автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.02, диссертация на тему:Разработка и исследование методики повышения эффективности высокоскоростных модемов

\.

\

Í

KfQtOBCKiiO 07'i- УДОНОГО КРАСНОГО ЗНАЧИМ ИНСТИТУТ СВЯЗИ

На irpñ::!U pyy.:;r.îrz УДК Л:,.:',

Е'ЕКДОРЗ) Енс

РАЗРАБОТКА V. 1Т,СУЖД0ЬАШВ МЕТОДОВ ПОВЫХгЗШ ЭваЖТЯЙНХТЙ •¿Ы':ОКССШ"ХТ!ШХ МОДЕМОВ

05.1?.П;-: - Скстохн и уатрсйстнэ П0р<-;дзчи по каналам связи

АВТОРЕФЕРАТ .ЦИССвртыда! Н'1 соискчн/о ушной степени кандидата технических наук

Москва - I9ÍÍÍ

(ВД/Ш. ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность пробле.'Д. Кеобходимым условием для ::о?г:г эффективности народного хозяйства является предостпвя^кгс гсгг-.н-ности передачи данных между всеми прэдатрнлтиямя -и у;:;-<ч?.'", ,» даже между частными лицами. Сущэствущэя' на данный мех* .-¡г п -сеть передачи данных не может удовлетворить растущую потросиость : передаче данных. Поэтому возникла .задача организаций кепахен передачи данных по достаточно хорошо рззЕитой телефонной сети, именщэй самое большое количество абонентов.

Основными факторами, еннаанщимя гоиэхоустоач*шость пэрэдотд данннх,. являются амплитудою- и фззочастотныэ искажения, сяязанккэ с ограничением спектра канала тональной частота (ТЧ), г равные виды шумов. Для согласования спектра передатчика со сгактрсн канала ТЧ и для ограничения спектра применяют фяльтрзют, з для переноса спектра в полосу передачи - модуляцию, иоскаи-ку при высокоскоростной передаче могут сильно увеличиваться Емпллту^о- к фазочастотные искажения за счет более широкополосного спектра, том при средне- и нлзкоскоростной передаче, л менее помэхезегиданных сигналов, необходимо применять метода коррекция г; приемнике.

Метода коррекции и помехоустойчивого кодкрсвЕняя, особадко метода с высокой гохехоус .ойчивостьп, обладээт сельпо;; глсххес-тьг. реализации. Поэтому возникает задача синтеза »Яектигних ыгтед^е коррекции и кодирования, позволяющих при реалкзувгюй. на ссвр&м.зн-ном уровне техники сложности достигнуть по возможности близкие- к оптималышм методам 'качественные показатели. Широкому развития к применению катодов цифровой обработки сигналов (ЦОС), особенно методов, основанных на применении дискретного преобразования Оурье (ДПФ), препятствовало в прошлом их кврезлиоуемость в виде малогабаритного устройства. О появлением сигнальных процессоров, специально приспособленных для выполнения типичных операций цифровой обработки сигналов, пояеклпсь возможность построения аффективных устройств обработки информации. Однако на данный момент не существует достаточно литературы о применении катодов цифровой обработки сигналов, особенно с примэнекиом дискретного преобразования Фурье, для построения высокоскоростных модемов. Проблемам цифровой адаптивной фильтрации и реализации фильтров л частотной области посвящены работа Ззхарченко Н.В., Нудедьмзна

П.Я., Цяжша Я.З., Курицына С.А. к Корсакова Д.Л., а также Уидроу Е., Куреши Ш.У.Х., Унгербоека Г., Коэна К.Ф.Н. и Гранта П.М..

На осноев вышеизложенного представляется актуальной задача разработки и исследования эффективных алгоритмов цифровой адаптивной фильтрации, реализованных в частотной области', для коррекции вмплитудно- и фазочастотных искажений при высокоскоростной передачи данных с удельной скоростью 4-6 бит/с на Гц по частотно-ограниченным каналам.

Под повышением эффективности устройства или алгоритма в данной работе подразумевается уменьшение сложности реализации при одинаковых качественных показателях (помехоустойчивость, скорость передачи) или улучшение качественных показателей при одинаковой сложности реализации.

Цель и задачи работы. Целью данной диссертационной работы является анализ и синтез высокоэффективных цифровых алгоритмов обработки сигналов в высокоскоростном модеме. При этом проводится совместная оптимизация по сложности алгоритмов фиьтрации и декодирования, минимизация сложности эхокомпенсации для дуплексной передачи по двухпроводным телефонным линиям и исследование периодической быстрой настройки корректора и адаптивного слежения за медленно меняющимися параметрами канала.

Методы исследования. Рассматриваемые в работе задачи решаются с помощью методов теории связи и сигналов, теории вероятностей и имитационного моделирования, теории адаптивной фильтрации и помехоустойчивого кодирования.

Научная новизна. В работе получены следующие новые научно-технические результаты:

1. Разработан и обоснован метод адаптивной линейной дробно-интервальной коррекции (ДИК) в частотной области с изменением частоты дискретизации.

2. Разработаны и проанализированы принципы изменения частоты дискретизации в частотной области для существенного сокращения сложности модема.

3. Проведен анализ и синтез дробно-интервального корректора для предварительной обработки отсчетов на входе декодера максимального правдоподобия.

й

4. Разработан быстрый алгоритм вычисления метрики для декодирования решетчатого кода по алгоритму Витерби.

5. Разработана эффективная реализация эхокомтенсатора в частотной области, позволяющего с низкой сложностью скомпенсировать ближнее и дальнее эхо при произвольных задержках между ними.

Практическая ценность. Предложенные в диссертации алгоритмы цифровой обработки сигналов могут быть использованы для построения модемов для каналов ТЧ с высокой удельной скоростью передачи. При зтом достигается большая экономия вычислительных ресурсов, что обеспечивает реализации более помехоустойчивых и эффективных алгоритмов.

Разработан 1 алгоритм модема по рекомендациям V.32 и V.33, основанный на быстрых, алгоритмах в частотной области с изменением частоты дискретизации, обеспечивмщЕй более чем четырехкратный выигрыш в числе арифметических операций, по сравнению с традиционной реализацией.

Получены.характеристики помехоустойчивости разных алгоритмов коррекции в условиях со!".:эстного воздействия разного рода канальных помех, а именно меисимвольных искажений, шумов, д^лттера фазы и сдвига несущей частоты.

Получены характеристики сходимости адаптивных алгоритмов коррекции в режиме быстрого вхоадения в связь и итеративного слежения за малыми изменениями канала.

Даны рекомендации по использованию исследованных алгоритмов.

Разработано универсальноэ программное. обеспечение на IBM PC/AT для моделирования полного тракта, включащего передатчик, канал, приемник, позволяющее исследовать характеристики модема в разных режимах работы и различных каналах.

Разработана концепция реализации многофункционального ( в смысле совместимости) модема, основанного на использовании ограниченного числа стандартных программных модулей и методах цифровой обработки сигналов.

Практические исследования и рекомендации были ориентированы на передачу дискретной информации со скоростями 9.6 кБит/с и 14.4 кБит/с по арендованным и коммутируемым каналам в полу- и полнодуплексном режимах передачи (рекомендации МККТТ V.29, V.32 и V.33).

и-зу^утатов работ». Основные теоретические и \ р*зул>гзт1г Дйсгиртацгтонгюй работы в части реализации

т.тсь высокоскоростного модема со скоростью г. хоздоговорны* ШР и ОКР, выполняемых частью ШС, а таквэ в модеме по рекомен-хжя? •/.?.&, реализованном на спецпроцессоре МЛ "ЭЛЬФ", г.

■^прооацу.з р^оог^. основные результата диссертационной работы

есс;.-7х«ась и одсг.р«нк на XXIV Всесоюзной научной сессии, дм» р^тиэ,'Москва МИО, 1939Г, на НТК профессорско-^•эпод^вачч-хьсксго состав* ЩС, , на международном семинаре

ь ¿рэгдеао/Герсанкн, па XI Конференции НГГЫ, 1939г. ь; ¿вйгцвге/Геркзния я на IX. {.'.еядунзродкой научной конференции ¡'нг-чкирко:1 Технической Шгодц йиттвейда/Германия, 1989г.

фдляквщгл. основные результаты опубликованы в 7 научных т;-удзх, получено одно' положительное ресение о выдаче авторского лидетельетва на изобретение.

Личный вклад автора. Основные научные положения, теорети-•«•■¡•зо» ькводы к рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.

я структура работы. Работа состоит из введения, четырех г л не, зжлвчениг., списка литературы к приложения. Работа содержит 177 л., в том числе 125 л. мазитаописногэ текста и 52 л. рисунков. Еиблкогр»1ия содержат 62 наименования.

: КРАТКОЕ СОДЕРНАЩ'Ё РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель- работы, перечислены основные' научные результаты -диссертации, приведены основные положения, выносимые на задиту, и'пояснена структура диссертация.

В первой главе описаны основные типы модемов по рекомендациям КККТТ, использованные каналы связи и рекомендации МККТТ,' определяющие кх характеристики, выбрана математическая модель канала связи, использованная в дальнейших исследованиях и сформулированы основные проблемы, с которыми сталкиваются разработчики современных модемов. Решению части этих проблем и посвящена настоящая диссертация.

На основании выражений, описывающих послэдователытув пь&'-ла'-у дискретных сигналов, разработана математическая ¡.•одс.^ь кэдлла 14, учитнващая аддитивны® белый гауссовскяй кум и «оплглу

и фезочастотные искажения. Для • исследования совкостгого т г -действия разных помех дополнительно учитываются джиттор от1;.; ;« сдвиг несущей. Приводятся характеристики тр«х типовых калелот-. чч, соответствующих рекомендациям МККТТ Ы.1СКО, м.10йй и ЫЛСМС-, н также канала для теоретических исследований с импульсной хара.ч-теристикой, состоящей из двух одинаковых отсчетов. Рассматрквпзтся математическая модель канала непрерывного промоют ¡1 ;гпно.то дискретного времени, а такие канал дискретного премся с спглзоо-ванной фильтрацией и с отсчетно-ооеляпцей согласовз7 ч \ 1 • I трацией, приводится условие неискаженной передачи в 1 « г

Найквиста и определяются понятия полосы Найкшста я ■ канала.

Далее приводится основная схема оргашиащи порода5 ' информации по каналу ТЧ и основные параметры р-эксман;: МККТТ модемов. Потом описывается структурная высокоскоростной передачи данных и основное его узлы скрамблер и дескрэмблер, модулятор и демодулятор, коло:;, решающая схема, фильтры передатчика и приемника и ось«:-приема информации: линейный прием и приом по максимум > подобия. Коротко затрагиваются режим вхокдс .¡я а скязъ ' гательные системы модема: корректор дакттерв фазк несущей, подстройка тактовой частоты приемника по; частоту передатчика и автоматическая регулировка урозя часть посвящена традиционным методам шаровой обработки сигналов для реализации модемов по рекомендациям МККТТ и оценке их сложности и помехоустойчивости.

Сформулированы основные недостатки традиционных методов построения модемов, сосгояете в Сольшой слокности реолиза/пш оптимальных и субопткмзлькых. методов приема, оСеспечиЕОвдях привмлимую помехоустойчивость.

Решение задачи уменьшения сложности используемых в модеме алгоритмов ЦОС при сохранении неизменной помехоустойчивости распадается на три подзадачи, рассмотренные г: послодуагда главах диссертации:

.глзойонкй к модеме

{укорочэкио

оокие метода линейной коррекции ' " дросно-интервального корректора в и го ого ск-.-лсткам сходимости 'л слояюсти, а также » •> р-ч > г j{l i др'Лно-'.штерв'Айьного корректора, »ч Г*'>' ттцт гармонических корректоров Зорояронания нудя (ФН), ооеспочиващкй отсут-.»■ uoKaii 1 >,\ Л) при одновременном повышении

м-1 на ого шхояе. и критерий минимизации средне/ дг-u (V1' ) р*уодг- корректора, представлякздий 2спой коррекции МОК при умеренном пошшеши ;я оценки качества каналов выводится параметр

L sf г " f t ' I1- ipp ктого

OU

К

г

rzo л:п-родаточная функция канала, а,- интервал следования

символов .'. с;' дксшрсия u:yw?;: \:ir ) дисперсия сиг-

наля: для MUKO-корректора

н

01,:

К,

ГГ - -

прйдотавхявсжх собой нихнню Гранину оф^ктивности гармонической коррекции, достижимую при оеоконечной длине корректора.

. Ддагтииный • дроона-интервальный корректор, отвода которого роок^оени на временный интервал г представляет сооой наилучлую кскомпанию согласованного фильтра непрерывного нраменк и пластинного интервольного коррокт-ро.

ЛЖ с интервалом между пгяодймк -../к: я.*';1;т частотную ,x'::,riK •

СИСТИКу ' ''

где С /ц; спектр Тс- кнтзрвшшгюго корректора и спектр лрикз -маемого сигнала И(ы) за пределши полосы |ы|<гтс/т, обращается г; пуль. Исходя кз блочного грэдионтного алгоритма йдапташк интервального корректора во временной облает» получки соотьвтет-вукщкй алгоритм в частотной области. На основе особенностей, связанных с различной частотой дискретизации менвду входом л выходом и с аппроксимацией .проекции градиента пдпптишого корректора в частотной' области сформулирован код«ф1«крсв8!тнй быстрый МСКО-алгоритм (Н-количество отводов ДИК):

1. Сормировзш» входного спектра Ъ

2. Формирование выходного спектра фильтра 2'

Хгихгн(к) ж <Ив«{20. 2, ... >;

3. Формирование выходного спектра умвньганввм частоты дискретизации

4. Формирование выходного вектора временного сигнала а'

¡%/г(Ю = средние N/2 члены 0ШФ}1{2^(1£)) «

5. Формирование вектора ошибок адаптации Е (я - оценка приемного сигнала)

2т/л*г~2ш/и-г'" • "2(Нк+1 ж/4-1_3сак+1 ж/4-1 • -

«— II/ А ->

Ж^Ак) = !-.0и:;, В', (К)----(К), Я0(к), В, (к),.. (к) Г;

6. Формирование вектора градиента у (Я - спектральное окно для аппроксимации проекции градиента)

*ги<к>= ^н» ®

й

т. (."■••тйлвнио вектора коэффициентов с

C2N(t+1) ' °гы<к> + БПФ, 0Б11Ф - быстрое прямое и обратное да.

Показано, что переход е частотную область не меняет осиоеные свойства МСКО-алторитма и даже 'дает возможности их улучшения. Пс сложности реализации МСКО-алгоритм в частотной области приводит к значительной экономии ресурсов при длине N->32 (например при N=64 требуется 25% количества действительных умножений и 40% количества действителышх опозданий от реализонанкого во временной области ДИК-алгоритма).

Далее рассматривается вариант быстрой начальной настройки тс/2-интервального корроктора в условиях априорной известности порадаваемого сигнала в режима вхождения в связь модема. Кзвостно, что при отсутствии шума частотная характеристика идеального• периодического (блочного) корректора равна обратному спектру наложения канала нп N равноотстоящих частотах. Тогда коэффициенты корректора можно получить непосредственно, передавая периодическую настроечную последовательность и пользуясь алгоритмом

Ч Ц, , гт К

V' 2

2 1 (1 mod N) ' '

где q - отношение частота дискретизации к тактовой частоте с о-!,2,3..., с±- . спектр вектора коэффициентов, д,- спектр стучащего сигнала и х - спектр принятого сигнала. Идея быстрой настройки е частотной области хороио согласуется с описанной вггзо реализацией ДЯК в частотной области. Далее сравваются кретае сходимости для ДИК во временной области, ДИК в частотной области к алгоритма быстрой настройки в частотной области. Первые два метода сравнимы по своим свойствам сходимости, а последний елгсригк сходится практически но время интервала, соответствующего д.гаг::;, 'линии задержки корректора, т. е- Nx/2, и тем самым является чрезвычайно эффективным алгоритмом начальной настройки корректора.

В третьей глава сбсувдяется применение дросио-интервальных корректоров для реализации предварительной обработки отсчетов 'для декодера максимального правдоподобия и приводятся кривые помехоустойчивости этого метода приема.

На основе изложения принципов оптимального приема обсуждаются метода реализации субоптвмолъных методов приема, обладающих близкие к оптимальному приему свойства помехоустойчивости, но при этом им"ттаих значительно меньшую »гость.

О помощью алгоритма Витерби, разработанного для последовательного' оценивания по максимуму апостериорной вероятности, и предварительной обработки сигнала в описанном во второй главе да с адаптацией по МСКО-крятержо, оил реализован субоптимальшй нелинейный приемник. Для повышения помехоустойчивости бал применен сверточный код Л.О.Вея, входящий в рекомендации МККТТ 4.32 и У.ЗЗ. Данный приемник был исследован методом имитационного моделирования для канала ТЧ с малыми и сильными МОИ (с корректируемостьв 0.5 дБ и 12 дБ соответственно) со скоростями 9.6 кБит/с и 14.4 кБит/с.

Сначала для определения чистого выигрыша от сверточного кодирования указанным кодом снимались коэффициенты ошибки в гауссовском канале без памяти (ГКБП) для скоростей передачи 9.6 кБит/с (КАМ-32, У.32) и 14.4 кБит/с (КАМ-128, У.ЗЗ). При. коэффициенте ошибок примерно 1СГ* выигрыш от кодирования в ГКЫ! составляет примерно 2.Т дБ. Результаты сходятся с указании«? в литературе. Затем был с помоцыа параметра корректаруомос-.тк определен проигрыш по помехоустойчивости при применении канала ■:: МСИ и линейного приемника. Здесь проявляется .физический скисл параметра корректируемости. Он показывает уменьвонав помехоустойчивости при применении методов линейной коррекции к гауссово:-.канале с МСИ по сравнению с чисто гзуссовсккм каналом (ГШ!), далее исследуется помехоустойчивость приемника з каналах с лыш и МОИ. При передаче по каналу с умеренной ВСЯ асимптотический проигрыш по сравнению с каналом оез МОИ составляет примерно ! .5 дБ. Если использовать канал с очень сильной МОЙ, то асимптотический проигрыш'по сравнению.с каналом без МОИ на уровне коэффициента ошибки 10"Л составляет уке 10.5 дБ, - применение линейной коррекции для предварительной обработки приводит к значительному ухудшению помехоустойчивости за счет увеличения шумов на виходо

линейного корректора.

'линейная коррекция на входе декодера Витерби является • эффективным средством уменьшения сдокности алгоритма Витсрг-и для каналов со слабой" менсимвольной интерференцией, порожденной

1 9

фазовыми искажениями, как это имеет место в каналах, Ь-довлатворявдих рекомендациям МШТ М.1020. Для каналов с более , сальной МСй, горозденной искажениями амплитудно-частотной характеристики, данный подход приведет к существенному усилению сума и тем самым к больной ■ вероятности оег/Оки. В этом случае линейная коррекция но выполняет условие ооразования достаточных статистик для оценки переданной последовательности по максимуму апостериорной вероятности и моудт привести к потери информации.

Исходя из этого вывода исследуются принципы модификации алгоритма адаптации для удовлетворения ДИК требованиям отсчетно-обе.-яюцаго согласовячного фильтра (оо^), т.е. образования на входе декодера. Витэрби достаточных статистик для оценивания по максимуму апостериорной вероятности. Приведен алгоритм быстрой начальной настройки и адаптивного слежения за медленными изменениями канала. Идея состоит в том, чтобы адаптировать ДКК с целевой функцией О(ьз), аппроксимирующей канал и тем самым не приводящей к искакенив шума в полосе передачи, но при отом имеющей короткий -импульсный отклик. Спектр ДИК-ООСФ могпю представить в еидв

где - передаточная фушция требуемой импульсной характеристики (ТИХ) тракта переда'ПЕалй фильтр, канал и приемный фильтр.

Требуемая ЮС определяется с помощью измерительного сигнала с равномерным спектром 2 (ш) (таким свойством обладает, например, линейно-частотно модулированный (ЛЧМ) сигнал). После его передачи в приемнике вычисляется спектр сквозного тракта передвтчик-канал-приомник в частотной области

изм

Потом происходит прореживание С(ю) методом частотной выборки, т.е. в зависимости от келаемой длины тих выбирается несколько" равномерно по оси частот распределенных спектральных компонент и совершается обратное преобразование Фурье от них. Такую операцию назовем интерполяцией в частотной области. После этого начинается передача данных и адаптивный корректор настраивается у!се с целевой функцией в виде полученной ТИХ.

Для адаптивного 000Ф ошибка вычисляется по формуле

}- = z — p 17 — с

П ri °i"n-i ' n"

i=i

о ТИХ перестраивается ко градиентному алгоритму

Sl(n+D ■= gl(n) + a s>

О помощью списанного подхода к построению нелинейного приемника на основе ДИК и алгоритма Витерби открывается возможность исполь-повать целый класс эффективных алгоритмов. Как показано в литературе, для канала с корректируемостыо б дБ выигрыш по сравнению с предварительной . обработкой линейным корректором составляет примерно 3-4 дБ.

Хотя этот подход приводит к повышению слошости и ДИК, и алгоритма Витерби, он является эффективным средством повышения помехоустойчивости в каналах с сильными МОИ или при передачи со сверхвысокой скоростью передата по каналам ТЧ (16.8 - 19.2кВит/с).

В четвертой главе рассматривается применение изложенной тоораи на примере модема, по своим основным характеристикам удовлетворяющего рекомендациям МККТТ V.32. Описан метод уменьшения сложности модифицированного декодера Витерби и эффективной охокомпгансации, а также исследован метод коррекции дкиттера фазы и сдвига несущей.

Нескольку спектр фильтра передатчика обладает комплексно-

сопрязгаанш характером

S(n) - S*(2N-n), n=1 ,.. .2N-1 , я перекрытие спектров двух половин не происходит, так как затухание в полосе задеркивания достаточно велико, вторая половина спектра не вносит дополнительной информации и может быть опущена. Алгоритм передающего фильтра, включая модуляцию данных и повышение частоты дискретизации в частотной области, секционирование входных и выходных временных векторов с целью сохранения свойств * линейности . свертки и применение алгоритма действительного ОЕПФ на выходе фильтра можно сформулировать следующим образом:

1. Вычисление спектра фильтра передатчика (только 1 раз) CfI = первые N компоненты

В®,нСс0, с,,.. .с^, ,^0, O.^J1.

с. .Фармкровадал спектра кходнах дзшюх А л (ki •-- Ht® la . а ____<> .

М/й к ' U/г M.V 4 к/ 4 " кК/ 4 II/ 4 I 1 • 4 . ' '

к.~1 .Клок

CL .CL . ... Cl \ ' .

ЛсН/4 ' ^tN/4. 1 ' lifjlli- 1

3.Модуля^я данных (сдвиг на j, спектральных составдякдаи и повышение частоты дискретизации

„ diag{-/i;;/? ... ,, S.Q,... AnfZ,

A .... A . A .... A i

я/г-и/г ' ' o* I

4.Фильтрация.

S[3;K) = «НжИ(Ю-ок.

5.Вычисление выходного ьоктора временного сигнала в с псмоцьв действительного ОБПФ

s (У ч-.S'* (k^ s (b)-s* ;ic)

s,\ (k)- 0SIB-N IS^(i) ],

oB(k) - lKe^J/2). — Ke),

Trniq' \1Г

1 itN/г+н/г-1 ' '

H приемника требуется выполнить преобразование Гильберта и адаптивную коррекции. Преобразователь 1"ильОерта легко реализуется в частотной области при помощи соотношения

(o(t) +J/1CÎ) * a(t) <———» (1+sgn i) • S'(f),

основанного на законе о свертке по времени. На практике это соотношение означает умножение на 2 одной половины спектра и обнуление второй половины спектра. Надо отметить, что это "идеальное" преобразование I'iunoepTa приводит к искусственному удлинению импульсной реакции канала, что вызывает дополнительные шумы. При имитационном моделировании оказалось, что этот эффект практически не заметен, поскольку затухание на частоте 2/т уже достигает значения больше 60 дБ.

Тек сглил! мы рассмотрим для дальнейшей обработки только спектральнуп область от Q до 2/т, что одновременно означает уменьшение частоты дискретизации до 2/ic. G учетом -функций

уввл^чокия и шиит я ч'У^тоти г' кро т \* р, ; ,, ^ т г^с^.^ модуля или и

демодуляции в чйсуютнг^ ооласгл \\ ;:лгори?Уг1 нп ;^ходо гтр*опрч-

ЗОВйТ'ЗЛЯ 1 Тр;уКГ"!''ж* Г' Л'"'1' 'МЧ«*КП Ор V'' Л " ТУ'^^су г-,

1 . ЬЫЧИСЛсНКе СПОХТрЗ Пр!0? Г/ГНПЛЧ В" При ПОМОГ,.: ДОЮЮ :

т

---- --— е ^, п— 1 ,...N-1 . ■

2.Коррекция

ЗЕ^(К) - лтшп,2Хг ... , >;

3.Уменьшение частоты дискретизации, демодуляция и вычисление выходного сектора временного скгналз у:

У (к) = ОБ!!Ф [У" (к) 1 -'

1^кЛ/8' УкЯ/В* 1 ' ^N/8*2'■ ""(¿к) 1 )Ы/В--1 ' '

4. Коррекция фазового джиттера и сдвига несшей -¿Ф.

2 = у >е , 1- О, 1 , . ..N/4" .

5.Вычисление вектора ошибок адаптации и его спектра К, модуляция и увеличение частоты дискретизации

е1 = (гг г1).е % 1= а, 1, ...N/4;

•^/2(к, = БТО^О^О.^., екК/8. ек ^,.....

Е.' (к.) =• 1 г Р <•' У Р

■ Ь' V I.' и' у

1..1 ----"л 1' "о' " "N/2-1.-1

1С

6.Вычисление вектора градиента V и обновление вектора коэф-фицентов С .

«¿^ы^4 ® "/г

Ск(к+1) - См(к) + ум(к).

По сравнению с традиционной реализацией модема во временной области достигнута экономия действительных операций сложения и умножения В фильтрующих блоках модема примерно 8СИЕ, т.е. получено пятикратное снижение сложности цифровой обработки по сраввдяию с реализацией во временной области.

Применяя теорию быстрых сверток б частотной области возможно реализация компенсатора ближнего и дальнего эха в частотной области без дополнительных БПФ. При использовании принципа задержки входных данных эхокомпенсатора, сложность не зависит от временного интервала между импульсными реакциями ближнего и дальнего эха и только зависит от их суммарной длины.

Для реализации модифицированного декодера йитврби для решетчатых кодов был найден быстрый алгоритм нахождения слижэйщей сигнальной точки в каждом подмножестве (вычисление, метрик ребр), требупций 4 двоичных сдвига и 2 сложения для определения всех ближаЯщих точек к одному принятому. сигналу.1 Данный алгоритм позволяет оценить переданную последовательность сигналов независимо от объема сигнального множества с помощью матода табличного декодирования.

Исследовано поведение коррекции дкиттерв фвзы и сдвига несущей частоты в условиях совместной работы с линейным корректором ИСК в резных условиях канальных помех. Данный алгоритм может успешно применяться в условиях канала с умеренными мультипликативными искажениями.

Для практической реализации модемов был предложен модульный принцип построения модемов, который при ограниченной сукжкости позволяет реализовать многофункциональные модемы, обеспечивающие передачу по разным скоростям и соответствующих разным рекомендациям МККТТ.

В приложении приведены доказательства основных положений из второй и четвертой глав.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ь заключении сформулирована основные результаты диссертации.

1. Разработан и обоснован метод адаптивной линейной дробно-интервальной коррекции в частотной области с изменением частота дискретизации.

2. Исследована помехоустойчивость алгоритмов коррекции в совместного бездействия разного рода канчлм-:х помех.

_ Показана возможность переноса операции уменьшения а увеличения частоты дискретизации, модуляции я демодуляции в частотную область для значительной экономии сложности при реализации цифровых фильтров модема.

4. Применение адаптивного линейного дробно-интбрвального фильтра для предварительной обработки отсчетов на входе декодера Витерби обладает низкой сложностью и приводит к значительному упрощение декодера Витерби. Данный подход можно успешно применить в каналах с сравнительно малыми мвжсимвольными искажениями. Для каналов с сильными межсимволышми искажениями предлагается метод адаптивной отсчетно-обеляпцей согласованной фиьтрации с помощью дробно-интервального фильтра.

5. Применение теории быстрых " сверток в высокоскоростных модемов приводит к уменьшению количества действительных операций сложения и умножения в фвльтруяцих блоках на 80S.

6. Предложен эффективный алгоритм уменьшения сложности генератора метрик декодера Витерби для решетчатых кодов.

7. На основе теории быстрых сверток предложена эффективная реализация эхокошенсатора в модеме для двухпроводного канала. Она позволяет компенсировать ближнее и дальнее эхо, и ее сложность не зависит от задержки между ближним и дальним эхом.

8. Разработало универсальное программное обеспечение на IBM PC/AT дня моделирования долного тракта передачи информации.

3. Разработана концепция реализации многофункционального модема.

10. Практические исследования и рекомендации были ориентированы на передачу дискретной информации со скоростями 9.6 кБит/с и 14.4 кБит/с по арендованным и коммутируемым каналам в полу- и полнодуплексном режимах Передачи (рекомендации МККТТ V.29, V.32 и

1b

V.33).

11. Приведены доказательства для перенесения операции повышения и уменьшения частоты дискретизации в частотной области, в также для реализации, модуляции и демодуляции в чвстотной области.

ПУБЛИКАЦИИ

1. Benndorf J., Korobkow D.L. Anwendung eiiektiver Methoden der digitalen Signalverarbeitung In Hochgeschwlndlgkeltsmodema. Sept.1989. Материалы IX Международной научной конференции

; Высшей Инженерной Технической Школы Миттввйда/Германия, 1989г., стр. 37.

2. Benndorf J., Korobkow D.L.. Anwendung schneller Faltungs-algorlthmen mit Veränderung der Dlskretlaatlonsfrequenz in digitalen Hochgeschwlndlgkeltsmodema. Stuttgart/BRD: Archiv für Elektronik und Übertragungstechnik (AEU), Band 46 (1992), Heft 1..

3. Benndorf J., Korobkow D.L., Schwanlja A.G. Schneilea Deco-dlerungsverfahren für beliebige mehrstufige Signale lr. Datenmodems. Nachrichtentech. Elektron. 39 (1989) * 12, S. 459-460.

4. Бендорф E., Квания А.Г., Коробков Д.Л., Креймар Е.А. Сигнальный декодер для сигналов с KAM. Научные труды ГШ им.В.И.Ленина, Сборник "Цифровое кодирование и коммутация сигналов изображения". Л 10(352) 1989г, стр. 89-92.

5. Benndorf J., Schwanlja A.G. Anwendung effektiver Methoden der digitalen Slgnalverarbeltung und der Codierung In Dateimodems für hohe Ubertragungsgeschwlndlgke 11en. Katalog der 11. Zentralen Leistungsschau der Studenten und Jungen Wissenschaftler 5.11.-12.11.1989. Artikel Nr.751.001. S.64.

6. Коробков Д.Л., БендорФ Е., Жвания А.Г. Анализ эффективности сигналов и сигнально-кодовых конструкций для каналов с МОИ. XLIV Всесоюзная научная сессия, посвященная Дню радио. М., Радио и связь, 17-19 мая, 1989г, стр. 71.

-Т. Заявка на изобретение Я 4832387/09 Устройство передачи данных/ Бендорф Е., Коробков Д.Л. - получено положительное решение.

Подписано в печать 13.Сб.31г. Формат 60хв4/16. Печать офсетная, Объем 1.0 усл.п.л. Тираж ICO экз. Заказ 434. Бесплатно

Отдел оперативной полиграфии М/С, Москва, ул. Авиамоторная, 8.