза устройств тактовой синхронизации для каналов с МСИ являются два подхода, присущие разным методам передачи сигнала:

1) системы передачи информации с заданной скоростью на разнесённых по частоте несущих (сигналы с малой базой) на тактовых интервалах, существенно превышающих время рассеяния в канале. В этом направлении следует отметить работы Р. Мозье, Р. Клабо, Л. М. Финка, Ю. Б. Окунева, и др.;

2) системы передачи с оценкой текущего состояния канала и оптимальной (субоптимальной) демодуляцией сигнала. В этом направлении следует отметить труды Д. Д. Кловского, Б. И. Николаева, В. А. Сойфера, В. Г. Карташевского, Ю. В. Алышева, Е. О. Хабарова, А. А. Журавлёва, Дж. Прокиса, Ю. С. Шинакова, А. П. Трифонова, Г. Д. Форни, А. Витерби и др.

J

Для первого направления необходимо отметить работы И. Е. Байдана, В. С. Караваева, В. В. Гинзбурга, А. А. Каяцкаса, Е. Н. Маслова, Ю. Ф, Пелегова, X. Луи, У. А. Тюрели, С. Барбаросса, в которых рассматриваются вопросы построения системы тактовой синхронизации многочастотного модема, ориентированной на использование анализатором тактовой синхронизации непосредственно самого рабочего сигнала.

Для второго направления необходимо отметить работы, посвященные оцениванию параметров принимаемого многолучевого сигнала (идентификации канала): В. Г. Карташевского, Б. И. Николаева, Ю. Г. Сосулина, А. М. Чингае-вой, А. В. Борисенкова, в которых представлены методы и алгоритмы оценивания параметров принимаемого многолучевого сигнала по специальным тест-сигналам, которые параллельно используются как синхропосылки.

В настоящее время всё чаще появляются алгоритмы и методы самовосстановления сигналов в системах радиосвязи, не требующие передачи тестовых последовательностей (слепая коррекция). В этом направлении необходимо отметить работы О. В. Горячкина, Дж. Прокиса, Абед-Мераим К, Хуа В и др.

Для обеспечения приёма информации необходимо не только идентифицировать канал, но до этого извлечь первичную информацию о принимаемом сигнале, в частности обнаружить сигнал в канале, обеспечить тактовую синхронизацию. Методам определения параметров сигнала для канала с МОИ по информационному сигналу посвящается настоящая диссертация.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование алгоритмов оценивания временных и энергетических параметров сигнала для канала с МСИ без использования тест-сигналов.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи исследования. Провести синтез и анализ:

1. алгоритмов тактовой синхронизации, не требующих знания импульсной характеристики канала.

2. алгоритма обнаружения, инвариантного к многолучёвости.

3. алгоритмов оценивания мощности шума, инвариантных к многолучёвости.

Методы исследования.

В работе используются методы статистической теории связи, теории оценивания и оптимизации, методы статистического имитационного моделирования.

Обоснованность и достоверность результатов работы обеспечивается адекватностью использованных методов и подтверждается сходимостью полученных результатов к ожидаемым, а также несмещённостью и состоятельностью найденных оценок.

Научная новизна

1. Разработан метод оценивания временны'х и энергетических параметров принимаемого многолучевого сигнала, основой которого служит анализ разнесённых во времени фрагментов принимаемого многолучевого сигнала, позволяющий оценивать параметры сигнала по его информационной части.

2. Разработан алгоритм совместного обнаружения сигнала, оценивания дисперсии канального шума и оценивания границ тактовых интервалов, базирую-

щийся на анализе разнесённых во времени фрагментов сигнала.

3. Исследованы характеристики качества разработанных алгоритмов.

Практическая ценность работы

1. Разработанные алгоритмы тактовой синхронизации в каналах с МСИ без использования тест-сигнала, инвариантные к многолучёвости и виду модуляции, основанные на поиске разнесённых во времени подобных частей принимаемого сигнала, обладают быстродействием и работоспособны при низком отношении сигнал/шум.

2. Разработанный алгоритм совместного обнаружения сигнала, оценивания дисперсии канального шума и определения границ тактовых интервалов для конкретных видов модуляции позволяет существенно упростить входные блоки приёмного устройства за счёт использования для оценивания параметров сигнала общих результатов промежуточных вычислений.

Реализация и внедрение результатов работы

Результаты работы использованы ГНП РКЦ «ЦСКБ-Прогресс» (г. Самара), ОАО «НИИ ТП» (г. Москва), а также в учебном процессе кафедры ТОРС ПГУТИ. Реализация результатов работы подтверждена соответствующими актами.

На защиту выносятся:

1. Метод оценивания параметров принимаемого многолучевого сигнала, основанный на анализе разнесённых во времени фрагментов принимаемого многолучевого сигнала.

2. Алгоритм тактовой синхронизации, инвариантный к виду модуляции и многолучёвости, основанный на поиске повторяющихся частей принимаемого многолучевого сигнала.

3. Алгоритм совместного обнаружения сигнала, оценивания дисперсии канального шума и оценки границ тактовых интервалов, основанный на сравнении разнесённых во времени частей принимаемого многолучевого сигнала.

4. Анализ характеристик надёжности, помехоустойчивости и быстродействия, полученных средствами статистического имитационного моделирования.

Апробация работы.

Основные результаты по теме диссертационного исследования докладывались на XIV, XVI Всероссийских конференциях профессорско-преподавательского состава ПГУТИ (Самара, 2007, 2009), на Научно-технической конференции молодёжи ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» «Инновационные разработки - основа созданий мирового лидирующего продукта в ракетно-космической отрасли» (Самара, 2007), на Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космической техники и её роль в устойчивом социально-экономическом развитии общества» (Самара, 2009), Научно-технической конференции молодых учёных «ИСС 2008» (Железногорск, 2008), IV, V, VI Научно-технических конференциях «Системы дистанционного зондирования Земли» (Адлер-Москва, 2007, 2008, 2009), на IX и X Международных научно-технических конференциях «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Самара, Казань, 2006 и 2008), на IX и X Меж-

дународных научно—технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2007, 2009), IX Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Челябинск, 2010).

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, из них 3 работы в изданиях, рекомендуемых ВАК.

Структура и объём работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, приложений.

Основная часть содержит 108 страниц машинописного текста, 33 рисунка и 6 таблиц. В библиографию внесены 76 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы и проводимых исследований, обосновываются новизна, практическая значимость.

В первой главе описаны математическая и физическая модели канала связи с многолучевым распространением радиоволн. Даны характеристики различных каналов, для которых в работе предлагаются эффективные алгоритмы, в частности, каналов космической связи, каналов с ионосферным отражением сигнала, а также каналов приёма информации с низколетящих объектов. Все эти каналы относятся к классу диспегирующих. Представлены распределения вероятностей квадратурных компонент передаточной функции для канала космической связи.

Во второй главе проведено исследование алгоритмов тактовой синхронизации для канала без межсимвольной интерференции, проведён синтез и анализ алгоритмов тактовой синхронизации (ТС) для каналов с МСИ.

В каналах с МСИ границы между соседними элементами сигнала стираются, поэтому для определения характеристических моментов сигнала невозможно использовать метод поиска переходов с одной позиции сигнала на другую, поэтому предлагается найти новую основу для алгоритма, инвариантную к МСИ. Вместо этого в работе используется метод поиска повторяющихся фрагментов принимаемого сигнала. На интервале локальной стационарности канала даже в условиях МСИ всегда найдутся такие пары фрагментов, которые порождены одинаковыми последовательностями элементов сообщения и поэтому совпадают с точностью до аддитивного шумового слагаемого.

Учтём, что полная энергия элемента сигнала, прошедшего через канал, заключена в интервале Тл =(0 + 1)7'. Так как <2 - величина конечная, то число элементов сигнала, влияющих на отрезок принимаемого сигнала на интервале Т3 , также конечное и равно 2Q +1. Таким образом, если учесть основание кода т, для представления исходного сигнала при первичном кодировании число возможных комбинаций на Тя также конечное и равно N = /я2е+1. Учитывая этот факт, для поиска границ Т необходимо ожидать не перехода с одной позиции на другую, как это происходит в системах тактовой синхронизации для

каналов без многолучёвости, а повтора комбинации из 2(9 + 1 элементов сигнала. Оптимальным шагом смещения для нахождения повторной комбинации является шаг, равный Т . На некотором ограниченном интервале времени с разной вероятностью (зависящей от длительности интервала наблюдения) могут появляться более одной пары совпадающих фрагментов сигнала, что можно будет использовать для увеличения объёма статистических данных, которые могут быть использованы для вынесения решения устройством тактовой синхронизации и в целом для повышения точности синхронизации.

Некоторые значения вероятности того, что найдутся ц пар совпадающих фрагментов сигнала для случая га-позиционной модуляции, памяти канала Q и

равновероятных элементов сигнала представлены в табл. 2 (N = т2®+х).

Табл. 1 Для д = 2

рч 0,9118 0,9002 0,9045 0,9017 0,9003 0,9 0,9 0,9

т 2 2 2 2 2 4 4 2

3 4 5 6 7 6 7 12

к 32 63 127 253 505 22847 91388 16156

Как видно из представленной таблицы:

I. совпадающие фрагменты сигнала выпадают достаточно часто относи-

тельно общего возможного количества переборных комбинаций;

2. при изменении памяти канала на единицу увеличение количества элементов сигнала для появления такой же вероятности совпадения производится приблизительно в 2 раза.

Построим алгоритм на основе анализа совпадающих фрагментов сигнала. Сигнал на входе приёмного устройства будем представлять в соответствии с

£

выражением: ¿(/) = £.у(/-т/)-у /(/) + «(/) (1)

/=1

Запишем разность сравниваемых фрагментов сигнала в следующем виде:

= (0-4^(0 (2)

к = 0,1,..., N-2, у = £ + 1Д + 2,...,ЛГ-1, / = 0,1,..., М-1,

¿/М+, (0 = г(/ + (уЛ/ + ()А/) , ¿ш+1 (?) = ¿(/ +(кМ + ¿) Д/).

Каждому сочетанию параметров /, к и / соответствует определённое значение ц - порядковый номер ветви обработки, причём

ц = 0,1,...,0,5-(лг2-ы)м-\.

Для дальнейшего анализа вычислим величины

• (3)

о

Предлагаемый алгоритм требует нахождения такого значения ц = £, при ко-

7

образом: q =

М.

тором D минимально. Найдём оценку для ц = Д из всех значений D^.

р. = arg min D . (4)

ц ц

Ввиду случайности сообщения, на отсутствие следующей повторной комбинации нельзя полагаться, поэтому найденное значение должно стать отправной точкой для нахождения границы тактового интервала. Саму обработку необходимо проводить поблочно, используя для вынесения решения q блоков.

По найденному значению ji определим значения у, к, при которых проявились совпадающие фрагменты сигнала. При этом зафиксируем интервал, равный по величине тактовому интервалу, в котором было найдено совпадение фрагментов принимаемого сигнала. Найдём начало этого интервала следующим

М.

Запишем D).+i для нескольких блоков в следующим виде Dr ,+i, где

Исходя из этого, запишем решающее правило для:

ч-1

/ = argmin^Dr ;+,. (5)

' г=О

Из описания алгоритма видно, что алгоритм инвариантен к виду модуляции и многолучёвости.

Для выявления качественных характеристик работы устройства ТС было проведено статистическое имитационное моделирование (СИМ), результаты представлены на рис. 1.

Анализ полученных зависимостей позволяет сделать выводы:

1. Синтезированный алгоритм позволяет определять границы тактовых интервалов при низком отношении сигнал/шум начиная с 0 дБ.;

2. Точность определения границ тактового интервала зависит от соотношения сигнал/шум и количества анализируемых блоков.

Вероятность правильного определения границ тактовых интервалов зависит от вероятности появления совпадающих фрагментов сигнала. Для определения оптимальных значений вероятности было проведено статистическое моделирование, результаты представлены на рис. 2.

Из рис. 2 видно, что оптимальная вероятность совпадения фрагментов заключена в интервале 0,5...0,8. При этом, если учесть количество тактов необходимых для совпадения с заданной вероятностью оптимальное значение вероятности равно 0,5.

Рассмотрим влияние сокращения интервала анализа Та с (Q + 1)7\ до Т. Этот переход позволит значительно ускорить алгоритм за счёт уменьшения числа перебираемых комбинаций с до т~+1.

Рс/Рм (дБ)

Рис. 1 Зависимость вероятности ошибочного определения границы тактового интервала в зависимости от количества используемых блоков

• I 0.2 0-3 0.4 0.5 0.1 0.7 0.В 0.> мроятиолъ пошла*

Рис. 2 Зависимость вероятности ошибочного определения границ тактовых интервалов от вероятности появления совпадающих фрагментов сигнала в блоке.

Для выявления сравнительных характеристик работы устройств тактовой синхронизации по алгоритму (5) было проведено сравнительное статистическое моделирование, результаты которого представлены на рисунках 3 и 4.

Анализ рисунков 3 и 4 позволяет говорить о том, что наблюдается выигрыш использования интервала анализа Та = Т . Такой интервал является оптимальным для построения любого устройства ТС, построенного по представленному алгоритму с решающим правилом (5).

1| о:

се

1 1 1 1 V 1 ' »-■ТаяЗТ. ч=20 —Р~Та=Т. 4=20

\ ! 1

и ' ' ли <

1 \ < 1 \ 1

I \| !

! 1

Рис. 3 Зависимость вероятности ошибки от Рис- 4 Зависимость вероятности ошибки от отношения сигнал/шум и количества блоков отношения сигнал/шум и количества блоков обработки обработки

В третьей главе проведен синтез и анализ алгоритмов обнаружения сигнала в условиях неполной априорной определённости для каналов с МСИ и без, синтезирован алгоритм оценивания дисперсии шума, основанный на использовании совпадающих фрагментов сигнала.

Пусть сигнал на передающей стороне модулируется симметрично ориентированными сигналами. На приемной стороне сигнал описывается выражением (1), задачу обнаружения сигнала сформулируем следующим образом: г(() = к-у*({) + п((), (6)

где ?(<) - передаваемый сигнал, - белый гауссовский шум, у - коэффициент передачи канала, а к = 0; 1 - индикатор наличия сигнала.

Для формирования данных для оценивания параметра у запишем:

= = + (/), (7), (8)

где (е) и а^ (/) - разность и сумма фрагментов сигнала. Найдём О^ и Ац:

. |2 , , .|2

Дд = Л^(<)| Л. (9), (10)

о о

По необходимо найти такое Д = {уД} > ПРИ котором минимально:

Д = а^1тип£> . (11)

ц

Будем считать, что в совпадающих фрагментах сигнала (/) = ¿^ (?) = , тогда с учётом (7) - (10) найдём отношение А] к к И} к:

Я = А. - ¡Эи = 4Р/2а2 +125(/)(«- (*) + й- (г)) сИ /2?Га +6 (12) о /

Г Г" 2 О2

т.к. £ = _(У - энергия сигнала, Дя- (0) Ж = 2а2±Та, 6 =-у -

0 0 ст-отношение двух оценок дисперсии шума.

Для улучшения характеристик обнаружителя необходимо использовать несколько (д ) пар повторяющихся фрагментов сигнала. Тогда с увеличением ц

Р

отношение 0 —1, учитывая, что р = первое слагаемое равно 2р , второе

а

обозначим ^ • Тогда получим: /? = 2р + 4 + 1- (13)

Дисперсия будет стремиться к нулю с увеличением д. Исходя из (14), можно записать решающее правило для обнаружения:

х (14)

Отметим, что алгоритм с решающим правилом (14) инвариантен к многолу-чёвости, также алгоритм (14) не требует знания параметров мощности шума и сигнала, а зависит только от безразмерной величины Д . Алгоритм (14) справедлив для всех симметрично ориентированных видов модуляции.

Оптимальным значением является значение Та=Т , а компенсировать проигрыш от уменьшения интервала анализа, можно увеличивая число ц .

Для выявления характеристик обнаружителя было проведено СИМ. Результаты даны на рис. 5 и 6.

Из полученных результатов следуют выводы:

1. Алгоритм с решающим правилом (14) работоспособен при низком отношении сигнал/шум;

2. Вероятности пропуска сигнала и ложного обнаружения снижаются с увеличением отношения сигнал/шум и увеличением д.

3. Вероятность точного определения совпадения зависит от количества Г, при этом при низком отношении сигнал/шум необходимо увеличение числа тактов для увеличения числа совпадений и соответственно повышения точности определения совпадающих фрагментов сигнала;

4. При увеличении отношения сигнал/шум более 25 вероятность точного определения стремится к вероятностям, представленным в таблице 1.

гн

-/•^.лЛ^Глп'

ТГ-,

1- . -Т-

.' 0 100 300 300 400 500 600

число тактщ • интервале поясса совпадаоция фрхыантоя (»гнала

Рис. 6 Зависимость апостериорной вероятности совпадения фрагментов сигнала от количества тактов в блоке

вероятность пропуссв сигнала

Рис. 5 Характеристики помехоустойчивости обнаружителя при отношении сигнал/шум=1

Исследуем возможность ускорения работы алгоритма с решающим правилом (14) за счёт включения в анализ суммы зеркально отображённых фрагментов сигнала. Минимум разности сравниваемых фрагментов будет соответствовать совпадению фрагментов, максимуму же будет соответствовать разность фрагмента сигнала с его инвертированной копией, таким образом, сумма фрагмента сигнала с его инвертированной копией будет минимальна. Учитывая это, перепишем (11): р = аг§тт(.Ор, (15)

Аналогично тому, как для алгоритма с решающим правилом (15) использовалось <7 пар совпадающих фрагментов сигнала, воспользуемся не только совпадающими парами, но и зеркально отображёнными. Для этого при нахождении каждого минимума каждого блока определяется, из какого множества

или Ац найдено минимальное значение. В зависимости от принятого решения

числитель наполняется значениями Б'-либо А., а знаменатель - А-.- либо

£ соответственно. Таким образом, определим для д блоков:

Яобш , гае П = ^ ^

(16)

Используя (16) и (13), перепишем решающее правило (14) для алгоритма, использующего зеркально отображённые фрагменты сигнала в виде:

. М> ^обш^ор* ^

к = -

1°> ^общ-^пор-

Некоторые значения вероятности того, что найдётся д пар разнесённых фрагментов сигнала для случая /я-позиционной модуляции, памяти канала Q и

равновероятных элементов сигнала представлены в табл. 2 (Л' = т2~+[). Табл. 2 Для <7 = 2

рч 0,9235 0,9072 0,9061 0,9022 0,9002 0,9 0,9 0,9

т 2 2 2 2 2 4 4 2

в 3 4 5 6 7 6 7 12

п 23 45 90 179 357 16157 64627 11425

Анализ таблиц 1 и 2 позволяет сделать следующий вывод: сравнение значений, представленных в-таблице 2, со значениями таблицы 1 показывает, что частота появления совпадающих фрагментов сигнала, при учёте зеркально отображённых фрагментов сигнала, приблизительно в 1,4 раза выше, чем при использовании только одинаковых фрагментов сигнала.

Этот вывод позволяет утверждать, что быстродействие алгоритма с решающим правилом (17) по сравнению с алгоритмом с решающим правилом (14) будет выше приблизительно в 1,4 раза.

В системах передачи дискретных сообщений для решения задач оптимальной обработки сигнала часто требуется знание дисперсии канального шума.

Пусть имеем входную последовательность смеси сигнала и шума в виде (1).

Для оценивания дисперсии шума воспользуемся операциями (7), (9) и (11) нахождения совпадающих фрагментов сигнала.

В соответствии с предыдущими рассуждениями запишем выражение для оценки дисперсии канального шума в следующем виде: ч-1

Л 2ХД

г=О

2дГ

(18)

Ц - «ИПИЧВСКО СО*П1ДйНМЙ

Рис. 7 Зависимость относительной ошибки оценки от количества совпадений

нивания мощности шума было проведено СИМ при различном количестве бло-

12

Для выявления качественных характеристик работы устройства оце-

ков <7 принимаемого сигнала ¿(с) (Рис.7).

В четвёртой главе исследовалась процедура совместного обнаружения сигнала, определения характеристических моментов сигнала и оценивания мощности шума как единая схема входных блоков приёма информации.

Пусть на передающей стороне используются симметрично ориентированные виды модуляции, а сигнал на приёмной стороне описывается формулой (1).

При построении схемы обнаружения с использованием разнесённых во времени фрагментов сигнала применим алгоритм (17).

Подробнее рассмотрим построение устройства ТС.

Исходными данными для устройства ТС будут значения В р и А полученные для алгоритма обнаружения с решающим правилом (17). Как и для алгоритма тактовой синхронизации с решающим правилом (5) найдём искомую пару совпадающих фрагментов сигнала, либо пару фрагмента сигнала и его инвертированной копии, для чего воспользуемся формулой (15).

Как и при рассмотрении алгоритма с решающим правилом (5), по найденному значению р = Д зафиксируем интервал, в котором была найдена искомая пара фрагментов. Определим начало этого интервала, получив с.

Аналогично рассмотренному алгоритму обнаружения с решающим правилом (17) при нахождении каждого минимума каждого блока будем определять, из какого множества или А^ оно найдено.

Исходя из этого, запишем решающее правило в следующем виде:

г=и

В соответствии с предыдущими рассуждениями и используя формулу (18), запишем решающее правило для оценивания дисперсии шума:

«у—I ,

Полученный алгоритм с решающим правилом (19), так же как и алгоритм с решающим правилом (5), инвариантен к многолучёвости, он также справедлив для всех симметрично ориентированных видов модуляции.

Для выявления качественных характеристик работы устройства ТС с решающим правилом (19) было проведено СИМ при этом были получены сравнительные данные об соотношении алгоритма (5) и (19). Результаты моделирования представлены соответственно на рисунках 8 и 9.

Как видно из рисунков 8 и 9:

1) при одинаковой вероятности появления ожидаемых пар фрагментов алгоритм с решающим правилом (19) даёт такие же результаты, что и алгоритм с решающим правилом (5);

2) при одинаковом количестве анализируемых тактовых интервалов и соот-

(19)

2 дТ

(20)

ветственно большем количестве блоков ц для алгоритма с решающим правилом (19), он выигрывает по отношению к алгоритму (5).

3) Небольшая величина наблюдаемого выигрыша объясняется малой используемой в эксперименте памятью канала и малым количеством блоков. С увеличением памяти канала и числа блоков выигрыш будет увеличиваться.

___1____I_____I____I____I-

■—•— ашормгмгррашцммпрашлом^) ----'— —— алгоритм с рвиарции прааилви (18)

_ J

____I_____!-----1 -

I

I

I

_L

„ „ „ , Рис. 9 Зависимость вероятности ошибки от

Рис. 8 Зависимость вероятности ошибки от , г ,

, „с отношения сигнал/шум и количества блоков

отношения сигнал/шум и количества блоков , _

обработки обработки

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в ходе исследования, представленного в диссертации:

-проведён синтез и анализ алгоритмов тактовой синхронизации, инвариантных в виду многолучёвости;

- разработан и исследован алгоритм обнаружения сигнала, инвариантный к многолучёвости, используемый для приёма сигналов, модулированных на передающей стороне симметрично ориентированными видами модуляции;

-проведён синтез и анализ алгоритмов оценивания дисперсии канального шума, инвариантных в виду многолучёвости;

- представлен алгоритм совместного обнаружения, оценивания границ тактовых интервалов и оценивания дисперсии шума, инвариантный к виду многолучёвости;

- получены и исследованы рабочие характеристики разработанных алгоритмов.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в научных изданиях, входящих в перечень рекомендованных ВАК:

1. Кузнецов А.И. Тактовая синхронизация в каналах с межсимвольной интерференцией на основе структурного анализа многолучевого канала / Кузнецов А.И., Халилов P.P. // Инфокоммуникационные технологии. - 2007. -Вып. 4.- С. 41-43

2. Халилов P.P. Обнаружение в каналах с низкой энергетикой / Халилов P.P. // Вестник СГАУ. - 2010. -Вып. 2.- С. 220-223

и

3. Котлова T.B. Исследование процедуры совместного обнаружения сигнала, оценивания дисперсии шума и тактовой синхронизации в многолучевом канале / Котлова Т.В., Халилов P.P. // Инфокоммуникационные технологии. -2010.-Вып. 4,-С. 11-14

Статьи в материалах и сборниках трудов научных конференций:

4. Железнов Ю.Е. Система передачи информации дистанционного зондирования Земли с космического аппарата «Ресурс-ДК». Первые шаги / Железнов Ю.Е., Журавлёв A.A., Степанов C.B., Халилов P.P. //VI Международная научно-техническая конференция «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» (16-18 ноября 2006 г.): Материалы конференции. - ПТТТ, 2006. - Самара, 2006.-С. 41.

5. Журавлёв A.A. Влияние точности определения границ тактовых интервалов на качество демодуляции / Журавлёв A.A., Халилов P.P. II Научно-техническая конференция молодёжи «Инновационные разработки - основа создания мирового лидирующего продукта в ракетно-космической отрасли»: Тез. докл. - Самара, 2007. - С. 9 - 10.

6. Котлова Т.В. Оценка временной задержки сигнала для алгоритма совместного обнаружения сигнала, тактовой синхронизации и оценивания дисперсии шума для каналов с межсимвольной интерференцией / Котлова Т.В., Халилов P.P. // Материалы XV Международной научно-технической конференции «Радиолокация, Навигация, Связь», г. Воронеж, 2009. - Т. 2. - С. 315-320

7. Котлова Т.В. Алгоритм совместного обнаружения сигнала, тактовой синхронизации и оценивания дисперсии канального шума при передаче сигналов с равной энергией в диспергирующих каналах / Котлова Т.В., Халилов P.P. // VI научно-техническая конференция «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования земли», г. Москва, 2009. — С. 202-207.

8. Котлова Т.В. Оценка порогового уровня различения «ненулевых» фрагментов сигнала для алгоритма тактовой синхронизации основанного на повторяемости частей принимаемого многолучевого сигнала / Котлова Т.В., Халилов P.P. // Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы ракетно-космической техники и её роль в устойчивом социально-экономическом развитии общества», г. Самара, 2009. - С. 202-203.

9. Котлова Т.В. Сравнительная характеристика алгоритмов тактовой синхронизации, основанная на структурном анализе многолучевого сигнала / Котлова Т.В., Халилов P.P. // IX Международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов» г. Челябинск, 2010. -С. 228-229.

10. Николаев Б.И. Исследование тактовой синхронизации в каналах с низкой энергетикой / Николаев Б.И., Халилов P.P.// IV научно-техническая конференция «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования земли» г. Адлер-Москва, 2007. - С. 129-133.

11. Путинас E.H. Обнаружение сигналов с низкоэнергетических КА при малых углах места / Путинас E.H., Халилов Р.Р // Научно-техническая конференция молодых специалистов, г. Железногорск, 2008. - С. 24

12.Халилов Д.Р. Влияние позиционности модуляции на характеристики об- { наружителя / Халилов Д.Р., Халилов Р.Р // XVI Российская научная конференция профессорско - преподовательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГАТИ: Тез. докл. - Самара, 2009. - С. 18.

13. Халилов P.P. Алгоритм нахождения границ тактовых интервалов при последовательной передаче сообщений / Халилов Р.Р // XIII Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь», г. Воронеж,

2007.-С. 811-816

14. Халилов P.P. Алгоритм нахождения границ тактовых интервалов в каналах с межсимвольной интерференцией / Халилов Р.Р // XIV Российская научная конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГАТИ: Тез. докл. - Самара, 2007. - С. 16

15. Халилов P.P. Обнаружение сигналов в каналах с межсимвольной интерференцией и шумом / Халилов Р.Р // V научно-техническая конференция «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования земли», г. Адлер-Москва, 2008. - С. 75-80.

16. Халилов P.P. Оценивание дисперсии шума в канале с МСИ с использованием метода дифференциального анализа / Халилов Р.Р // IX Международную научно-техническую конференцию «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (16-18 ноября 2008 г.): Материалы конференции. - ПТТТ,

2008. - Казань, 2008. - С. 219-220.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» 443010, г. Самара, ул. Льва Толстого 23.

Отпечатано фотоспособом в соответствии с материалами,

_представленными заказчиком ____

Подписано в печать 27.12.10 г. Формат 60х84'/16 Бумага писчая № 1. Гарнитура Тайме.

__Заказ 846. Печать оперативная. Усл. печ. л.0.92. Тираж 100 экз.__

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

ВВЕДЕНИЕ.

1. МОДЕЛЬ ИССЛЕДУЕМОГО КАНАЛА.

1.1. Характеристики канала с многолучевым распространением и замираниями.

1.2. Вероятностные характеристики коэффициента передачи канала.

1.3. Общий частотный сдвиг сигнала.

2. СИНТЕЗ И АНАЛИЗ АЛГОРИТМА ТАКТОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ДЛЯ КАНАЛА С МСИ.

2.1. Исследование алгоритмов тактовой синхронизации для канала без МСИ.

2.1.1. Анализ оптимального алгоритма тактовой синхронизации для каналов без замираний и многолучевого распространения сигнала.

2.1.2. Исследование алгоритма тактовой синхронизации для каналов с низкой энергетикой.

2.2. Структурный анализ принимаемого многолучевого сигнала, как сравнение разнесённых во времени фрагментов сигнала. Синтез и анализ алгоритма тактовой синхронизации основанного на структурном анализе многолучевого сигнала.

2.2.1. Применение метода сравнения разнесённых во времени фрагментов сигнала для построения устройства тактовой синхронизации.

2.2.2. Алгоритм оценивания границ тактовых интервалов, основанный на сравнении разнесённых во времени фрагментов сигнала.

2.3. Сравнение полученных алгоритмов тактовой синхронизации.

3. СИНТЕЗ И АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛА И ОЦЕНИВАНИЯ ДИСПЕРСИИ КАНАЛЬНОГО ШУМА ПРИНИМАЕМОГО МНОГОЛУЧЕВОГО СИГНАЛА.

3.1. Синтез и анализ алгоритмов обнаружения сигнала в условиях неполной априорной неопределённости.

3.1.1. Синтез и анализ алгоритма обнаружения сигнала для канала без МСИ.

3.1.2. Синтез и анализ алгоритма обнаружения сигнала для канала с МСИ.

3.1.3. Сравнение алгоритмов обнаружения сигнала.

3.2. Алгоритм оценивания дисперсии канального шума.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕДУРЫ СОВМЕСТНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ

СИГНАЛА, ТАКТОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ И ОЦЕНИВАНИЯ ДИСПЕРСИИ ШУМА В КАНАЛАХ С МСИ.

4.1. Синтез и анализ алгоритма совместного обнаружение сигнала, тактовой синхронизации и оценивания дисперсии шума в канале с МСИ.

4.2. Рабочие характеристики разработанного алгоритма совместного обнаружения, тактовой синхронизации и оценивания дисперсии шума для каналов космической связи.

Развитие информационного общества требует передавать всё большие объёмы информации. Повышение скорости передачи информации, без перехода в другой частотный диапазон, практически приводит к межсимвольной интерференции на приёме. При этом увеличение скорости передачи сообщения желательно достигать не только увеличением канальной скорости, но и увеличением информационной. Поэтому сейчас преимущественно развиваются методы приёма информации в каналах с МСИ без использования специальных тест-сигналов.

В настоящее время многие системы связи, учитывая многолучевое распространение сигнала в канале связи, вводят специальные элементы, тест-сигнал, который позволяет с использованием известной периодически повторяемой последовательности обеспечить приём информации. Другой подход обеспечения приёма информации в канале с многолучёвостью заключается в увеличение длительности тактового интервала, а передача заданного объёма информации в требуемый интервал времени обеспечивается передачей информации на нескольких частотах.

В диссертации предполагается организация системы передачи информации без использования тест-сигналов. В данной работе представляются: алгоритм тактовой синхронизации, инвариантный к виду модуляции и многолучёвости; алгоритм оценки дисперсии мощности шума, инвариантный к виду модуляции и многолучёвости;

- алгоритм обнаружения сигналов, инвариантный к многолучёвости, модулированных на передающей стороне симметрично ориентированными сигналами различной позиционности;

- алгоритм совместного обнаружения, тактовой синхронизации и оценивания мощности шума инвариантный к виду многолучёвости и ориентированные на приём сигналов, модулированных на передающей стороне симметрично ориентированными сигналами различной позиционности.

Задачи приёма сигналов в условиях интенсивных помех и многолучёвости в настоящее время возникают практически во всех системах радиосвязи. Выделим некоторые из них, в которых, по мнению автора, было бы эффективно применение разработанных алгоритмов.

Средства космической связи

При приёме сигналов с низкоорбитальных космических аппаратов принимаемый сигнал настолько мал (сигнал ослабляется в процессе передачи за счёт большого расстояния порядка 350. 1500 км, которое он проходит от космического аппарата на Землю), что по уровню мощности соизмерим со случайными помехами, вызванными, например, внеполосным излучением рядом расположенных радиоэлектронных средств (РЭС). С целью минимизации затрат на получение информации с космического аппарата (КА), наземный пункт приёма информации (НППИ) устанавливают в городах, рядом с организациями, осуществляющими обработку информации с КА. Это ухудшает качество приёма информации при низких углах места, поэтому часто используется ограничение по углу места от 10° до 90° (хотя при использовании специализированных алгоритмов приёма возможен приём и при более низких углах) [13, 14]. В настоящее время на пунктах приёма информации с космических аппаратов для задач автосопровождения сигнала применяется технология, в которой не анализируется структура принимаемого сигнала, а анализируется только энергетическое соотношение.

Характерными особенностями системы передачи информации с низкоорбитального КА на НППИ являются высокая скорость передачи и значительная длительность между синхропосылками, например, для КА «Ресурс-ДК1» длительность составляет порядка 1000000 тактовых интервалов.

Учитывая задачи приёма сигналов с КА на НППИ при низких углах места, и исходя из особенностей построения с КА на НППИ, методы оценивания параметров сигналов представляемые в диссертации могут эффективно применяться при создании входных блоков приёмного устройства.

Средства связи с маневрирующими носителями (беспилотные самолёты, вертолёты)

Сейчас всё чаще применяются беспилотные летательные средства, на которых устанавливается оборудование для дистанционного зондирования Земли и передачи информации. С целью экономии массы и энергетических затрат, а также с целью оперативной доставки информации часто осуществляется непосредственный сброс информации на пункты приёма без записи на борту носителя.

Для таких систем связи необходим экспресс анализ: быстрое обнаружение, сопровождение и приём достаточно больших потоков информации в каналах с многолучевым распространением сигнала. Описываемые в диссертации методы оценки параметров сигналов использоваться для обеспечения связи в этих условиях.

Учитывая бурный рост развития геоинформационных технологий, а вместе с ним применения систем связи, устанавливаемых на маневрирующих объектах, а также с учётом роста рынка информационной продукции, организуемой с помощью этих средств можно утверждать что, тема диссертации является актуальной.

Состояние вопроса

Вопрос обеспечения тактовой синхронизации в системах связи освещён в книгах по теории связи. Основой для синтеза устройств тактовой синхронизации для каналов с МСИ являются два подхода, которые исходят из методов передачи сигнала:

1. системы передачи информации с заданной скоростью на разнесенных по частоте несущих (сигналы с малой базой) на тактовых интервалах, существенно превышающих время рассеяния в канале (параллельные системы). В этом направлении следует отметить работы Р. Мозье, Р. Клабо [75], Л. М. Финка [57], Ю. Б. Окунева [40], и др.;

2. системы передачи с оценкой текущего состояния канала и оптимальной (субоптимальной) демодуляцией сигнала. В этом направлении следует отметить труды Д. Д. Кловского [22-25], Б. И. Николаева [24, 38], В. А. Сойфера [23], В. Г. Карташевского [20], Ю. В. Алышева [2], Е. О. Хабарова [59], Полищук Ю. М. [41], Е. Ф. Камнева [43], A.A. Журавлёва [15], К. Абенда Д. Ф. Фритчмана [1], Ю.С. Шинакова, А. П. Трифонова [55], Г. Д. Форни [58, 73], А. Витерби [8] и др.

Для первого направления необходимо отметить работы В.В. Гинзбурга, A.A. Каяцкаса [10], E.H. Маслова [36], Дж. Дж. Стифлера [52], Ю.Ф. Пелегова [42], X. Луи, У.А. Тюрели [74], С. Барбаросса [71] в которых рассматриваются вопросы построения системы тактовой синхронизации многочастотного модема, ориентированной на использование анализатором тактовой синхронизации непосредственного самого рабочего сигнала.

Для второго направления необходимо отметить работы, посвященные оцениванию параметров принимаемого многолучевого сигнала (идентификации канала): В.Г. Карташевского [20], Б.И. Николаева [38], Ю.Г. Сосулина [47], A.M. Чингаевой [68], А. В. Борисенкова [3] в которых представлены методы и алгоритмы оценивания параметров принимаемого многолучевого сигнала по специальным тест-сигналам, которые параллельно используются как синхропосылки. Основная идея построения таких систем синхронизации состоит в совместном обеспечении тактовой и цикловой синхронизации.

В настоящее время всё чаще появляются алгоритмы и методы самовосстановления сигналов («слепой» обработки) в системах радиосвязи, не использующие тестовые последовательности. В этом направлении необходимо отметить работы О.В. Горячкин [11], Дж. Прокиса [44], Абед-Мераим К, Хуа В [69] и др. Данные методы могут найти применение в системах цифровой коротковолновой связи, сетях и системах мобильной связи, цифровом телевидении, системах радиоразведки, несанкционированного доступа, радиоконтроля цифровых систем передачи информации.

Для обеспечения приёма информации необходимо не только идентифицировать канал, но до этого обеспечить первичную информацию о принимаемом сигнале, а именно обнаружение сигнала в канале, тактовую синхронизацию. Методам определения параметров сигнала для канала с межсимвольной интерференцией по самому информационному сигналу посвящается тема настоящей диссертации.

Используемые методы исследования

В работе используются методы статистической радиотехники, теории оценивания и оптимизации, статистического имитационного моделирования.

Диссертационная работа состоит из четырёх глав.

В главе 1 описана математическая и представлена физическая модель канала связи с многолучевым распространением радиоволн. Представлены распределения вероятностей для каналов космической связи и каналов связи, используемых для передачи информации с маневрирующих носителей.

В главе 2 проведён анализ алгоритмов определения границ тактовых интервалов для каналов без многолучёвости и выделены основные идеи синтеза таких алгоритмов. Проведён ' синтез и анализ алгоритма тактовой синхронизации, инвариантного к виду модуляции и многолучёвости для каналов с селективными замираниями. Проведён расчёт временных затрат на вынесение решения устройством тактовой синхронизации построенного по синтезированному алгоритму. Проведено статистическое имитационное моделирование разработанного алгоритма тактовой синхронизации.

В главе 3 предложена схема обнаружения полезного сигнала с космического аппарата (КА) на фоне мешающего индустриального воздействия со стороны города на пункт приёма информации с КА. Проведён синтез и анализ алгоритма обнаружения сигнала без многлучёвости, основанный на определении выборочного эксцесса распределения. Для получения рабочих характеристик этого алгоритма проведено статистическое имитационное моделирование. Проведён синтез и анализ алгоритма обнаружения сигнала, инвариантного к виду многолучёвости. Проведено статистическое имитационное моделирование этого алгоритма. Предложен алгоритм ускоренного обнаружения сигнала с использованием симммётрично ориентированных фрагментов сигнала. Проведен анализ временной задержки в принятии решения для этого алгоритма. Проведён синтез алгоритма оценивания дисперсии канального шума, основанного на использовании совпадающих разнесённых во времени фрагментов сигнала, инвариантного к виду модуляции и многолучёвости, проведено статистическое имитационное моделирование этого алгоритма.

В главе 4 представлен алгоритм и схема совместного обнаружения сигнала, определения границ тактовых интервалов, оценивания дисперсии канального шума. Синтезирован алгоритм тактовой синхронизации, основанный на поиске пар совпадающих и зеркально отображённых фрагментов сигнала. Для синтезированного алгоритма было проведено моделирование. Проведено сравнение полученного алгоритма и алгоритма главы 2. Оценена возможность применения разработанных алгоритмов для каналов космической связи.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Разработан метод оценивания временных и энергетических параметров принимаемого многолучевого сигнала, основой которого служит анализ разнесённых во времени фрагментов принимаемого многолучевого сигнала, позволяющий оценивать параметры сигнала по его информационной части.

2. Разработан алгоритм совместного обнаружения сигнала, оценивания дисперсии канального шума и оценивания границ тактовых интервалов, базирующийся на анализе разнесённых во времени фрагментов сигнала.

3. Исследованы характеристики качества разработанных алгоритмов.

Практическая ценность результатов работы заключается в следующем:

1. Разработанные алгоритмы тактовой синхронизации в каналах с МСИ без использования тест-сигнала, инвариантные к многолучёвости и виду модуляции, основанные на поиске разнесённых во времени подобных частей принимаемого сигнала, обладают быстродействием и работоспособны при низком отношении сигнал/шум.

2. Разработанный алгоритм совместного обнаружения сигнала, оценивания дисперсии канального шума и определения границ тактовых интервалов для конкретных видов модуляции позволяет существенно упростить входные блоки приёмного устройства за счёт использования для оценивания параметров сигнала общих результатов промежуточных вычислений.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод оценивания параметров принимаемого многолучевого сигнала, основанный на анализе разнесённых во времени фрагментов принимаемого многолучевого сигнала.

2. Алгоритм тактовой синхронизации, инвариантный к виду модуляции и многолучёвости, основанный на поиске повторяющихся частей принимаемого многолучевого сигнала.

3. Алгоритм совместного обнаружения сигнала, оценивания дисперсии канального шума и оценки границ тактовых интервалов, основанный на сравнении разнесённых во времени частей принимаемого многолучевого сигнала.

4. Анализ характеристик надёжности, помехоустойчивости и быстродействия, полученных средствами статистического имитационного моделирования.

Апробация работы и публикации Основные результаты по теме диссертационного исследования докладывались на XIV, XVI Всероссийских конференциях профессорско-преподавательского состава ПГУТИ (Самара, 2007, 2009), на Научно-технической конференции молодёжи ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» «Инновационные разработки - основа созданий мирового лидирующего продукта в ракетно-космической отрасли» (Самара, 2007), на Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космической техники и её роль в устойчивом социально-экономическом развитии общества» (Самара, 2009), Научно-технической конференции молодых учёных «ИСС 2008» (Железногорск, 2008), IV, V, VI Научно-технических конференциях «Системы дистанционного зондирования Земли» (Адлер-Москва, 2007, 2008, 2009), на IX и X Международных научно-технических конференциях «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Самара, Казань, 2006 и 2008), на IX и X Международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2007, 2009), IX Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Челябинск, 2010).

По тематике диссертационных исследований автором (лично и в соавторстве) опубликовано 16 печатных трудов.

Основные научные и прикладные результаты диссертационной работы опубликованы в 11 публикациях в форме тезисов докладов, 2 публикациях в форме полных докладов, 3 статьях из перечня ВАК рекомендуемых для защиты докторских и кандидатских диссертаций.

Выводы:

1. В данной главе представлена схема работы устройства совместного обнаружения сигнала, тактовой синхронизации и оценивания мощности шума. В основе алгоритмов лежит поиск разнесённых во времени фрагментов сигнала.

2. В представленном материале был синтезирован алгоритм тактовой синхронизации, основанный на поиске пар совпадающих фрагментов сигнала и пар фрагментов сигнала и их инвертированных копий.

3. Представленный алгоритм обладает следующими достоинствами: a) он работоспособен при малом отношении сигнал/шум; b) точность определения границ тактовых интервалов повышается при увеличении соотношения сигнал/шум и количества анализируемых блоков; с) алгоритм имеет более высокое быстродействие и помехоустойчивость по сравнению с алгоритмом с решающим правилом (2.39).

4. В представленной главе дан ускоренный алгоритм оценивания дисперсии шума, использующий в своей основе поиск пар совпадающих фрагментов сигнала и фрагментов сигнала и их инвертированных копий.

5. Анализ зависимостей отношения мощностей сигнал/шум от углов места, полученных комплексом радиотехнических средств приёма информации ЦПОИ «Самара» ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» для КА «Ресурс-ДК1», «SPOT4», «TERRA», «AQUA», позволяет утверждать о целесообразности применения разработанных алгоритмов обнаружения сигнала, тактовой синхронизации и оценивания дисперсии шума для приёма информации с КА при углах места мене 5°.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведённые в данной диссертационной работе исследования показывают что:

1. Для обеспечения тактовой синхронизации в каналах с межсимвольной интерференцией, когда границы элементов сигнала стираются, и невозможно используя только лишь переходы с единицы на нуль либо с нуля на единицу синтезировать алгоритм тактовой, возможно использовать метод сравнения разнесённых во времени фрагментов сигнала.

2. Синтезированный алгоритм с решающим правилом (2.39), основанный на сравнении разнесённых во времени фрагментов сигнала, является алгоритмом, инвариантным к многолучёвости и виду модуляции. Его характеристики зависят от памяти канала и позиционности модуляции т.

3. Алгоритма с решающим правилом (2.39) обладает следующими свойствами: a) обеспечивает оценивание границ тактовых интервалов при низком отношении сигнал/шум; b) увеличение набора статистических данных (увеличение количества блоков анализа д) приводит к повышению точности определения границ тактовых интервалов; c) может использоваться для каналов с большой памятью канала (0>Ю).

4. Для обнаружения сигнала в канале с МСИ можно использовать алгоритмы с решающими правилами (3.24) и (3.29), базирующиеся анализе пар совпадающих и зеркально отображённых фрагментов сигнала.

5. Алгоритмы обнаружения сигнала с решающими правилами (3.24) и (3.29) инвариантны к многолучёвости, не требует знания параметров мощности, шума, зависит только от безразмерной величины Я, они справедливы для всех симметрично ориентированных видов модуляции.

6. Алгоритмы обнаружения сигнала с решающими правилами (3.24) и (3.29) обладают следующими свойствами: a) Алгоритм работоспособен при низком отношении сигнал/шум; b) Вероятность а и Р снижается с увеличением отношения сигнал/шум и увеличением д; c) Вероятность точного определения совпадения зависит от количества Т, при этом при низком отношении сигнал/шум необходимо увеличение числа тактов для увеличения числа совпадений и соответственно повышения точности определения совпадающих фрагментов сигнала;

7. Быстродействие алгоритма с решающим правилом (3.24) по сравнению с алгоритмом с решающим правилом (3.29) выше приблизительно в 1,4 раза.

8. Для определения мощности шума по принимаемому информационному сигналу возможно использование совпадающих фрагментов сигнала, которые обеспечат оценивание дисперсии шума по алгоритму с решающим правилом (3.30).

10. На основе представленных алгоритмов обнаружения, тактовой синхронизации и оценивания дисперсии шума, возможно, обеспечить совместное оценивание параметров сигнала этими алгоритмов по единым входным данным.

11. Процедура формирования исходных данных совместного обнаружения, определения границ тактовых интервалов и оценивания дисперсии позволяет создать ускоренные алгоритмы тактовой синхронизации и оценивания дисперсии шума использующие не только совпадающие фрагменты сигнала, но и зеркально отображённые копии.

12. Быстродействие ускоренного алгоритма оценивания дисперсии шума, использующий в своей основе поиск пар совпадающих фрагментов сигнала и фрагментов сигнала и их инвертированных копий выше приблизительно в 1,4 раза, чем алгоритма с решающим правилом (3.30).

13. Ускоренный алгоритм тактовой синхронизации обладает следующими достоинствами: а) он работоспособен при малом отношении сигнал/шум; b) точность определения границ тактовых интервалов повышается при увеличении соотношения сигнал/шум и количества анализируемых блоков; c) алгоритм имеет более высокое быстродействие и помехоустойчивость по сравнению с алгоритмом с решающим правилом (2.39).

1. Абенд, К. Статистическое обнаружение в каналах связи с взаимными помехами между символами. / К. Абенд, Д. Ф. Фритчман // ТИИЭР. - 1970. -Т. 58, №5, С. 189- 195.

2. Алышев, Ю. В. Последовательная передача дискретных сообщений посредством частотной модуляции с непрерывной фазой по многолучевым радиоканалам: дис. на соиск. уч. ст. к. т. н. / Ю. В. Алышев — ПИИРС, 1997 200 с.

3. Борисенков, A.B. Алгоритм тактовой и цикловой синхронизации, инвариантный к мнолучёвости. / A.B. Борисенков, Б.И. Николаев,

4. A.M. Чингаева // XVII Российская научная конференция профессорско-преподовательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГУТИ: Тез. докл. Самара, 2010. - С. 13.

5. Альперт, Я.Л. Распространение радиоволн в ионосфере. / Я. Л. Альперт — М.: Изд-во АН СССР, 1960. 480 с.

6. Быков, В. JI. Прием сигналов геостационарных ИСЗ в высоких широтах. /

7. B. Л. Быков, В. А. Боровков, В. Н. Кобылин // Труды НИИР. 1980. - № 3. -с. 10-15.

8. Браммер, К. Фильтр Калмана-Бьюси. / К. Браммер, Г. Зиффлинг; пер. с нем. под ред. И.Е. Казанова М.: «Наука», 1982. - 200 с.

9. Ван Трис, Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции / Г. Ван Трис; Пер. с англ. под ред. проф. В.И. Тихонова. — М.: Сов. радио, 1972. — Т. 1, 744 е.; 1975-Т. 2, 343 е.; 1977-Т. 3,662 с.

10. Витерби, А. Д. Принципы цифровой связи и кодирования / А.Д. Витерби, Дж. К. Омура; пер. с англ. под ред. К. Ш. Зигангирова. М.: Радио и связь, 1982.- 536 с.

11. Вентцель, Е. С. Теория вероятностей и её инженерные приложения. / Е. С. Вентцель, Л. А Овчаров-М.: Наука, 1988. 480 с.

12. Гинзбург, В. В. Теория синхронизации демодуляторов. / В.В.Гинзбург, A.A. Каяцкас М.: Связь, 1974. - 215 с.

13. Горячкин, О.В. Методы слепой обработки сигналов и их приложения в системах радиотехники и связи. / О.В. Горячкин — М.: Радио и связь, 2003. -230 с.

14. Горячкин, О. В. Лекции по статистической теории систем радиотехники и связи. / О. В. Горячкин М.: Радиотехника, 2008. - 192 с.

15. Журавлёв, А. А. Передача цифровой информации от космических аппаратов на Землю при малых углах места: дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. / А. А. Журавлёв ПГАТИ, 2001. - 96 с.

16. Исследование возможности увеличения продолжительности сеансов передачи информации при пролете КА в зоне видимости наземного пункта (НП) за счет работы при малых углах места: отчёт о НИР (промежуточ.):

17. Этап 1.4. № темы 8/99 / Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики; рук. Кловский Д.Д.; испол. Алышев Ю. В. и др.. Самара, 2000 49 с.

18. Калинин, А. И. Распространение радиоволн на трассах наземных и космических радиолиний / А. И. Калинин М.: Связь, 1979.

19. Карташевский, В.Г. Обработка пространственно-временных сигналов в каналах с памятью / В. Г. Карташевский М.: Радио и связь, 2000. - 272с.

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

21. Кловский, Д.Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам. 2-е изд., пер. и доп / Д. Д. Кловский М.: Радио и связь, 1982. — 304 с.

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

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

24. Кловский, Д.Д. Теория передачи сигналов / Д.Д Кловский М.: Связь, 1973. 376 с.

25. Колмогоров А. Н. Основные понятия теории вероятностей / А. Н. Колмогоров — М.: Наука, 1974. 120 с.

26. Коржик, В.И. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений: Справочник / В.И. Коржик, Л.М. Финк, К.Н.Щелкунов М.: Радио и связь, 1981.-232 с.

27. Корсунский, Л. Н. Распространение радиоволн при связи с искусственными спутниками Земли. / Л. Н. Корсунский М., "Советское радио", 1971,208 с.

28. Космонавтика: Энциклопедия / Гл. ред. В. П. Глушко; Редколлегия: В. П. Бармин, К. Д. Бушуев, В. С. Верещетин и др. М.: Сов. энциклопедия, 1985.-528 е., ил., 29 л. ил.

29. Котлова, Т.В. Исследование процедуры совместного обнаружения сигнала, оценивания дисперсии шума и тактовой синхронизации в многолучевом канале / Т. В. Котлова, Р. Р. Халилов // Инфокоммуникационные технологии. 2010. -Вып. 4,- С. 41-43

30. Кузнецов, А.И. Тактовая синхронизация в каналах с межсимвольной интерференцией на основе структурного анализа многолучевого канала / А.И. Кузнецов, P.P. Халилов // Инфокоммуникационные технологии. -2007. -Вып. 4.- С. 41-43

31. Левин, Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники / Б. Р. Левин -М.: Радио и связь, 1989. 656 с.

32. Маслов, E.H. Разработка и исследование методики и алгоритмов оценки и восстановления параметров OFDM сигнала в системах радиосвязи и радиовещания дис. на соискание ученой степени канд. тех. наук / E.H. Маслов ПГАТИ, 2005. - 210 с.

33. Некоторые проблемы обнаружения сигнала, маскируемого флюктуационной помехой/ Под ред. И.И. Шнер. М.: Советское радио, 1965.-264 с.

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

35. Николаев, Б.И. Исследование тактовой синхронизации в каналах с низкой энергетикой / Б. И. Николаев, Р. Р. Халилов // IV научно-техническая конференция «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования земли» Москва, 2009. — С. 129-133.

36. Окунев, Ю. Б. Теория фазоразностной модуляции / Ю. Б. Окунев -М.: Связь, 1979.215 с.

37. Полищук, Ю. М. Пространственно-временная структура случайных электромагнитных полей при распространении в тропосфере / Ю. М. Полищук Томск, Изд-во ТГУ, 1975 - 92 с.

38. Пелегов, Ю. Ф. Метод приема в целом и его реализация в модеме М-1200 / Ю. Ф. Пелегов, В. П. Репкин, А. В. Мажарова // Электросвязь. 1983. -№ 5. - С. 12-22.

39. Петрович, Н. Т. Космическая радиосвязь / Петрович, Н. Т., Камнев Е. Ф., Каблукова М. В. М.: Сов. радио, 1979, 280 с.

40. Прокис, Дж. Цифровая связь / Дж. Прокис; пер. с англ. под ред. Д.Д. Кловского. М.: Радио и связь. - 2000. - 800 с.

41. Путинас, E.H. Обнаружение сигналов с низкоэнергетических КА при малых углах места / E.H. Путинас, P.P. Халилов // Научно-техническая конференция молодых специалистов: материалы конференции -Железногорск, 2008. С. 24

42. Шахтарин, Б.И. Синхронизация в радиосвязи и радионавигации / Б.И. Шахтарин, и др. М.: Гелиос АРВ, 2007. - 256 с.

43. Сосулин, Ю.Г. Теория обнаружения и оценивания стохастических сигналов / Ю. Г. Сосулин. М.: Сов. радио, 1978. - 320 с.

44. Спилкер, Дж. Цифровая спутниковая связь / Дж. Спилкер; пер. с англ. под ред. В. В. Маркова М.: Связь, 1979. - 592 с.о

45. Справочник по радиолокации. Под ред. М. И. Сколника. Нью-Йорк, 1970. Пер. с англ. (в четырех томах) под общей ред. К.Н.Трофимова. Том 1. Основы радиолокации. Под ред. Я. С. Ицхоки. М., "Сов. радио", 1976. 455 е., с ил.

46. Справочник по спутниковой связи и вещанию./ Под. ред. JI. Я. Кантора. -М.: Радио и связь, 1983.-288 е., ил.

47. Статистическая теория связи и её практические приложения / Под ред. Левина Б.Р. М.: Связь, 1979. - 228 с.

48. Стиффлер, Дж. Дж., Теория синхронной связи / Дж. Дж. Стиффлер; пер. с англ. под ред. Э. М. Габидулина М.: Связь, 1975. - 487 с.

49. Теория обнаружения сигналов/ Под ред. П.А. Бакута. М.: Радио и Связь, 1984.-440 с.

50. Тамм, Ю.А. Адаптивная коррекция сигнала ПД / Ю. А. Тамм М.: Связь, 1978.- 144 с.

51. Трифонов, А. П. Совместное различение сигналов и оценка их параметров на фоне помех / А. П. Трифонов, Ю. С. Шинаков М.: Радио и связь, 1986,264 с.

52. Фалькович, С.Е. Оценка параметров сигнала / С. Е. Фалькович — М.: Сов. радио, 1970. 336 с.

53. Финк, JI.M. Теория передачи дискретных сообщений / ФинкЛ.М. — М.: Советское радио, 1970. -728 с.

54. Форни, Г.Д. Алгоритм Витерби / Г.Д. Форни // ТИИЭР. 1973. - Т. 61, №3.-С. 12-25

55. Халилов, P.P. Обнаружение в каналах с низкой энергетикой / Р. Р. Халилов // Вестник СГАУ. 2010. -Вып. 2.- С. 220-223

56. Хелстром, К. Статистическая теория обнаружения сигналов / К Хелстром пер. с англ. под ред. Ю.Б. Кобзарева. М.: ИИЛ, 1963. - 431 с.

57. Ширяев, А.Н. Вероятность / А.Н. Ширяев М.: Наука, 1989. - 581 с.

58. ЧингаеваА.М. Исследование и разработка алгоритмов оценивания и оптимальной фильтрации параметров канала с рассеянием во времени и по частоте, дис. на соискание ученой степени кан. тех. наук. / A.M. Чингаева — ПГАТИ, 2007. 161 с.

59. Abed-Meraim, К. Blind System Identification / Abed-Meraim, К., Hua W., Qiu Y. // IEEE Proceeding. 1997. - Vol.85. - P. 1308-1322

60. Bahl, L.R. Optimal Decoding of Linear Codes for Minimizing Symbol Error Rate / L.R. Bahl, J. Cocke, F. Jelinek, J. Raviv // IEEE Trans, on Inf. Theory. -1974. Vol. IT-20. - P. 284-287

61. Barbarossa, S. Channel-Independent Synchronization of Orthogonal Frequency Division Multiple Access Systems / S. Barbarossa, M. Pompili, G.B. Giannakis // IEEE Journal on selected areas in communications. 2002. - Vol.20, No.2. -P. 474-486.

62. GSM 05.08 version 5.6.1: Radio subsystem link control, June 1998

63. Forney, G. D., Jr. Maximum-likelihood sequence estimation of digital sequences in the presence of intersymbol interference / G. D., Jr. Forney // IEEE Trans.-1972.- V. IT-18, N 3.-P. 363-378.

64. Liu, H. A high-efficiency carrier estimator for OFDM communication / H. Liu, U. Tureli /ЛЕЕЕ Commun. Lett. 1998. - vol.2, - P. 104-106

65. Mosier R. R., Clabaugh R. G. Kineplex a bandwith efficient binary transmissions systems. "Communication and Electronics", 1958, № 34.

66. Ungerboeck, G. Nonlinear Equalization of Binary Signals in Gaussian Noise / G. Ungerboeck // IEEE Transactions on communication technology. — 1971. -Vol. COM-19, No. 6. P. 1128-1137