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

мосшйкия орлгЗА ?:~удоього кьас-'Л'о книжки

!ВДЛ'И."'УТ CKH'S'.î

Ha i:p^!î.4x руксяг/сг h:-:¡

еккдого phc

РАЗРАБОТКА V: ;'Г,СЛКДОНА1ШВ МЕТОДОВ 1Ш&УКИН ttl-El'Z '.'lilvj'lï'A ЬУООК'CKUvOTteíX МОДЕМОВ

Q5.1?.О? •• Сксгомц и передачи vs-

П7) K'IHÜJIÜM 0"г:ЯГ-!'И

АВТО Р ЕФЕРИ дитсортыдти на '.-зискание утенсЯ с то; к ж ЮШДЗД'!?П ТЙХЛЙЧОСКМ наук

Москва - lb-Jl

Работа выполнена на кафедре передачи дискретных сообщений в Московском ордена Трудового Красного Знамени институте свяаи.

НЛУЧНЫЯ РУКОВОДИТЕЛЬ - кандидат технических наук, старший

научный сотрудник Д.Л. Коробков

0ФИЦ,Д,1ЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктор технических наук, профессор

кафедры "Информационная техника" МИЙГА В.Л. Свирвденко

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - Институт проблем передачи информации

АН СССР

Московском институте связи - по адресу: 1110X4 Москва, ул. Авиамоторная, дом 8а.

С-диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по вшлоуказанному адресу на имя ученого секретаря специализированного совета.

Автореферат разослан " . ;¿91 г.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, начальник отдела ЦНШО Мин. связи СССР Ю.А.Тамм

Ученый секретарь

специализированного совета, доцент

В. Н. до се у к я

рвам .хурлкгкрксгкхл рлноты

Актуальность проб.то»и. Кеобходядд: углсвкс-гс д. я : • эффективности народного хозяйства является ярэ.чогт'г".- •. ...

ности передачи данных крзду всеми предприятиями к у—. . - .•,-, , даже между частика? лга?гя. Существующая на дгняиЛ г.'/-' •• а *.• сеть перодзчи д&гошх не можэт удовлетворить растущую ::• г^ст-передаче данннх. Поэтому возникла .задача оргпг/;г- у:/. к.тт: передата даншх по достаточно хоросо разните,1. • имевдей самое больное количество абонентов.

Основными факторами, снеяэщиия пслзхсг/гтгпт/вс.зть данных, являются емпхитудно- к фвзочастотнко т»скзтатв!я, сяяг«г:>:.? с ограничением спектра канала тональной чзстзти ГГЧ5, г у: виды кумов. Для согласования спектр?, н^рслг;'-";':.! со канала тч и для ограничения спектра приучкотг ■■г.ятт, ;> г::?. переноса спектра в полосу передачи - ».«оду-гя^'я. 1Ъг:-о.~; к1; пр:*. шсскоскоростной передаче могут сильно уьпллчкгггьоя а.'ллг-т > :: фазочастотные искажения за счет более кягоокополсспог': гп'иг; ч, при средне- и няпкоскоростпоЯ передано, г. тек-с- кг.ч сигналов, необходимо применять методы норрехп:::: цр^'чкж-.г.

Метода коррекции и помохоустойчэтюго тгодцфос'лг.и, с..?-,г-.г.тэ метода о шсской псхехоус .ойчивостью, солздвот озльг'.-з г:-г

реализации. Поэтому возяика-эт- задача синтеза гЯфекк.ткяс : коррекции и кодирования, позволявд-х при р-.>п;:изуе?гой ¡п ном уровне техники слсжюс.ти достигнуть по лсзчспости Гг~ггл- к оптимальным методам 'качественнее показателя. Г-^рсгссрггп.тоиэ г. применению методов цифровой обработки сягкалов (ЦОС), о-;.-г методов, осяоешпшх на прилоноига» дискретного прообраззЕГ-нид ;.,т:г (ДПФ), препятствовало в прошлом их нвреаат.-зуеуостъ р виде ;.'элсга-бзритного устройства. О появлением сигналы:« процес^роп, специально приспособленных для внполкэизя тетг>зшс оперший цифровой оОраСбтки сигналов, появилось яозчоякссть пгегрэкям эффективных устройств обрг:Оотси ¡тг-форлсда. Однако ка данпи:! момент нэ существует достаточно литератур:* з прг-.'екезм уй-юдсв цифровой обработки сигналов, особенно с мрииэнекяед дпскрйтного преобразования фурьо, для построзгоя шсспосчорэстных яккггзд. Проблемам цифровой адаптивней фильтрации и роплхзащт? ¿яльтрог- т. частотной области поепкденц работы гпхэрчеико И. 4., Нудольг.аки

II.Я., Цк-шшнЕ Я.З., Курицына С.А. и Корсакова Д.Л., а также Уидроу Б., Куреши Ш.У.Х., Унгврбоека Г., Козна 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 амплитудою- и фазочастотных искажений при высокоскоростной передачи данных с удельной скоростью 4-6 Сит/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 датой диссертационной работы являотся анализ и синтез высокоэффективных цифровых алгоритмов обработки сигнрлов в высокоскоростном модеме. При этом проводится, совместная оптимизация по сложности алгоритмов фильтрации 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.

4. Разработан быстрей алгоритм вычисления метрики ' для декодирования решетчатого кода по алгоритму Виторби.

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

Практическая ценность. Предложенные в диссертации плгбритмн цифровой обработки сигналов могут быть использованы для построения модемов для каналов ТЧ с высокой удельной скоростью передачи. При этом достигается большая экономия еычислитолышх ресурсов, что обеспечивает реализацию Солее помехоустойчивых и эффективных алгоритмов.

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

Получены,характеристики помехоустойчивости разных алгоритмов коррекции в условиях совестного воздействия разного рода канальных помех, а именно межсимвольных искажений, шумов, д^иттера фаз и и сдаига несущей частоты.

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

Доны рекомендации по использованию исследованных алгоритмов.

Разработана универсальное программное обеспечение на IBM РО/ЛТ для моделирования полного тракта, включающего передатчик, канал, приемник, позволяющее исследовать характеристики модема в разных режимах работы и различных каналах.

Разрзботана 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 кЕит/с и 14.4 кЕит/с по арендованным и коммутируемым каналам в полу- и полнодуплексном режимах передачи (рекомендации МККТТ 7.29, V.32 и V.23).

:-■-:■ ;У ЛЬТагРН f-'.Orj?;.'. ООНСЬНЬ'е ТеорбТКЧеСКИЭ I!

.—mi гкссвргодаонгоП работы в часта• реализации ; мгсркоскоросткого модема со скоростью

.- r.';rь к хпгдсгогордых НИР и ОКР, выполняемых

. ..*:.' • е.тьской часть» МйС, а тагам в модеме по рекомен-• i:v.' розлизосаннсы на спецпроцессоре Mil "ЭЛЬФ", г.

А:.тозпцая rasfra. основные результаты диссертационной работы кдодхс:. к г. ;.r.i одгороны на XLIV Всесоюзной научной сессии, ::c.':bfa,,-,HH'.a ;иао рчдно, Мэпгха ШС, 1939т, на йк профессорско-с г о со^т.чга МПС, 1У?0г., на мэвднародаом семинаре 'Ь^уг. и Дрпздино/Рорматая, на XI Конфереидш НТТМ, 1989г. в .;.ейпцаге/Г'£р:.'.5.52;,ч к на IX. Ме^огнародасй научной конференции '/лжанорной Тс-хшгтской IfctoJia Миттвейда/Германия, 1ШЭг.

основные результаты опубликованы в 7 научных -получено одно пог.оштольноз роеониа о выдаче авторского ■.-'лглтг'льгтпи на изобретение.

Летный вклад автора. Осноекыо научные положения, теорети-I г,:шоды и рекомендации, содержащиеся в диссертационной

г':С';T->, .пдутонк автором самостоятельно.

t'67-ем и структура работы. Работа состоит из БВвде!ШЯ, четырех глас, заключении, списка литературы к приложения. Работа содержит :."/ д., р. том числа 1?5 л. машинописного текста и 52 л. рисунков. F иблу/л'ра^ия содержит 62 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕР^иКЕ РАБОТЫ

Ро введении обоскованз актуальность теш исследования, ^Формулирована цель работы, перечислены основные научные резуль-тзты диссертации, приведены основные положения, выносимые на L;.:-;;y!Ty, и пояснена структура диссертации.

и перьол главе описаны основные типы модемов по рекомендациям иккт'г, использованные каналы связи и рекомендации мкктт, определяющие та характеристики, выбрана математическая модель капала связи, использованная в дальнейших исследованиях и сформулирогшны основные проблемы, с которыми сталкиваются разработчики современных модемов. Решению части этих проблем и посвящена настоящая: диссертация.

На основании Евражений, описывающих гослеговз7.-,.и.:ту:.1 n« '•CT:.'--.-дискретных сигналов, разрзоотана г'.атематпч-гскпя i.'iju .,;- к?' 7 ; учитывающая аддитивный белый гауссоЕски.* гу:.: (ЛЬТИ:) т.г.тл ;;v и фазочастотнне искажения. Для исследования гоач;-ткег'. действия разных помех дополнительно учатыглютсг , ••

сдвиг несущей. Приводятся характеристики трок rcror-ix кзшгэч соответствующих рекомендациям МНКТТ U.10KU, МЛ CK:-. -

также канала для теоретических исслодо?,глпг?. с лтлу.п.сиса теристикой, состоящей из двух одянбкоеух отсчятои. •

мате; этическая модель канала нещирчпного вр»»они дискретного времени, а такие канал дискретного примени с cor"; ванной фильтрацией и с отсчетпо-обеллгаоЯ согласоксти*: трзцией, приводится условие неискаженной передачи i; ейдр -адтьег--НаЯквиста и определяются понятия полосы Нзвквиста и канала.

Далее приводится основная схема организация — '.г::

информации по каналу ТЧ и основные ncpawvrp.j р МККТТ модемов. Потом описывается струхтурнзл cxcvr • высокоскоростной" передачи дашшх и осаов>п.ч> «го ¿'.тли. л;-::-.: скрэмблер и даскрэмблер, модулятор и дэмодулятгр, ::ог/, , ; •• .« решающая схема, фпяьтри пвродагшкп х прт.миг; и г»,ъ-. , • приема информэции: линейный прием у. прием iic, макси-«?»// подобия. Коротко затрагиваются реям мсвдс.,а п с.-.:.; :: :;':rv- ; гательные системы модема: корректор двшерг. .?пv. "

несущей, подстройка тактовой частота пряимпккч -

частоту передатчика и автоматическая р*тулирог,к'з у т.- /ля. r.o.-i • • часть посвящена традиционным .методам цифровой эбр-.Сс.-тки сх'-гнз:;о!! для реализации модемов по рекомендациям WtCKTT и о::-5!як» их cv?.?:-ности и помехоустойчивое?л.

Сформулированы основные недостатки традечшеигел ш-.-ог-построения модемов, систояхво в сольной слогнссти реолизз:цг.? оптимальных и суболткмплышх методов приема, ^л-.с:точишк:^; приемлемую помвхоустоЯчивостъ.

Решение задачи умзнкг&ния а-гккссти г; код»:.'"

алгоритмов ЦГХЗ при сохр:!не:я?и неизменной пом'.гхоусзсйчнЕС/С?:: распадается на три' подзадачи. рпссмстрчнтшо р. ■■".уп::.г.7. глчяъх диссертации:

■ •.'.'. аг^зог'.аякй ь модеме

.- ■ • "■• ' 11 л укорочен:'/:;

■„. . '.....•■''.•■!;■:.<■■■ метод:; л'/иейной коррекция

'".■ тг; он/т;: .-рг.'О:!:;< корректор;: :-;

, ■ ■ :!'!?£-.чм о.;од;;моет;* к оложнопту., также

. - • ■ ¡: .•г.г.ьнс?. о.;: треху;; г,гллж;--днт«»рв'.и:ыюго корректора.

'.•.,. г л.-ркямл я,т:г.тг..<;!л гармонических корректоров

" • 1Ор0'Лр0П:1ПЯ 5'у.ЧЛ 'АН), Х^.^ПЧ'ШИВПДИЙ отпут-

;•• • ... •,"•!• ' '.•: искажений 'ХСА) ирй одиоьремонном ПОЮГЛПНИИ

..-.:*.•:, .-;»*> •.-го иахг.г.*. ' к кринки;'. мтшозацик среждо-

./. ;1КСН'-} на ккгэд«; корректора, иродствьляюаий

г-.::; - ;.•. :.т;:ес:5с?. косрок:ии Мо;" при умеренном лонитенж

ее е; о . ..■-■. ¡1т>| :и-огк 1'. кочест::1) к^лзлог; тшр.одитси пирометр

: иг;: д.-;-: С-К ::орр.-ктор:;

-'- 'г; 'г-

:.;:• кг. гх^.-дот&'пзя ^/нкц/н канала, иит&ргт следования

о:'.

л.;:-. ■-"; 'V. п.;: :::ероян и;ум!|; "' -л1, ; длекерсий сиг-

.:лл ;-.о'..7ьктора-

.'.о'юР. нж.'та грч-г/:^ О"'";: гврюничйсхйй

ре. лоотгжмук. ;:р/ о-ухоне'шо^ л;.;:;:-) корректор?!. ' ..;:■!;;;ро"ьо илтер^йльныЯ к-^к^кк:::, <?Т;;од>; которого : а-1 г:реке;-;;^Г* интерг-'].', .' :■ о о."', Г ннимуч-г/и:

'ло^оочегого -р/льтр-. :•;•;::; ■■р;;-:;;о:,о ¡-реуен;: и ':л':.г: •••• : " . ' :г: корр-чк: ':.

где С (ш; спектр тс- ютервалшэго корректора к спг-ктр пршзг маемого сигнала Щьз] га пределами полосы ¡а:)-^к/т , оорздячтся р. нуль. Исходя из блочного градиентного алгоритма пд8>:тэ!кж ч /?.-иятврвального корректора во времпшгай области получен соитьотс-вукягШ алгоритм в частотной области. На основе отсосятсс-.-а, связагашх с различной частотой двпкретияании мояр!У ь-- игг-ы и выходом и с аппроксимацией проекции градиента плпптамтог :> к'п г тора з частотной области сформулирован модьфинрегантшл о»::"грыз МСКО-алторятм (М-количество отводое дик):

1. Оорртарсвзние входного спектра 2

2„;1(к)= БПФгн[гкЛ_К,2И1 КИ ,.. . .., .21;(Т(Н_, г

2. Формирование выходного спектра фильтра 'I'

3. Формирование ецходного спектра уменьшением частоты дисиротя • вацни

4. Формгрсвзхяга выходного вектора временного сигнала 2'

2,',/, (к) = средние N/2 члены ОБПФ.^г^к)} -

"М1/4+1' 2кИ/4 + 2* "" "2(?.кИ )Я/4-1 ' '

5. Формирование вектора ошибок адаптации В {г - оценка приемного сигнала)

г> ♦ у „ т« ппп гл•

+ " С2:с+ 1 ж/4-1 " 1 Ж/4-1 * * ' / " • - »

ii/ 4 -*

вгп(к:) = !£оск;;' ^^....^(К), £0(к), К, (к),.../^ (к)]т; 5. Формирование вектора градиента V (V? - спектральное окно для аппроксимации проекции градиента)

1X^1 © Ш2Н;

Г:

". '. " ■деление вектора коэффициентов с Dlii, ОБПФ - быстрое прямое и обратное

Показано, что . переход в частотную область не меняет осиоьше свойства ЫСКО-глгоритка и далее дзет возможности их улучшения. Пс слоаюсти реализации МСКО-алгоритм в частотной области кршэдит к значительной экономии ресурсов при ддme N?32 (.например при N-64 требуется 252 количества действительных умножений и 40% количества действительных сложений от реализовашшго во временной области ДИК-алгоритма).•

Далее рассматривается вариант быстрой начальной настройки т /2-интервального корректора в условиях априорной известности передаваемого сигнала в регнмэ вхождения в связь модема. Известно, '¡гс при отсутствии сума частотная характорлетика идеального периодического (акочпого) корректора ре?,на обратному спектру нзлохлния канала на Н равноотстоящих частотах. 'югда коэффициенты корректора козкаэ получить непосредственно, передавая периодическую настроечную нослвдоват&ккюсть г. пользуясь алгоритмом

С.- ----, :-о, !,... qi<-i,

1 \ у 2

1/.Г1' "lN+(i mod N)l

гд? q - отношение частоты дискретизации к тактовой частоту с

q-! ,2,3___, О,- спектр вектора. когСфнцлентов, DJ- спектр обу-

ча;.х;его сигнала и X - спектр принятого сигнала. Идея систрой настройки в частотно;: области хорошо согласуется с списанной ьпхо реализацией ДЖ в частотной области. далее сра:-глваются нрнгые сходимости для ДьК ео зремегпгай области, ДИК в частотной облагай и алгоритма быстрой настройки в частотной области. Первые два yovena сравняли пс своим свойствам сходимости, а последний нлг.::/. ,у сходится практически во время интервала, соответствующего дс..:-. линии задержки корректора, т. е- Г<т/2, и тем самым якяяптся чрезвычайно аффективным ьлгор/тмом нзчнкыюй настройки корректора.

В третьей главе сосуздается применение дросг:0-кнтср1«аьк;г корректоров для реализации првдварн-зл-ной обработки gtcv-tob ддл декодера максимального нравдопогслпя я при:, дате»! кривые помехоустойчивости этого метсда

На основе изложения принципов оптимального приема обсуждаются методы реализации субоптималъшх методов приема, обладающих близкие к оптимальному приему свойства помехоустойчивости, но при зтсм им—гаих значительно меньшую ^"зяость.

С помощью алгоритма Витерби, разработанного для последовательного оценивания по максимуму апостериорной вероятности, и предварительной обработки сигнала в описанном во второй гласе с адаптацией по МСКО-критерию, был реализован суооптималышя нолинейный приемник. Для повышения помехоустойчивости бал применен сгерточный код Л.Ф.Вея, входящий в рекомендации МККТТ 7.32 и 7.лз. Данный приемник был исследован методом имитационного моделирования для канала ТЧ с малыми и сильными МСН (с корректируемостьк 0.5 дБ и 12 дБ соответственно) со скоростями 9.6 кБит/с и 14.4 кЕит/с.

Сначала для определения чистого выигрыша от сверточного кодирования указанным кодом снимались коэффициенты сжоки в гауссовском канале без памяти (ГКЕП) для скоростей передачи 9.6 кБит/с (КАМ-32, У.32) и 14.4 кВит/с (К'АМ-128, у.32). При коэффициенте ошибок примерно Ю-4 выигрыш от кодирования 1; Гид:)! составляет примерно 2.7 дБ. Результата сходятся с укпзаилимк литературе. Затем был с помощью параметра корректируй:.* г-ти определен проигрыш по помехоустойчивости при прюэтнсник пзп.гла ; МСЛ и линейного присиг.гка. Здесь проявляется Сяп!"!г-<-:сти параметра корректируемости. Он показывает умеж-.сгшт ламохоуг-с чгачости при применении методов линейной коррекции к гаугг-.г.. • •.' канале с ЫСИ по сравнении с тесто гауссовскпм канэд'ж I1 ш:,. Далее исследуется помехоустойчивость приемника в конолчх с ЛЬШ и МОИ. При передаче по каналу с умеренной ЙСИ асимптотический проигрыш по сравнению с каналом оез МОЙ составляет прллэр»--., 1 .Ь дБ. Если "использовать канал с очень сильной УС1!, то ьскмптоти ческий проигрыш по сравнению с каналом без МСИ па уроше хи:«ф£я-цаента оаибки Ю-4 составляет уже 10.Ъ д{>, применения линейной коррекции для предварительной обработки приводит к значительному ухудшении помехоустойчивости за смет увеличения зумон на выходе линейного корректора.

Линейная коррекция на входе декодера Ьитерсн является эффективным средством уменьшения сдскноста алгоритма ви^чТи для каналов со слабой меисимвольяой внтярфзр'лкдой, порсетлшюй

фйгзьжи искажениям!, кзк это имеет место в каналах, удовлэтворякцкх рекомендациям ГЖНТТ МИ0/0. Для каналов с более сальной МОИ, порожденной искажениям;? оуплнтудно-частотной характеристики, данный подход приводит к суде с тве иному усилению сума н том самым к большой вероятности опиокк. В этом случае линейная коррекция не выполняет условие образования достато-'пщх статистик для оценки переданной последовательности по максимуму апостериорной вероятности и кокет привести к потери информации.

Исходя из этого вывода исследуются, принципы модификации алгоритма адаптации для удовлетворения ДИК. требованиям отсчетно-обеляидаго согласованного фильтр!) (0-.,..^), т.е. образования но гходе декодера ВитерОи достаточных - статистик для оценивания по максимуму апостериорной вероятности. Приведен алгоритм быстрой начальной настройки и адаптивного слежения за медленными измене -киями канала. Идея состоит в том, чтобы адаптировать ДИК с долевой функцией С (и,), аппроксимирующей канал и тем самым не приводящей к искажению шума в полосе передачи, но при этом имеющей короткий -импульс£Шй отклик. Спектр ДЖ--0002 можно представить в виде

где СЫ) - передаточная функция требуемой импульсной характеристики (ТИХ) тракта передсщий фильтр, канал и приемный фильтр".

Требуемая ИХ определяется с помощью измерительного сигнала с равномерным спектром 2 (таким свойством обладает, например,

линейно-частотно модулированный (ЛЧМ) сигиал). После его передачи в приемнике вычисляется спектр сквозного тракта передатчик-канал-приомаик в частотной области

С(ы) - Ъы)/гкзи(и).

Потом происходит прореживание С1и) методом частотной выборки, т.е. в зависимости от желаемой длины ТИХ выбираются 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 ука с целевой функцией в виде полученной ТИХ.

Для адаптивного ООСФ ошибка вычисляется по формуле

!

: _ v

Lt

1=1

а ТИХ перестраивается г:о градиентному алгоритму

п, помощью описанного подхода к построению нелинейного приемника на • .-ном ДИК и алгоритма Витерби открывается возможность исполь-з^вать целый класс эффектившх алгоритмов. Как показано в литератур'"«, для канала с корроктируемостъю Ь дБ выигрыш по сравнешпо о предварительной обработкой линейным корректором составляет примерно 3-4 дБ.

Хотя этот подход приводит к повышению слокности и ДИК, и алгоритма Ьитерби, он является эффективным средством повышения помехоустойчивости в каналах с сильными МОИ.или при передачи со рхачсокой скоростью передачи по каналам ТЧ (16.8 - 1У.2кКит/с).

ü четвертой главе рассматривается примонеше изложенной г« на примере модема, по споим основным характеристикам

уд .кг «творшгядаго рекомендациям I/KKTT V.32. Описан метод уменьшении '.•ложноста модифицированного декодора Виторби и эффективной . х-.кг мп-гнеации, а также исследован метод коррекции джиттерэ фазы и ■"■.тайга несудей.

Г..- скольку спектр фильтра передатчика обладает комплексно-тлр.Рг характере«

Ь'(П) - S*(i?N-n), п-1 ,.. .2N-1 , ■л перекрытие спектров двух половин не происходит, так как затухание в полосе задергивания достаточно велико, вторая половина спектра но вносит дополнительней информации и может быть опущена. Алгоритм передающего фильтра, включая модуляцию данных и повышение частоты дискретизации в частотной области, секционирование входных и г-ыходпых временных векторов с целью сохранения свойств линейности свертки и применение алгоритма действительного ОБИФ на выходе фильтра мокно сформулировать едэдукцкм образом:

1. Вычисление спектра фильтра передатчика (только 1 раз) С„ - первые N компоненты

: iii-,.: с,,.. ,с„ , , о, (..', ...üjt.

' 1 1 1 N---,

.Форккронанги и::нк7р:) нхо/jua глюки л

л (к) - L;;i' in .а

' п/г ' м/.V :a:/i и/л' .a://, i •

к,-1 _ „

aic.'.V-) ,C:icJJ/i. 1 ' " " " "ltîIiH 1' " К. i

.'i.Модуляция даншх (сдвиг на I. стк-ктрзлыза состйилягегдаj и г.овы'лоние частоты дискретизации

•- «"'«Ч«/? I......Wi» 'V— 'Vr- Г..1-

4N/?• ■ /lc ■ • • /l;.V?-L !

4 .Фильтрэпия

Ь. Вычислении доходного вектора временного си."напз е с помогу/»;

действительного ОЬПФ

.s (К) (К)-ь'* (к)

_ ;; - * j -s—jj-iî-»—1 ti^^.n-i... к-1

s j, ( и ) - сьлф,, [swkjj,

HK(k) - 1Не<а^/г). Im(a^N/2},... kcua;^^ ,),

H тфиемкиче требуется выполнить преобразование ¡'ильбортя и адаптивную коррекций. Преобразователь 1'ильоврта легко реализуется ъ частотой области при помозде соотношения

(o(t) +J/ict) » s С t j (1+sen f) • ¿'(f),

осноеённого на законе о свертке по времени. На практике ото соотношение означает умножение на й одной половины спектра и обнуление второй половим спектра. Надо отметить, что ото "идеальное" преобразование 11ильоерта приводит к искусственному удлинению импульсной реакции канала, что вызывает дополнительные шума. При имитационном моделировании оказалось, что этот эффект практически не заметен, поскольку затухании на частоте '¿/ir_ ужо достигает значения больше 60 дБ.

Тем п-мил мы ■ рассмотрим для дальнейшей обработки только спектральную область' от О до 2/тс, что одновремошго означает уменьшение частоты дискретизации до 2/т . G учотом функций

'/величания и уменьшения чч^тети диск{лтнза!;::и, а 'пдудякки и

демодуляции в частотно? полости и .алгоритма .ДЛЮ на входе преоора-

.'Вателя та ^.'л'-тру^.';'/^ ' Л' ' гн немчика ^ор'.'улирует'я

виде:

! . вычисление спектре прие* оиг::';Л'1 я" при помои,.. дОВНФ : Б^К; - .....

я" + 1л" . . . .¿'3м 1 ] I

М: * к!,'И * к?!. М Г' " к*1»!1 \ 1

/ = ----:1-й-----1 -И---- е •'"/И-1,П=- 1 . . . . N-1 .

п

2.Коррекция

*МжЯ<*> - <11061^-*,, ... , >;

3.Уменьшение частоты дискретичании, демодуляция и р;ычис-ленке выходного доктора нромвнного сигнал:; у:

У (К)-- [У (У )1 У ' " 1. У !к )>У < л >. .. м/2^ ' о1 ' и/? '' ' ' ''

^кп/е»1' ^кМ/Я»?' ■ ■ 'Ь' (?к! 1 ;и/п 11 "

4. Коррекция фазового джиттера и сдвига несущей

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

¿Ф

е1 = (г - л )-е 1, 1- О, 1, . ..N/<1;

Кы/г(к> = ^я/г1^.0'^—екк/п' м/в.,.....

5!гы,В/8,' 0. О 0,-Г.

«— :« /о -►

У V <•' К 1"

^¡/г ь»1 .....м 1' "о' >1/г-1.-1

1С

6.Вычисление вектора градионта у и обновление вектора коэф-фицентов С

Сы(к+1) - СЫ(К) + унОО.

По сравнению с традиционной реализацией модема во временной области достигнута экономия действительных операций сложения и умножения в фильтрующих блоках модема примерно 80%, т.е. получено пятикратное снижение сложности цифровой обработки по сравнению с реализацией во временной области.

Применяя теорию быстрых сверток в 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 .Витерби для решетчатых кодов был найден быстрый алгоритм нахождения ближайщей сигнальной точки в каждом подмножестве (вычисление метрик ребр), требупций 4 двоичных сдвига и 2 сложения для определения всех ближайших точек к одному принятому сигналу.■ Данный алгоритм позволяет оценить переданную последовательность сигналов независимо от обьема сигнального множества с помощью метода табличного декодирования.

Исследовано поведение коррекции дкиттера фазы и сдвига несущей частоты в условиях совместной работы с линейным корректором МОИ в разных 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 слоигасти 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

В заключении сформулированы основные результаты диссертации.

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

2. Исследована помехоустойчивость алгоритмов коррекции в совместного Бездействия разного рода кана."-'-:х помех.

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

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

5. Применение теории быстрых ' сверток в высокоскоростных модемов приводит к уменьшению количества действительных операций сложения и умножения в фильтрующих 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 эхокомпенсатора 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. Разработано универсальное программное обеспечение на IBM PC/AT для моделирования полного тракта передачи информации.

9. 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 доказательство для перенесения операции

повышения и уменьшения частоты дискретизации в частотной оСлзсти,

а также для реализации модуляции и демодуляции в частотной

области.

ШГНЛМШДЙК

1. Benndorf J., Korobkow D.L. Anwendung effektiver Methoden der digitalen Slgnalverarbeltung In Hochgeschwindlgkeltamodema. Sept.1989. Материалы IX Международной научной конференции Высшей Инженерной Технической Школы Миттвейда/Германия, 1989г., стр. 37.

2. Benndorf Korobkow. D.L.. Anwendung schneller Faltunga-algorlthmen mit Veränderung der Dlakretlaatlonafrequen?. In digitalen Hochgeschwindlgkelts!Dodem3. Stuttgart/BW): Archiv für Elektronik und Übertragungstechnik (AKU), Band 46 (1992), Heft 1.

3. Benndorf J., Korobkow D.I., Schwan 1 Ja A.G. Schneilea i)eco-dlerungaverfahren für beliebige mehrstufige Signale in Datenmodema. Nachrichtentech. Klektron. ЗЭ (1969) * 1?, s. 459-460.

4. Бендорф E., Кзания А.Г., Коробков Д.Л., Креймэр Е.Л. Сигнальный декодер для сигналов с НАМ. 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 Signal Verarbeitung und der Codierung In Datennodems für hohe Ubertragungageachwlndlgkelten. Katalog der 11. Zentralen Leistungsachau der Studenten und Jungen Wisaenachaftler Ь.11.-1г.11.1989. Artikel Nr.r51.001. S.64.

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

■ 7. Заявка на изобретение Л 4832387/09 Устройство передачи данных/ Бепдорф Е., Коробков Д.Л. - получено положительное решение.