автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Теоретические и реализационные основы построения многоканальных систем передачи с ортогональным разделением сигналов

УКРАИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

БАЛАШОВ ВИТАЛИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И РЕАЛИЗАЦИОННЫЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ МНОГОКАНАЛЬНЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ С ОРТОГОНАЛЬНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ СИГНАЛОВ

Специальность 05.12.14 - теория телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

РГБ Ой и

з 1 ^ЗГ №3

СВЯЗИ им. А.С. Попова

УДК 621.391:621.395

Одесса - 1998

Диссертация являете« рукописью.

Работа выполнена в Украинской государственной академии связи им. A.C. Попова, Государственный комитет связи Украины.

Научный консультант

доктор технических наук, профессор, Заслуженный работник высшей школы Украины, Панфилов Иван Павлович, Украинская государственная академия связи им. A.C. Попова, ректор.

Официальные оппоненты:

лауреат Государственной премии СССР, доктор технических наук, профессор Александров Анатолий Михайлович,

НПО "Импульс", С-Петербург, первый заместитель главного конструктора;

доктор технических наук, профессор Кошевой Виталий Михайлович, Одесская государственная морская академия, заведующий кафедрой;

доктор технических наук, профессор Николаенко Василий Максимович, Одесский государственный политехнический университет, профессор кафедры

Ведущая организация Одесский государственный политехнический университет.

Защита состоится 1998 г. в /¿7 час. QQ мин. на заседанш

специализированного ученого совета Д 41.816.01 в Украинской государственно! академии связицм. A.C. Попова по адресу: 270021, г. Одесса, ул. Кузнечная, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Украинской государственно! академии связи им. A.C. Попова по адресу: 270021, г. Одесса, ул. Кузнечная, 1.

Автореферат разослан " 1998 г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета

^"-^"Йваннцкий А.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Многоканальные системы передачи (МСП), осуществляющие одновременную и независимую передачу сигналов по одной линии связи и использующие принцип ортогонального разделения сигналов - разделения по форме (МСП РФ), привлекли повышенное внимание разработчиков современной аппаратуры связи. В Германии разработана система T-DAB для высококачественного стереофонического радиовещания с качеством компакт-диска в УКВ диапазоне, использующая метод модуляции CODFM (Coding Orthogonal Frequency Division Multiplex). Ведется разработка стандарта га основе CODFM для передачи цифрового телевидения высокой четкости.

Новейшая аппаратура мобильной связи CDMA компании QUALCOMM Incorporeted использует в качестве канальных сигналов функции Уолша и обеспечивает пропускную способность в 10-20 раз выше, чем у аналоговых систем AMPS (American. Advanced Mobile Phonesystem) и втрое выше, чем у других технологий цифров ой радиосвязи

В 1995 году принят стандарт ANSI Т.413 доя высокоскоростной (до 8 Мбиг/с) асимметричной передачи данных по двухпроводной абонентской линии (ADSL). Стандартом рекомендуется доя ADSL многоканальный способ передачи с гармоническими сигналами, шзванный DMT (Discrete Multi Tone). Разрабатывается стандарт га системы передачи по скрученной паре со скоростью до 5 6 Мбиг/с.

Многоканальные модемы успешно применяются для передачи данных по телефонным кагалам тональной частоты (ТЧ)- Фирмой Telebit разработан модем WordBlaser, использующий специальный метод модуляции TurboPEP. При передаче данных по каналу ТЧ модем гюпользуегг 511 ортогональных несущих, каждая из которых тестируется при установлении соединения. Скорость передачи в каждом из каналов задается в соответствии с измеренным отношением сигнал/шум. В результате опгамизируются как скорость передачи, так и полоса частот, занимаемая групповым сигналом, в зависимости от характеристики канала связи Модем обеспечивает скорость передачи данных до 23000 биг/с и устойчиво работает по каналам со знач1ггеяьными линейными искажениями и шумами.

Приведенный краткий обзор современных систем связи, использующих многоканальный способ передачи и ортогональное разделение сигналов, демонстрирует тот факт, что МСП РФ обеспечивают более высокую, чем МСП с частотным или временным разделением каналов (ЧРК, ВРК), эффективность передачи информации по каналам связи с ненормированными и нестабильными во времени частотными характеристиками, с аддитивными и мультипликативными

помехами с неизвестными законами распределения. Широко распространенные на сети связи МСП ЧРК и МСП ВРК проектировались и оптимизировались под линии связи (среды распространенна), обладающие стабильными во времени линейными частотными характеристиками и аддитивными, как правило, с нормальным законом распределения, шумами. Используемые для их построения принципы ЧРК и ВРК не позволяют достичь высокой эффективности передани информации по радиоканалам, частотные характеристики которых постоянно изменяются в силу многолучев ости распространения; и отражений радиоволн Характерной особенностью радиоканалов, а также неэкранированных абонентских линий связи является наличие мощных сосредоточенных по спектру и импульсных помех. По этим причинам высокоэффективные системы передачи должны обладать малой чувствительностью к неравномерности частотных характеристик канала связи и импульсным помехам, а также способностью адаптивно перераспределять энергию группового сигнала в полосе частот канала с целью исключения неблагоприятных для передачи участков полосы частот используемого канала связи. Этим требованиям лучшим образом отвечают МСП РФ, использующие системы ортогональных полосноограниченных сигналов.

Теория МСП РФ развивалась в русле фундаментальных основ теории связи, заложенных X. На йкв истом, В.А Котельникоиым, К. Шенноном, A.A. Харкевичем, А.Д. Вигерби, В.И. Тихоновым, Д Возенкрафтом и другими крупными учеными, труды которых определили современное состояние теории связи. Специфика систем передачи, использующих системы ортогональных сигналов, исследована в работах Х.Ф. Хармута, Н.Г. Дядюнова, АИ. Сенина. Впервые Р. Чанг и Б. Зальцберг обратили внимание исследователей га преимущества систем ортогональных полосноограниченных сигналов, энергия каждого го которых сконцентрирована в узком, относительно полосы частот канала диапазоне. С общих теоретических позиций решение проблемы построения систем ортогональных сигналов для МСП РФ, удовлетворяющих обобщенному критерию Найквиста и обеспечивающих асимптотически предельную скорость передачи независимых сигналов по полосноограниченному каналу связи,предложено ПЛ. Нудельманом.

Большой вклад в развитие теории МСП внесли ученые Украинской государственной академии связи им. A.C. Попова: Панфилов И.П., Банкет В.Л, Захарченко Н.В., Зюко А.Г., Кисель В.А., Брескин В.А., Лев А.Ю., Павличенко Ю.А., Ряхович Л.М. Однако, несмотря на значительные достижения в области теории и практики построения МСП РФ, ряд задач теоретико-прикладного характера нуждаются в решении Так, например, нет ответа на вопросы: какая го систем ортогональных сигналов обеспечивает минимальные интерференционные помехи

при передаче по полосноограниченному каналу связи с линейными искажениями передаточной функции (ПФ) с максимальной (Найквистовой) скоростью; какая ш систем ортогональных сигналов обеспечивает оптимальный обмен скорости передачи на устойчивость МСП РФ к возмущениям характеристик канала связи Отсутствуют практические методики расчета интерференционных помех в МСП РФ, порожденных не только линейными искажениями ПФ канала связи, но и нестабильностью тактовой частоты, несинхронностью генераторов передатчика и приемника, мультипликативными помехами Отсутствуют методы коррекции линейных искажений ПФ каналов связи, отражающие специфику МСП РФ. В результате решения указанных задач будет завершена разработка теоретических и реализационных основ построения МСП РФ, что позволит разрабатывать и внедрять на сети связи Украины современные высокоэффективные системы передачи

Связь работы с научными программами, планами, темами Основные результаты работы получены в процессе выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, проводимых Украинской государственной академией связи им. А.С. Попова по заказам и планам Государственного комитета Украины (Министерства связи Украины), ведущих научно-исследовательских институтов: Украинского научно-исследовательского инсппута связи Украины (г. Киев); Одесского научно-исследовательского института связи (г. Одесса); Украинского научно-исследовательского инсппута радио и телевидения (г. Одесса); научно-исследовательского инсппута "Аккорд" (г. Черкассы) и направлены на выполнение задач по построению современной цифровой сеш связи Украины и разработке эффективных систем передачи информации, определенных Комплексной программой единой национальной сети связи Украины (КП ЕНСС Украины).

Цель и задачи исследования. Целью настоящей диссертационной работы является разработка теоретических и реализационных основ гостроения современных систем передачи с оптимальными ортогональными сигналами, обеспечивающими высокую эффективность передачи информации по каналам связи с ненормированными и нестабильными характеристиками, линейными искажениями ПФ, аддитивными и мультипликативными помехами.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

-разработать теоретическую модель МСП с ортогональным разделением сигналов и жследовать чувствительность различных сигналов к линейным искажениям ПФ канала связи и другим мешающим факторам;

- разработать методику оценки мощности интерференционных помех в МСП, порождаемых линейными искажениями ПФ канала связи, несинхронностью

задающих генераторов, неточностью оценки фазы тактовой частоты и другими мешающими факторами;

- тюследовать и разработать методы адаптивной коррекции в МСП с учетом их специфики;

- разработать методику синтеза систем сигналов для МСП, удовлетворяющих обобщенному критерию Найквиста;

- исследовать и разработать методы повышения помехозащищенности МСП от действия мультипликативных помех;

-исследовать и разработать эффективные алгоритмы цифровой обработки сигналов в МСП на основе методов быстрого преобразования Фурье (БПФ);

- жследовать и разработать реализационные принципы построения МСП с ортогональным разделением сигналов.

Научная новизна полученных результатов. Разработана математическая модель МСП с Найквиетовой скоростью передачи и получена оценка дисгкрсии суммарной (межодвлшойи межсимвольной) интерференционной помехи.

Доказано, что различные сигналы, удовлетворяющие обобщенному критерию Найквиста, при максимальной скорости передачи по полосноограниченному каналу эквивалентны по критерию энергии суммарных интерференционных помех.

Доказана эффективность применения в МСП с полосноограниченными сигналами матричных преобразований сигналов на передаче и приеме, обеспечивающих выравнивание вероятности ошибки по каналам при неравномерности АЧХ канала связи.

Разработан метод синтеза систем ортогональных сигналов - переносчиков дня МСП на основе гармонических сигналов.

Разработаны методики расчета интерференционных помех во временной и частотной областях, получены расчетные соотношения, позволяющие с высокой вычшгппетьной эффективностью рассчитывать помехи, порожденные линейными искажениями ПФ канала связи ирядом иных мешающих факторов.

Разработан оптимальный в среднеквадратичной метрике метод коррекции линейных искажений ПФ канала связи, максимгоирующий энергию импульсной реакции сквозного канала в заданном интервале времени.

Разработан метод синтеза корректирующих цешй с произвольными базисными функциями на основе гармонического базиса.

Разработан метод оценки параметров и комшнсации паразитной фазовой модуляции (ПФМ) в МСП с ортогональными гармоническими сигналами.

Практическое значение полученных результатов. Практическими результатами полученными в диссертационной работе, являются следующие:

- предложены два способа передачи по палосноограниченным каналам связи с временным разделением каналов, обеспечивающие частотную эффективность и нормы на межканальные переходы, предъявляемые к МСП ЧРК;

- синтезированы оптимальные сигнальь-передасчики та основе гармонических ортогональных сигналов, обеспечивающие существенное снижение уровня интерференционных помех в МСП, порождаемых линейными искажениями ПФ канала связи и дру гими мешающими факторами;

- разработаны методики расчета интерференционных шмех в МСП, позволяющие, не проводя натурного макетирования, с высокой достоверностью Прогнозировать качественные характеристики проектируемых МСП;

- разработан алгоритм коррекции, ограничивающий длительность импульсной реакции (ИР) сквозного канала передачи, позволяющий уменьшить интерференционные помехи, порождаемые линейными искажениями ПФ канала связи,

-разработан эффективный алгоритм подавления ПФМ в МСП с ортогональными гармоническими сигналами;

- разработаны универсальные имитационные программы, включающие модели МСП, каналов связи с различными искажениями и помехами; а также сервисные программы по оценке качественных характеристик работы моделей

На основе полученных в диссертации результатов был разработан ряд алгоритмов функционирования современных МСП и технических решений по их реализации:

- разработано алгоритмическое обеспечение, включая имитационную программную модель, МУПС-1024, предназначенного дня передачи информации со скоростью 1024 кбит/с по вторичным широкополосным каналам и трактам, а также линейным трактам аппаратуры уплотнения К-60П Модем используется в составе аппаратуры уплотнения "Гамма-ЦГ', разработанной НЛП "Фактор" (г. Киев). В настоящее время осуществляется опытная эксплуатация аппаратуры;

- разработана совместно с КБ "Полисвиг" (г. Харьков) современная цифровая система передачи по абонентским линиям Опытные образцы приняты комиссжй, готовится к выпуску в 1998 г. опытная партия аппаратуры ЦСП-АЛ-4 на заводе "Коммунар" (г. Харьков);

-разработана по заказу п/я "Аккорд" (г. Черкассы) система эхокомпенсации модема по рекомендации У-3 2;

- разработано по заданию Главного Управления правительственной связи (г. Киев) алгоритмическое обеспечение модема по рекомендации У-34;

-разработаю КД цифровой системы передачи то двухпроводным линиям связи и переда! и на ПЗ "ЭЛМИС" (г. Киев) для изготовления опытных образцов;

- разработаны опытные образцы многоканального УПС на скорость тюредачи 9,6 кбиг/с по каналам ТЧ. Разработка осуществлена совместно с Украинским научно - исследовательским инстшутом связи (г. Киев) в рамках выполнения НИР и ОКР 'Тазработка единого комплекса аппаратуры вторичного уплотнения для телеграфирования и НСПД на магистральной, зоновой и местных сетях ЕАСС", № ГР 81031923.

Личный вклад соискателя. Оценки дисшрсии полной интерференционной помехи в МСП РФ с Найквистовой скоростью передачи и матричной обработкой (разделы 1, 2) получены в соавторстве с Нудельманом П. Я. Методика расчета межканальных и межсимвольных помех разработана соискателем самостоятельно.

Универсальная методика расчета интерференционных помех в частотной области, методы и алгоритмы компенсации паразитной фазовой модуляции (разделы 4,7) разработаны соискателем при участии аспирантки Фоминой Г.Т.

Методика расчета интерференционных помех во временной области, методы коррекции линейных искажений для МСП с защитным временным интервалом (разделы 4, 5) разработаны соискателем при участии аспирантов Абдуллаха М. и Кузнецова В. А.

Эффективные алгоритмы цифровой обработки сигналов в МСП (раздет 6) разработаны под шучным руководством соискателя в процессе выполнения НИР и ОКР.

Апробация результатов диссертации. Результаты диссертации докладывались на следующих конференциях и научно-технических совещаниях:

I Международная научно-техническая конференция "Спутниковые системы связи и вещания", Одесса, 1993;

Международная научно-технически конференция "Перспективы развития систем радиосвязиителевизионного вешания", Одесса, 1993;

II Междушродная конференция по электросвязи, телевизионному и звуковому вещанию "УкрТелеКом' 95", Одесса, 1995;

Ш Международная конференция по электросвязи, телевизионному и звуковому вещанию "УкрТеяеКонф'97", Одесса, 1997;

Международная тучно-практическая конференция "Системы и средства передачи и обработки информации" (ССПОИ), Одесса, 1997;

Научно-техническое совещание "Стратегия вхождения Украины в мировое информационное пространство", Киев, 1997.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 научных статей, учебник, учебное пособие, прочитан 21 доклад на международных и отраслевых

научно-технических конференциях, получено 20 авторских свидетельств на изобретения. Основные результаты работы нашли отражение в 10 научно -технических отчетах по хоздоговорным научно - исследовательским работам.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 разделов, выводов и трех приложений. Общий объем диссертации составляет 364 страниц текста, 107 рисунков, -7 таблиц, списка использованных источников, включающего 183 наименования на 17 страницах, и 76 страниц приложений

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе рассматривается обобщенная модель »-канальной МСП, содержащей п формирующих фильтров с ПФ , -Я < са < О, в передатчике

и соответственно п согласованных фильтров в приемнике. Канал связи описывается ПФ НО со), < со < П, где О - верхняя частота полосы пропускания канала связи.

Формирующие фильтры передатчика одновременно и независимо возбуждаются импульсами передаваемых дискретных сигналов в моменты времени рТ, р - 0, ±1, ±2, ..., где Т - тактовый интервал передачи отсчетов дискретных сигналов, определяемый условием

(1)

В случае выполнения точного равенства в (1) в МСП обеспечивается максимальная скорость передачи независимых сигналов (2 Бода на 1 Гц полосы частот) по полосноограниненному каналу связи, при которой отсутствуют интерференционные помехи и которую называют предельной Найквистовой или Котельниковской скоростью передачи

С целью математического описания модели МСП вводится обобщенная система функций частоты

(ш)е~ШрТ }"=1, р = о, ±1, ±2,.:., - а < то < а. (2)

В этом случае критерием отсутствия интерференционных помех при передаче по неискажающему каналу связи является требование ортогональности функций (2)

^?(шУ^со = 11>1 = т>п = ч> (3)

2я:_Я /V Г" т л [О-,\Фт,рФЧ, w

l,m=1,2,... /г, м=0,±l,+2,...,

где черта шд функцией ( ico)} означает комплексное сопряжение.

Можно показать, что система функций (2), удовлетворяющая условиям (1) и (3)f (при выполнении равенства в условии (1)) полна в Lz(-Q, £2).

Для рассмотренной модели МСП определена дисперсия полной (равной сумме межканальных и межсимв ольных помех) интерференционной помехи при Найквистовой скорости передачи

-n P=-N q=-N /=1

где B(p ~q)~ автокорреляционная функция последовательности передаваемых отсчетов;

N - число тактовых моментов, определяющих длительность передачи.

Из анализа полученной формулы с учетом известного соотношения

¿k(to)|2 = 7' (5)

/=1

следует вывод об эквивалентности при Найквистовой скорости передачи всех полных в Lг(-0, Q) систем функций частоты, используемых для построения МСП. Различные системы функций обеспечивают перераспределение межканальной и межсимвольной помех, оставляя полную помеху неизменной При скорости передачи ниже Найквистовой это утверждение несправедливо.

На основании общей модели w-кашпьной МСП разработаны методика и программы расчета отдельно энергии межканальных и межсимвольных помех при Найквистовой скорости передачи. Показано, что при Найквистовой скорости передачи независимо от формы сигналов - переносчиков даже незначительные линейные искажения канала связи порождают недопустимые интерференционные помехи Вопрос заключается в нахождении систем сигналов, обладающих меньшей чувствительностью к лишйньш искажениям и позволяющих асимптотическое достижение предельной скорости передачи.

Во втором разделе исследуется проблема построения МСП малочувствительных к линейным искажениям, импульсным и сосредоточенным по спектру помехам, погрешностям установки фазы тактовой частоты и другим мешающим факторам.

Теоретической моделью л-ка пальмой МСП, в которой отсутствуют межканальные интерференционные помехи, вызываемые линейными искажениями ПФ канала связи, является система передачи с узкополосными, не перекрывающимися по частоте каналами с ПФ идеальных полосовых фильтров. Межсимвольные интерференционные помехи могут быть сделаны также пренебрежимо малыми при оо. Доказательство этого утверждения вытекает из того, что произвольная ПФ Я(1<э), -С2 < <э < £2 шлосноограниченного канала связи может быть сколь-угодно точно аппроксимирована отрезком ряда

^ -Л°*к+<рк) ,£2 ,, , пО

2_,аке . *—5®<(А + 1)—, (6)

*=0 " "

где ак -згачениеАЧХш цегаральной частоте к-го канала;

1к— значение задержки сигнала к-го канала;

<рК - плоская составляющая ФЧХ к-го канала.

Таким образом, наличие в каждом нз каналов рассматриваемой МСП индивидуальных регулировок плоской и линейной составляющих ФЧХ канала связи обеспечивает отсутствие интерференционных помех. Наличие индивидуальных систем АРУ, не влиял га величину интерференционных помех, устраняет собственные помехи

Практически реализуемые МСП строятся га основе канальных фильтров с перекрывающимися по частоте ПФ, как минимум, двух соседних каналов, удовлетворяющих обобщенному критерию Найквисга и имеющими гладкий характер АЧХ. При увеличении числа каналов МСП скорость передачи сигналов асимптотически стремится к предельной Найквистовой.

МСП с полосноограниченными сигналами быстрее адаптируются к изменениям характеристик канала, примерно в V" раз лучше защищены от импульсных помех в сравнении с одноканальными системами, позволяют бороться с сосредоточенными по спектру помехами и исключать неблагоприятные для передачи участки диапазона частот канала связи путем выключения соответствующих каналов.

Практический интерес представляют МСП, использующие системы сигналов, ортогональных на тактовом интервале. Они уступают МСП с полосноограниченными сигналами по чувствительности к линейным искажениям, но просты в реализации Для снижения чувствительности к линейным искажениям тактовый интервал передачи выбирают несколько большим интервала ортогональности сигналов -переносчиков, создавая между последовательно передаваемыми единичными элементами группового сигнала временные защитные интервалы.

С целью оптимизации длительности защитного интервала решена задача на минимизацию энергии последействия сигналов, порожденного ограничением их спектра б результате прохождения через полосноограниченный канал связи Оптимальные сигналы описываются некоторой системой волновых сфероидальных функицй.

На основании проведенных исследований предложен способ построения МСП с временным разделением каналов, преобразованием временного масштаба и разделением сигналов по форме (МСП ВРК ПВМ РФ). Предложенный способ передачи обеспечивает нормы на гереходные помехи между различными каналами без применения частотных фильтров. Это позволяет проектировать МСП, не уступающие по эффективности использования частотного спектра системам с ЧРК, на цифровой схемотехнике. Достоинством предложенных МСП ВРК ПВМ РФ является то, что они не предъявляют высоких требований, характерных для МСП с ЧРК, к линейности амплитудных характеристик каналов связи. Это важно, например, при работе по спутниковому каналу связи.

Предложен и исследован метод синтеза систем сигналов - переносчиков ^(/су)}"^ с требуемыми характеристиками, основанный на линейном

комбинировании заданных сигналов тР (/'&»)}"

где а{к есть вещественные коэффициенты прямоугольной матрицы А, которые определяются го решения соответствующей задачи синтеза.

Реализация синтезированных сигналов (7) сводится к пересчету амплитуд передаваемых и принимаемых сигналов, что достигается включением соответствующей матрицы А на входе модулятора и обратной матрицы А~1 на выходе демодулятора МСП

Осуществлен теоретический анализ помехозащищенности МСП с матричными преобразованиями Адамара на передаче и приеме. Показано, что применение матричных схем при неравномерности АЧХ приводит к выравниванию вероятности ошибки во всех каналах МСД в отличие от "безматричных" МСП, в которых имеет место значительное повышение вероятности ошибки в тех каналах, где произошло снижение уровня полезного сигнала. Применение в МСП корректирующих АЧХ множителей, полученных в результате оптимизации при учете аддишвной флуктуационной и интерференционной помех, обесгечивает выигрыш по

и

(7)

вероятности ошибки, который составляет, например, для одного из наиболее распространенных видов МСП - многоканальных устройств преобразования сигналов (МУПС) с гармоническими сигналами - переносчиками приблизительно один порядок при низкой защищенности (10 дБ) и шесть порядков при высокой защищенности (25 дБ) группового сигнала от аддитивного шума по сравнению с вариантом, когда корректирующие множители принимают значения, обратные АЧХ на соответствующих частотах ("чистая" коррекция).

В третьем разделе исследуются МСП с гармоническими сигналами -переносчиками конечной длительности, синтезированными на основе гармонических функций

Предложен метод синтеза сигналов - переносчиков, обладающих высокой концентрацией энергии в полосе частот (-оь, <щ). Сигналы - переносчики формируются путем периодического продолжения гармонических сигналов с интервала ортогональности г0 на тактовый интервал Т и создания временного защитного интервала длительностью Г, = Т - т0 между последовательно передаваемыми единичными элементами. Важным при этом является вопрос о форме огибающей сигналов - переносчиков. Показано, что система функций

{V^'vj ;;а\ о<«т.*0^ (8)

удовлетворяет обобщенному критерию Найквиста, если огибающая -Ju(t) отвечает условию

со

£ u(t + кт0 ) = const, (9)

к=-«э

Условию (9) удовлетворяют, например, функции n(t) с кососимметричными

Найквистовыми фронтами (срезами).

Частотная избирательность каналов МСП определяется формой огибающей и

т.

коэффициентом расширения сигналов, равным отношению а =~f~ (7'^ -

длительность фронта). Так, например, при огибающей с косинусными фронтами и а = 0,66 дополнительное затухайте АЧХ канала с синтезированными сигналами на частоте со = 2,5 достигает порядка 25 дБ по сравнению со случаем а — 0. Синтезированные сигналы обладают важным свойством сохранять ортогональность при различной задержке сигналов относительно друг друга в пределах длительности

защитного интервала, а также при прохождении через полосгоограниченный канал связи, длительность ИР которого не превышает длительности защитного интервала. Расчеты интерференционных помех, порождаемых в МСП с синтез ировашыми сигналами при работе по каналам связи с линейными искажениями (см. рис. 1, 2, величина помехи на рисунках отображается интенсивностью черного ирегга - более темные опенки соответствуют меньшей помехе), показали снижение уровня интерференционных шмех при оптимальной фазе тактовой частоты в каждом кашле в сравнении с МСП с традиционными гармоническими сигналами (а = 0). Это связано с уменьшением чизта интерферирующих друг с другом сигналов. Соответственно возрастает защищенность сигналов МСП от сосредоточенных го спектру помех. Однако при этом возрастает чувствительность сигналов к неравномерности характеристик группового времени прохождения (ГВП) канала связи, что проявляется в смещении оптимальных моментов корреляционной обработки в разных каналах относительно друг друга. В результате наибольшая эффективность МСП с синтезированными на основе гармонических сигналами достигается при применении индивидуальной тактовой синхронизации в каналах МСП либо коррекции фазовых искажений ПФ канала связи

При необходимости обеспечить высокую защищенность МСП от интенсивных сосредоточенных го спектру помех, а также при работе по каналам связи со значительными линейными искажениями ПФ, обеспечить требуемую частотную избирательность каналов МСП в классе ортогональных сигналов конечной длительности невозможно. В этой связи предлагается метод синтеза сигналов конечной длительности с желаемыми спектральными характеристиками и допустимой неортогоналыюстью на базе гармонических сигналов. На первом этапе синтеза определяется желаемая частотная характеристика каналов МСП, удовлетворяющая заданным требованиям го частотной избирательности и неортогональности. Частотная характеристика задается в форме произведения ПФ интегратора C(iai) и фильтра НЧ G(ia>). На втором этапе решается задача аппроксимации полученного спектра спектром í/(ítí>), 0 < со < <ю сигнала конечной продолжительности и((), 0<t<T

где (cíjj, аъ) - частотный интервал аппроксимации.

1 (номер канала)

й .....

ш г-ЩЩ

ч ■> г. ^ V ^ <х чл^

-

Рис. 1. Интерференционные помехи в 192-канальном МУ ПС в зависимости от положения интервала интегрирования (канал с пятью переприемными участками)

дня а= О

А I (номер канала)

Рис. 2. Рис. 1. Интерференционные помехи в 192-канальшмМУПС в зависимости от положения интервала интегрирования (канал с пятью переприемными участками)

дгаа=0,125

Атагрокст«1руюшдй сигнал с минимальной нормой представляется в виде разложения по собственным функциям ядра интегрального уравнения Фредгольма.

Сформулированная аппроксимациотшая задача может быть решена при любой конечной длительности сигнала а(1). В этой связи возникает задача оптимального выбора длительности и связанная с этим проблема точности синтеза сигналов -переносчиков. Осуществлен анализ и получены соотношения, связывающие требования к точности синтеза заданной частотной характеристики с требованиями к точности синтеза сигнала требуемой длительности.

В случае, когда длительность сигналов - переносчиков превышает длительность тактового интервала, воспользоваться алгоритмами БПФ дм выполнения операций модуляции и демодуляции непосредственно невозможно. В связи с этим разработан специальный алгоритм, основанный на свойстве периодичности гармонических сигналов, с помощью которого обработку синтезированных сигналов на передаче и приеме можно осуществлять методом БПФ вне зависимости от соотношения: длительностей тактового интервала и ишервала ортогональности.

В четвертом разделе разработаны методики для оценки дисперсии интерференционных помех, порождаемых в МСП РФ практически всеми важными факторами, сопровождающими реальную передачу сигналов по каналам связи

Разработана математическая модель в частотной области интерференционных явлений в МСП. Модель позволяет учитывать следующие факторы, порождающие интерференционные помехи: линейные искажения ПФ канала связи, формирующих фильтров на передаче и приемных фильтров, смещение спектра группового сигнала по частоте (например, Доплер - эффект), несинхронность генераторного оборудования передатчика и приемника, нестабильность фазы тактовой частоты и паразитную фазовую модуляцию.

Получены расчетные соотношения для мощности интерференционных помех, порожденных совместным действием хкречисленных факторов, разработана методика и программа расчета помех. Многочисленные расчеты, проведенные для различных МСД продемонстрировали высокое совпадение оценок с результатами измерений на реальной аппаратуре.

Разработана математическая модель интерференционных явлений в многоканальных УПС во временной области, учитывающая наиболее важные факторы, порождающие помехи: линейные искажения ПФ канала связи и фильтров на передаче и приеме, а также нестабильность фазы тактовой частоты.

Получена оценка во временной области дисперсии интерференционных помех в МУПС с ортогональными гармоническими сигналами - шреносчиками

Показано, что мощность интерференционных помех в 1-ом канале п-канального МУПС определяется выражением

лг-щ-1

2ж(1 + т)(р - д)

N

где

(И)

«-1 *-1

2 2 ^вРг^.рап-г-ртАйЯ-г-п,

р+РТ -N-1 \

¡=0 .¡=0 4 '

¡=Р+РГ*\ ]=0

Я-1 Р*РГ -Н'1

2 2 ¿¡¿И-Ъ-РТ.Р^К+Ь-РТ

/=9+^+1 _/=0

при других к и <7,

gi, / = 0,1,2, ..К-1 - дискретная ИР сквозного канала передачи; В(Н) - автокорреляционная функция группового сигнала МУПС; N - число отсчетов группового сигнала га интервале ортогональности; Ь- число отсчетов группового сигнала на защитном интервале; рт~ номер отсчета начала обработки в демодуляторе приемника; т - цглое число.

Мощность полезного сигнала на выходе /-го канала определяется формулой

¡72 А^Ст2 --2~

2т(/+и)г

2>,«

г=0

N

(13)

где а - дисперсия информационных сигналов.

Удобно определять интерференционную помеху как процентное отношение эффективных значений помехи и сигнала

-2

'/_, 100%; =1,2,...,«.

/¡г

(14)

Разработана методика и программа расчета интерференционных помех во временной области. Расчетная методика отличается высокой вычислительной эффективностью, что важно три расчете помех в МУПС с большим, до нескольких

тысяч, числом каналов. Так, например, помехи во всех каналах 192-катльного МУПС рассчитываются примерно за то же время, что помехи в одном канале при расчете по методике в частотной области.

Разработаю методика расчета вероятности ошибки в МУПС 15)11 совместном действии интерференционных и аддитивных помех.

В пятом разделе исследована задача коррекции линейных искажений ПФ канала связи для МСП с защитным временным интервалом между последовательно передаваемыми единичными элементами группового сигнала. В отличие от используемого для одноканальных систем передачи критерия настройки корректора, минимизирующего среднеквадратичную ошибку приближения результирующей ПФ сквозного канала передачи к заданной, предлагается критерий максимизации энергии ИР сквозного канала передачи в интервале длительности защишого временного интервала.

Разработан и исследован алгоритм коррекции линейных искажений ПФ канала связи - КОДР (коррекция, ограничивающая длительность реакции)с адаптацией по предложенному критерию. Алгоритм базируется на оютшальной процедуре минимизации среднеквадратичной ошибки аппроксимации, использующей преобразование Фурье. Достоинством такого алгоритма адаптации корректора является вычислительная эффективность ивысокая скорость адаптации

Алгоршм коррекции КОДР содержит внешний алгоритм задания требуемой дискретной ПФ сквозного тракта - канал плюс корректор - Q(p),p = 0,1,...,Л/-1, преобразование Фурье которой содержит Ь — отличных от нуля отсчетов д(г), г = 0,1,..., Ь -1, и внутренний алгоритм аппроксимации желаемой дискретной ПФ корректора К(р), р = 0,1,..., М -1, ПФ К(р), р = ОД,..., М -1 гармонического корректора с N отводами

Каждая итерация настройки гармонического корректора выполняется следующей последовательностью операций.

1. Вычисление желаемой ПФ корректора

(15)

где Я(р), р = 0,1,..., М -1 - ПФ корректируемого канала связи;

Ло- константа.

2. Аппроксимация К{р) по среднеквадратичному критерию. Выполняется в виде последовательности итераций (цикл внутренний по отношению к основному циклу):

- вычисление обратного дискретного преобразования Фурье (ДПФ) от К(р)

, М-1 ¡?Ирг

к(г) = —У\К(р)е м , г =0Дг..,М -1; (16)

М

- умножение ИР корректора на функцию окна дайной N

- вычисление спектра полученной ИР

М-1. -1—рг К(р) = £ к(г)е м ,р = ОД,...,М -1; (18)

г=О

- формирование новой желаемой ПФ корректора и переход к следующей итерации

\К(р)М. ¿Р^М £(?) = - (19)

I К(р),0 < р < мг М2 < Р ^ М -1.

3. Вычисление новой сквозюйПФ

й(р) = Н(р)К(р),р = 0Л,...,М-1- (20)

4. Вычжление сквозной ИР

, М-1 , ¡Шрг М

5. Умножение сквозной ИР на функцию окна данной Ь

д(г) = ¿¡(к) ■!)(,■),

Цо (22)

ь \0£<г<М-1.

6. Вычисление новой желаемой сквозной ПФ и переход к следующей итерации

м-1 -¡21'- рг

М = (23)

г=О

Эффективность предложенного алгоритма коррекции КОДР иллюстрируют результаты моделирования работы 166-канального МУПС по каналам тональной частоты с различным числом переприемов (рис. 3-9). Для сравнения на рисунках приведены результаты коррекции по среднеквадратичному критерию (СКК).

Предложен метод синтеза корректирующих цепей с базисами, получаемыми ортогональным преобразованием гармонического базиса. Гармонический базис широко используется для построения корректоров в сипу простоты его реализации. Однако туи этом он не обеспечивает быструю сходимость процесса настройки при использовании обычных градиентных алгоритмов оптимизации. По этой причине нашли применение так называемые локальные корректоры, позволяющие практически независимую адаптацию коэффициентов усиления при базисных функциях, и были разработаны быстрые алгоритмы адаптации на основе теории Калмановской фильтрации. Предложенный метод синтеза корректирующих цепей позволяет конструировать на базе гармонического корректоры с иными базисными функциями, например, обладающими локальными частотными свойствами Реализация корректора с желаемыми базисными функциями сводится к пересчету коэффициентов усиления в отводах гармонического корректора. По предложенной методике синтезирован и исследован корректор с базисными функциями, используемыми для интерполяции частотных характеристик. Показано, что при настройке по одному итоыу же алгоритму одинаковая СКО корректирования достигается у предложенного корректора приблизительно в три раза быстрее, чем у гармонического, настраиваемого по тому же алгоритму.

Так как синтез корректирующих цепей по предложенной методике заключается во включении в алгоритм адаптации пересчета коэффициентов усиления в отводах гармонического корректора, то с алгоритмической точки зрения правомерно говорить также о синтезе алгоритмов ускоренной адаптации гармонического корректора.

В шестом разделе разрабатываются эффективные алгоритмы цифровой обработки сигналов в МСП Достоинства и преимущества МСП с ортогональными сигналами наиболее сильно проявляются 15111 большом (сотни и тысячи) числе каналов, что вызывает определенные реализационные трудности Одна го причин, по которой гармонические сигналы получили широкое применение, является возможность осуществлять операции их модуляции и демодуляции с помощью быстрых алгоритмов ДПФ. Этим качеством обладают также синтезированные в

Рис. 3. ИР канала ТЧ (12-ть переприемов)

Рис. 7. Характеристики АЧХ

Рис. 4. ИР откорректированного по СКК канала ТЧ (12-ть переприемов)

Рис. 8. Характеристики ГВП

Рис.5. ИР откорректированного по алгоритму КОДР канала ТЧ (12-ть переприемов)

Рис. 9. Интерференционная помеха в рабочих каналах МУПС для канала ТЧ (5-ть перепркемов)

Рис. 6. Интерференционная помеха в рабочих каналах МУПС дня канала ТЧ (12-ть переприемов)

Цифры га рисунках означают следующее:

1. Корректируемый канал связи.

2. Откорректированный канал связи по СКК при сквозной желаемой ПФ

3. Откорректированный канал по алгоритму КОДР,

разделе 3 сигналы на основе гармонических сигналов. Среди быстрых алгоритмов выполнения ДПФ алгоритм Кули и Тьюки по основанию два привлекателен с точки зрения простоты программирования, но не является наиболее эффективным в вычислительном отношении Алгоритмы обработки модуляции и демодуляции МУПС не накладывают жестких ограничений на параметры группового сигнала, поэтому они могут быть выбраны с позиций возможности применения эффективных алгоритмов вычисления ДПФ.

В результате исследования методов синтеза эффективных быстрых алгоритмов вычисления ДПФ для цели применения в МУПС рекомендован метод Гуда-Томаса с использованием огпимальных алгоритмов Винограда для построения ДПФ малой размерности, который обеспечивает высокую вычислительную эффективность алгоритмов БПФ с приемлемой сложностью программной реализации

По методу Гуда-Томаса синтезирован рад алгоритмов БПФ дая МУПС. В частности, синтезирован алгоритм БПФ размерностью 560 доя модема, предназначенного доя передачи информации по вторичным широкополосным каналам итрактам со скоростью 1024 кбит/с в составе аппаратуры "Гамма - ЦТ'.

В соответствии с методикой синтеза Гуда-Томаса размерность БПФ Л-5 60 представляется в виде произведения взаимно простых множителей N1 ~ 5, N2 = 7, = 16. Входной массив х(1), I = 0,1, 2,..., 559 преобразуется в трехмерный х(1ь 1Ъ /3), где индексы ¡1 = 0,1,..4; 12 =0,1,..., 6; /3 = 0,1, 2,..., 15 определяются соотношениями

Затем полученный трехмерный массив данных х(1ь 12, 13) преобразуется в массивХ(тъ т2, тэ), ту = 0, 1, 2, ..., 4; т2 = 0, 1, 2, ..., 6; м3 = 0, 1, 2, ..., 15 путем вычисления пяти, семи и шестнаддатоточечных БПФ по каждому измерению 1Ь1Ъ 13 в соответствии с алгоритмом БПФ - 560

= I тос! 5, 12-1гйой1, /3 = /тос116.

(24)

ч

(25)

/3=о 12-0 {¡1=0

щ = 0,1, 2, ...,4; ю2 = 0,1,2,..., 6; т3=0,1,2, ..., 15.

Структурная схема алгоршма приведена га рис. 10.

Внутренние малые БПФ N1 ~ 5, N2= 1, Аз = 16 выполняются по алгоритмам Винограда.

Преобразование трехмерного массива Х(тъ т2> Шз) в выходной одномерный осуществляется по алгоритму

т = (7-16 т, + 5-16 тг + 5-7 т3) mod 560. (26)

Синтезированный алгоритм БПФ-560 требует выполнения 3100 вещественных умножений и 14748 вещественных сложений, что в 1,5 раза меньше, чем БПФ по основанию 2 при А'= 512 ив 3 раза меньше при N = 1024.

Входная БПФ БПФ БПФ Выходная

пере- алгоритм ♦ алгоритм > алгоритм пере-

становка 5-точки 7-точки 16-точки становка

Рис. 10. БПФ алгоритм Гуда - Томаса размерностью 560 при разложении на множители 5, 7,16

Для выполнения коррекции линейных искажений ПФ канала связи разработаны эффективные в вычислительном отношении алгоритмы коррекции в частотной области Вычислительная эффективность алгоритмов коррекции и демодуляции группового сигнала обусловлена применением алгоритмов БПФ и переходом от вещественного к аналитическому сигналу.

В седьмом разделе решается задача компенсации паразитной фазовой модуляции (ПФМ) в МСП Исследована специфика проявления паразитной фазовой модуляции в МСП. Показано, что в силу того что период ПФМ, как правило, соизмерим с длительностью тактового интервала, ПФМ группового сигнала нарушает ортогональность сигналов и порождает значительные помехи на выходе демодулятора. По этой причине в МСП не применимы метода компенсации ПФМ, основанные на управлении фазой опорного сигнала, которые широко распространены в последовательных системах передачи В результате проведенных исследований разработаны теоретическая модель воздействия ПФМ на сигналы МСП и расчетная методика оценки мощности интерференционных помех, порождаемых ПФМ

Для МСП с гармоническими сигналами - переносчиками предложен общий метод оценки параметров ПФМ по информационному сигналу, основанный на минимизации интерференционных помех, порожденных ПФМ на выходах корреляторов демодулятора МУПС.

На основе общего подхода разработан упрощенный алгоритм оценки параметров многочастотной ПФМ по демодулированным сигналам. Алгоритм

основан на итеративном решении уравнений, связывающих характеристики ПФМ и характеристики информационных сигналов. В результате фазовой модуляции сигнала, передаваемого в к-ом канале, та выходах корреляторов 1-го канала порождаются интерференционные сигналы

» 2

а.

а.соБ

+/,) О,, у, +/,)

(27)

7;(УГ)=

шО.,-^ К 2

£2.

-6 сое

-+а вш-

С2.

= ±<г>, -о

А ?

Ы ~]~~дж

где

Й = 0,5 {ВкАдж - АкВгжуу

Ь = 0,5(В/:Вдж +А*4гж);

Аь Адж - амплитуды синфазных составляющих соответственно информационного сигнала и ПФМ;

Вь Вдж - амплитуды квадратурных составляющих соответственно инф ор машинного сигнала и ПФМ;

Одж~ частота ПФМ;

/), ¡г - начальный и конечный моменты интегрирования.

Осуществлено моделирование алгоритмов демодулмцщ группового сигнала МУПС и оцзшшанпя параметров ПФМ в условиях действия аддитивного флуктуационного шума.

Разработан адаптивный цифровой алгоритм компенсации многочастотной ПФМ, учитывающий специфику обработки сигналов в приемнике МУПС.

Осуществлено имитационное моделирование системы шредачи информации, включающей МУПС, канал связи с ПФМ и аддшивным гауссовым шумом. На этой модели осуществлено исследование предложенною алгоритма компенсации ПФМ.

Моделирование предложенного алгоритма компенсации многочастотной ПФМ в МУПС для канала ТЧ продемонгтрировало, что при защищенности сигнала от аддитивного Гауссов ого шума 30 дБ, выигрыш по защищенности сигнала от интерференционных помех в результате компенсации составляет от 9,4 до 12,3 дБ три монохроматическойПФМ (частота/дж = 50 Гц амплихуда Адж = 7,5 градуса) и от 9 до 11 дБ притрехчастотнойПФМй^ 50; 100; 150Гц, Адж= 7,5; 2,7; 1 градус).

ВЫВОДЫ

В диссертациоиной работе получены следующие основные научные и фактические результат

1. Разработана математическая модель «-канальной МСП, включающая ПФ формирующих фильтров на передаче, согласованных на приеме и канала связи, на основании которой:

-получена оценка дисперсии суммарной (межкашпьной и межсимвольной) интерференционной помехи и сделан вывод об эквивалентности при Найквиетовой скорости передачи всех полных в ¿2 (- £2, О) систем функций частоты, используемых доя построения МСП. Различные системы функций обеспечивают перераспределение менжанальной и межсимвольной помех, оставляя полную помеху неизменной;

- разработана методика расчета отдельно энергий межканальных и межсимвольных помех в МСП при Найквиетовой скорости передачи и осуществлены расчеты интерференционных помех в МСП, использующих различные системы ортогональных сигналов;

-сделан вывод, что при Найквиетовой скорости передачи независимо от формы сигналов - переносчиков даже незначительные линейные искажения ПФ канала связи, порождают в МСП недопустимые интерференционные помехи Таким образом, МСП с Найквиетовой скоростью передачи практически не могут был. использованы. Вопрос заключается в нахождении систем сигналов, позволяющих уменьшить чувствительность МСП к линейным искажениям и допускающих асимптотическое достижение предельной скорости передачи

2. Исследована проблема построения МСП малочувствительных к линейным искажениям ПФ каналов связи, импульсным и сосредоточенным по спектру помехам, погрешностям установки фазы тактовой частоты и другим мешающим факторам:

- показано, что минимально чувствительными к линейным искажениям являются МСП, с полосноограниченньши сигналат^-переносчиками, энергия которых сосредоточена в узком, относительно полосы частот используемого катала связи, диапазоне частот,

- сформулирована и решета задача построения МСД минимально чувствительных к линейным искажениям, использующих системы финитных сигналов - переносчиков. Для уменьшения межсимвольных интерференционных помех, порожденных сигналами последействия финтных сигналов - переносчиков, вводятся между последовательно шредаваемыми единичными элементами группового сигнала временные защитные интервалы;

- предложен способ гостроения МСП с временным разделением каналов, преобразованием временного масштаба и разделением сигналов по форме (МСП ВРК ЦВМ РФ), который обеспечивает нормы на переходные помехи между различными каналами без применения частотных фильтров;

- показано, что применение матричных преобразований сигналов и оптимальных коэффициентов усиления в каналах при неравномерности АЧХ приводит к снижению вероятности ошибки в МСП и ее выравниванию во всех каналах МСП, в отличие от "безматричных'' МСП, в которых имеет место резкое повышение вероятности ошибки в тех каналах, где произошло значительное уменьшение уровня полезного сигнала;

- пред ложен метод синтеза систем сигналов - переносчиков, удовлетворяющих обобщенному критерию Найквиста, основанный на гериодическом продолжении гармонических сигналов с интервала ортогональности Го ш интервал Т. Определены условия, которым должны удовлетворять огибающие 7"(0>0 <' <Т гармонических сигналов, дая обеспечения ортогональности синтезированных сигналов на интервале

т-,

-разработан метод синтеза на основе гармонических систем сигналов конечной длительности с желаемыми спектральными характеристиками и допустимой неортогональтостыо.

3. Исследованы методы оценки помехозащищенности МСП от различных факторов, сопровождающих реальную передачу сигналов по каналам связи:

-разработаны математические модели в частотной и временной областях интерференционных помех в МСП, учитывающие основные факторы, порождающие интерференционные помехи: линейные искажения ПФ катила связи, формирующих фильтров на передаче и приемных фильтров; смещения спектра группового сигнала по частоте (например, Доплер - эффект); несинхронность генераторного оборудования передатчика и приемника; нестабильность фазы тактовой частоты и паразитную фазовую модуляцию;

- получена оценка дисперсии интерференционных помех в МУПС с ортогональными гармоническими сигналами - переносчиками;

-получены расчетные соотношения, разработаны методики и программы расчета помех;

- разработана методика расчета вероятности ошибки в МУПС три совместном действии интерференционных и аддишвных помех.

4. Исследована задача коррекции линейных искажений ПФ канала связи для МСП с защитным временным интервалом между последовательно передаваемыми единичными элементами группового сигнала:

- разработан и исследован алгоритм коррекции линейных искажений ПФ канала связи КОДР с адаптацией по критерию максимизации энергии ИР сквозного канала передачи в интервале длительности защитного временного интервала;

-разработаны программные модели гармонических корректоров, настраиваемых по различным алгортмам и оценены результирующие игперференциошйге помехи Доказана высокая эффективность предложенного алгоритма коррекции КОДР;

- предложен метод синтеза корректирующих цепей с базисами, получаемыми ортогональным преобразованием гармонического базиса, который позволяет конструировать на базе гармонического корректоры с иными базисными функциями, например, обладающими локальными частотными свойствами. По предложенной методике синтезирован корректор с базисными функциями, используемыми для интерполяции частотных хара ктеристик и исследованы его характеристики

5. Исследованы методы построения эффективных вычислительных алгоритмов обработки сигналов в МСП:

-для построения алгоритмов модуляции-демодуляции в МУПС рекомендован метод синтеза эффективных быстрых алгоритмов выполнения ДПФ Гуда-Томаса с использованием опшмальных алгортмов Вшюграда для построения ДПФ малой размерности, который обеспечивает высокую вычислительную эффективность алгоритмов БПФ с приемлемой сложностью программной реализации. Синтезирован алгоритм БПФ размерностью Л'= 560 для модема, предназначенного для передачи информации по вторичным широкополосным кагалам и трактам со скоростью 1024 кбит/с в составе аппаратуры "Гамма - ЦТ';

- предложен метод синтеза алгортмов модуляции и демодуляции на основе "быстрой' свертки, по вычислительной эффективности не уступающих алгоритмам на основе ДПФ;

-разработаны алгоритмы коррекции в частотной области линейных искажений ПФ канала связи Вычислительная эффекпшность алгоритмов обусловлена применением алгоритмов БПФ и переходом к аналитическому сигналу.

6. Исследована специфика проявления паразитной фазовой модуляции в МСП, разработаны теоретическая модель воздействия ПФМ га сигналы МСП и расчетная методика оценки мощности интерференционных помех, порождаемых ПФМ:

- предложен общий метод оценки параметров ПФМ по информационному сигналу для МСП с гармоническими сигналами - переносчиками, основанный на минимизации интерференционных помех, порожденных ПФМ, на выходах корреляторов демодулятора МУПС.

-разработаны на основе общего подхода упрощенный алгоритм оценки параметров и адаптивный цифровой алгоритм компенсации многочастотной ПФМ, учитывающие специфику обработки сигналов в приемнике МУПС;

- осуществлено имитационное моделирование системы передачи информации, включающей МУПС, канал связи с ПФМ и аддитивным гауссовым шумом. На этой модели исследован предложенный алгоритм компенсации ПФМ.

7. Разработаны универсальные имитационные программы, включающие модели МСД каналов связи с различными искажениями и помехами, а также сервисные программы по оценке качественных характеристик работы моделей Программный комплекс предназначен для целей САПР.

8. На основании полученных в диссертации результатов выполнено шесть опытно-конструкторских разработок современных МСП, три из которых приняты к серийному производству.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Автоматизация проектирования устройств, систем и сетей связи / Н.В. Захарченко, В.К. Стеклов, НА. Князева, Г.Т. Фомина, В.А. Балашов. -К: Радиоаматор, 1996. -268 с.

2. Панфилов И.П., Нудельман П.Я., Балашов В.А. Методы упрощенной реализации цифровых преобразователей сигналов: Учебное пособие. -Одесса: ОЭИС, 1988. -100 с.

3. Балашов В.А., Нудельман ДЯ, Темесов А.М. Цифровая реализация алгоритмов многочастотных модемов // Электросвязь. -1982. -№ 1. -С. 32-34.

4. Балашов В. А., Нудельман П.Я., Панфилов И.П. К вопросу о точности синтеза опорных сигналов корреляционного приемника П Гибридные вычислительные машины и комплексы: Сб. научи трудов. -К: Наукова думка, 1983. -Вып. 6. -С. 6389.

5. Балашов В.А., Нудельман ПЯ., Павличенко Ю.А. Коррекция сигналов ПД вариацией опорного сигнала корреляционного приемника // Обработка информации в системах связи: Труды учебных инеппутов связи -Л: ЛЭИС, 1981. -С. 98-104.

6. Балашов В. А, Нудельман И Я., Панфилов И.П. О влиянии погрешности реализации коэффициентов аппроксимирующего полинома на точность синтеза заданной переменной функции: Труды учебных инстгаутов связи -JI: ЛЭИС, 1981. -С. 46-52.

7. Балашов В.А., Нудельман ПЯ., Шмидель A.A. Об упрощении моделирования межканальных помех в многоканальных системах связи с разделением сигналов по

форме // Проблемы гибридной вычислительной техники: Сб. тиучн трудов. -К: Научная мысль, 1979. -С. 153-158.

8. О выборе формы передаточных функций приемных устройств в многоканальном модеме, минимизирующих действие сосредоточенных по спектру помех / Балашов В.А., НудельманП.Я, Павличенко Ю.А., Темесов А.М // Проблемы гибридной вычпсгапепьшйтехники: Сб. научн. трудов. -К.: Наукова думка, 1979. -С. 159-166.

9. Балашов В.А О сравнении двух методов борьбы с сосредоточенной по спектру помехой// Вопросы электросвязи Сб. научн трудов. -К: Техника, 1980. -С. 67-72.

10. Балашов В.А Дисперсия мггерференционных помех в многоканальных системах передачи с Найквистовой скоростью передачи Сб. научн. трудов "Информатика и связь". -К.: Техника, 1997. -С. 104-111.

11. Балашов В.А, Кузнецов В.А, Темесов А.М. Метод оцгнки интерференционных помех в многоканальном УПС // Труды УНИИРТ. -Одесса. -1995. -№ 2. -С. 60-66.

12. Балашов В.А., Кузнецов В.А. Алгоритм моделирования расхождения частот задающих генераторов // Труды УНИИРТ. -Одесса. -1995. -№ 3. -С. 42-45.

13. Балашов В.А. Синтез сигналов - переносчиков для многоканальных систем передачи: Сб. научн трудов "Информатика и связь". -Одесса, 1996. -С. 241-248.

14. Балашов В.А., Фомина Г.Т. Оценка параметров и компенсация фазового джиггера в многоканальных УПС Ч Труды УНИИРТ. -Одесса. -1995. -№ 4. -С. 4649.

15. Балашов В.А, Фомина Г.Т. О воздействии паразитной фазовой модуляции на многоканальные системы связи с ортогональными сигналами - переносчиками // Труды УНИИРТ. -Одесса. -1996. -№ 4(8). -С. 31-39.

16. Модем для передачи по широкополосным каналам со скоростью 1024 кбит/с / Балашов В.А., Кузнецов В.А., Кравченко С.Ю., Лев А.Ю. // Труды УНИИРТ. -Одесса. -1996. -№ 4(8). -С. 4-11.

17. Балашов В.А., Рыхтик Ю.Я., Темесов А.М. Исследование вариантов построения эхокомпенсатора для сельских ЦСП: Сб. научн. трудов "Информатика и связь". -К: Техника, 1994. -С. 62-66.

18. Панфилов И.П, Балашов В.А., Юрченко В.В. Высокоскоростные цифровые абонентские линии - современный этап развития связи: Сб. научн. трудов "Информатика и связь". -Одесса, 1996. -С. 5-13.

19. Цифровой предварительный фазовый корректор / Балашов В.А., КишиневскийФ.Г., Король Ю.В., Нудельман П.Я., Спиваковский Е.Л, Темесов АМ и др. // Электросвязь. -1990. -№ 12. -С. 33-34.

20. Метод подавления НЧ составляющих в спектре линейного сигнала цифровых систем передачи // Техника средств связи / Балашов В.А., Нудельман П.Я,, Пашолок П.А, Мельникова Е.Н., Темесов АМ., Фомина Г.Т. Вьш 3. -1990. -С. 65-70.

21. Балашов В.А. Синтез корректирующих устройств на базе гармонического корректора: Сб. научн трудов "Информатика и связь". -Одесса, 1996. -С. 248-253.

22. Балашов В.А, Ахмад Ахмад, Фомина Г.Т. Оптимюация спектра сигнала -переносчика // Помехоустойчивость систем связи: Сб. научн трудов. -Одесса: ОЭИС, 1990. -С. 83-89.

23. Балашов В.А Коррекция линейных искажений в многоканальных системах передачи с защитным временным интервалом: Сб. научн. трудов "Информатика и связь". -К: Техника, 1997. -С. 210-211.

24. Балашов В.А, Абдуллах М., Фомина Г.Т. Моделирование одного алгоритма настройки гармонического корректора // Помехоустойчивость систем связи: Сб. научи, трудов. -Одесса: ОЭИС, 1990. -С. 89-94.

25. Балашов В.А. Эхокомпенсащионный метод разделения сигналов // Труды УНИИРТ. -Одесса. -1998. -№ 1(13). -С. 52-55.

26. Балашов В.А, Кузнецов В.А, Дембицкий С.И Эхокомпенсатор модема по рекомендации \Л-32: Сб. научи, трудов "Информатика и связь". -К.: Техника, 1997. -С. 26-36.

27. Балашов В.А. Метод уплотнения каналов связи с нелинейной амплитудной характеристикой // Труды I Международной научно-технической конференции "Спутниковые системы связи и вещания". -Одесса, 1993. -С. 9-13.

28. Балашов В.А, Фомина Г.Т. Метод оценки параметров и компенсации фазового джиггера в многоканальном модеме // Труды Международной научно-технической конференции "Перспективы развития систем радиосвязи и телевизионного вещания". -Одесса, 1993. -С. 18-22.

29. Балашов В.А, Кузнецов В.А. Адаптивная коррекция в многоканальных УПС // Труды П Международной конференции по электросвязи, телевизионному и звуковому вещанию. УкрТепеКом'95, Одесса, 1995. -С. 422-427.

30. [Нудельман ПЯ. 1 Балашов В.А. О числе ортогональных полосноограниченных сигналов, сконцентрированных в конечном интервале времени // Труды II Международной конференции по электросвязи, телевизионному и звуковому вещанию. УкрТелеКом'95, Одесса, 1995. -С. 418-422.

31. Панфилов И.П., Балашов В.А Системы связи с Найквистовой скоростью передачи // Труды Ш Международной конференции по электросвязи, телевизионному и звуковому вещанию. Укртеяеконф-97. 9-12 сентября 1997. -Одесса. -С. 147-151.

32. Балашов В.А., Кузнецов В.А. ADSL - новая технология высокоскоростного доступа по медной скрученной гире // Труды Ш Международной конференции по электросвязи, телевизионному и звуковому вещанию. Укртелеконф-97. 9-12 сентября 1997. -Одесса. -С. 285-289.

33. Балашов В. А., Кузнецов В.А, Коробейников Р.В. Перспективные технологии цифрового доступа по абонентским линиям // Научно-техническое совещание "Стратегия вхождения Украины в мировое информационное пространство". -К., 1997. -С. 180-184.

34. Балашов В. А., Ахмад Ахмад, Фомина Г.Т. Формирование спектра сигнала ЦСП // Деп в ЦНТИ, "Информсвязь", № 1719. -23 с.

35. Повышение помехозащищенности многоканальных УПС с помощью матричной обработки канальных сигналов / Балашов В.А., Король Ю.В., Нудельман П.Я., Панфилов ИП. -Деп в ЦНТИ, "Информсвязь", № 994-СВ. Реферат опубликованный в БУ, 1987. № 5. -С 102.

36. А.с. 1765879 СССР, МКИ3 Н 04 L 27/22. Гармонический корректор / В.А. Балашов, М. Абдуллах, AM. Темесов. -№ 4869822; Заявлено 24.09.90; Опубл. 01.06.92, Бюл.№ 36.

37. А.с. 1292202 СССР, МКИ3 Н 04 L 27/22. Устройство для детекпфовашга ампгппудно-фазомо^'лпрованных сигналов / В.А Балашов, П.Я Нудельман, B.C. Скляр, E.JI Спиваковский, AM Темесов, И.В. Шевченко. -№ 3780053; Заявлено 8.08.84; Опубл. 22.10.86, Бюл. № 7.

38. А.с. 1297250 СССР, МКИ3 Н 04 L 27/22. Многоканальный модем / В.А Балашов, AT. Байкова, Л.Я Нудельман, А.М. Темесов, Г.Т. Фомина. -№ 3967484; Заявлено 11.10.85; Опубл. 15.11.86, Бюл. № 10.

39. А.с. 1427596 СССР, МКИ3 Н 04 L 27/22. Устройство дня детектирования многочастогных сигналов / В.А. Балашов, Ф.Г. Кишиневский, Ю.В. Король, П.Я. Нудельмад B.C. Скляр, ЕЛ Спиваковский, AM. Темесов. -№ 4229539; Заявлено 13.04.87; Опубл. 1.06.88, Бюл. № 36.

40. Ас. 1117856 СССР, МКИ3 Н 04 L 27/22. Демодулятор многочастотных сигналов с амплитудно-фазовой модуляцией / В.А. Балашов, B.C. Скляр, П.Л. Нудельман, Э.А. Заварина. -№ 3611211; Заявлено 24.07.83; Опубл. 8.06.84, Бюл. №37.

41. A.c. 1070704 СССР, МКИ3 Н 04 L 27/22. Устройство для демодуляции многочастотных амгишу дно-фазомо душфованных сигналов / В.А Балашов, A3. Бураковский, В.Н. Иванов, Е.Е Луцгнко, П.Я. Нудельман, B.C. Скляр, Е.Л Стшваковский, AM. Темесов. -№ 3393688; Заявлено 05.01.82; Опубл. 01.10.83, Бюл. № 4.

42. A.c. 1203716 СССР, МКИ3 Н 04 L 27/22. Устройство доя детектирования фазомодулированных сигналов / В.А. Балашов, В.А. Буряк, С.М. Квирквия, П.Я. Нудельман, В.В. Нестеров. -№ 3781224; Заявлено 16.08.84. Опубл. 08.09.85, Бюл. № 1.

43. Ас. 1125756 СССР, МКИ3 Н 04 L 27/22. Способ многоканальной связи и устройство для его осуществления / В.А. Балашов, С.С. Криль, П Я. Нудельман, Ю.А. Павличенко. -№ 2862675; Заявлено 04.02.80; Опубл. 23.07.84, Бюл.№ 43.

44. Ас. 1224808 СССР, МКИ3 Н 04 L 27/22. Устройство для вычисления разности фаз сигналов с относительной фазовой манипуляцией / В.А. Балашов, В.Е Кошевой, П.Я. Нудельман -№ 3713776; Заявлено 21.03.84; Опубл. 15.13.86, Бюл. № 14.

45. A.c. 1185640 СССР, МКИ3 Н 04 L 27/22. Способ когерентного приема сигналов амшшудно-фазовой модуляции и устройство для его осуществления / В.А. Балашов, П.Я. Нудельман, В.В. Пантелеев, Ю.В. Шевченко. -№ 3633968; Заявлено 05.08.83; Опубл. 15.06.85, Бюл. № 38.

46. Ас. 860276 СССР, МКИ3 Н 04 L 27/22. Способ детектирования фазомодулированных сигналов / В.А. Балашов, П.Я Нудельман, Ю.А. Павличенко, AM. Темесов. Заявлено 31.07.78; Опубл. 1981, Бюл. № 32.

47. A.c. 832749 СССР, МКИ3 Н 04 L 27/22. Способ многоканальной связи с временным разделением каналов и устройство дая его осуществления / В.А Балашов, П.Я Нудельман, Г.П. Попов и др. Заявлено 18.01.79; Опубл. 1981, Бюл. № 9.

48. Принципы построения и алгоритм функционирования аппаратуры ЦСП-АЛ-4 / Балашов В.А., Вайкан Н.П., Макеев AM., Рябошапченко С.Н. // МНПК "Системы и средства передачи и обработки информации" (ССПОН). -Одесса, 1997. -С 25.

49. Балашов В.А. Некоторые свойства систем сигналов, обеспечивающих Найквистовую скорость передачи // МНПК "Системы и средства передачи и обработки информации" (ССПОИ). -Одесса, 1997. -С 21.

50. Балашов В.А., Кузнецов В.А Эффективная реалшациа корректора и вычислителя аналитического сигнала в приемнике многоканального модема. // МНПК "Системы и средства передачи и обработки информации" (ССПОИ). -Одесса, 1997. -С 23.

51. Балашов В.А., Одинцов Б.В. Цифровые системы передачи по абонентским линиям связи Тезисы доклада. НТК "Современные проблемы телекоммуникации". -Львов, 1996. -С. 25.

52. Балашов В.А., Вайкан НП., Рябошапченко С.Н. Основные характеристики и функциональные особенности цифровой системы передачи по абонентским линиям связи - ЦСП-АЛ-4: Тезисы доклада. НТК. "Современные проблемы телекоммуникации". -Львов, 1996. -С. 33.

53. Балашов В.А Современные высокоскоростные УПС для КВ радиоканала: НТС. Доклад // Современное состояние и перспективы развития средств передачи цифровой информации по каналам связи СПИ - 94. -Одесса, 1994.

54. Дуплексная цифровая система передачи по двухпроводным физическим линиям / Балашов В.А., Одинцов Б.В., Гуцалюк А.К., Рыхтик Ю.А. / Доклад // Современное состояние и перспективы развитая средств передата цифровой информации по каналам связи СПИ - 94. -Одесса, 1994.

Балашов В.А. Теоретические и реализационные основы построения многоканальных систем передачи с ортогональным разделением сигналов. -Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.12.14 - теория телекоммуникаций. Украинская государственная академия связи им. АС. Попова, Одесса, 1998.

Диссертационная работа посвящена развитию теоретических и реализационных основ построения современных систем передачи с оптимальными ортогональными сигналами, обеспечивающими высокую эффективность передачи информации по каналам связи с ненормированными и нестабильными характеристиками, линейными искажениями ПФ, аддиптными и мультипликативными помехами Разработаны теоретические модели МСП с ортогональными сигналами и универсальные методики расчета интерференционных помех, порождаемых линейными искажениями ПФ канала связи, формирующих и приемных фильтров, несинхронностьто генераторов, нестабильностью тактовой частоты, мультипликативными помехами Разработаны методики синтеза огпимальных сигналов, удовлетворяющих обобщенному критерию Найквиста; эффективные в вычислительном отношении оптимальные адаггшвпые алгоритмы цифровой обработки сигналов в МСП; методики моделирования и универсальные программные мо дели МСП

Ключевые слова: многоканальные системы передачи, ортогональное разделение, интерференционные помехи, помехозащищенность, коррекция, корреляция.

Балашов В. О. Теоретичш та реашацшш основи побудови багатоканальню систем передача з ортогоналышм роздшенням сигнал1в. - Рукопис.

Дисергацш на здобути вченого ступе ня доктора техшчних наук зг спещальноспо 05.12.14 - теорк телекомуншацш. Украшська державна академи зв'язку iM. О. С. Попова, Одеса, 1998.

Дисертацдша робота присвячеш розвитку теоретичшix i реалиащйних ochoi побудови сучасних систем передач! з огоимальними ортогональными сигналами, щс забезпечують високу ефектившсть передач! шформаыц по каналах зв'язку : ненормованими i нестабшьними характеристиками, лшшними спотвореннями ПФ адигиБними i муль-щпткативними завадами Розроблено теоретичш моделг БСП : ортогональними сигналами i унмерсалып методики розрахунку шгерференцшню завад, що породжуються лшшними спотвореннями ПФ каналу зв'язку, фшьтргв, хц< формують та прхшмальних фшьтргв, несинхроншстю гецераторш, нестабш>шсш тактово: частота, мультишикативними завадами Розроблено методики синтезу оптимапышх сигнагив, що задовояьшть узагальненому кригерно HaikBicra ефективш в обчислювальному ввдношент огоимальт адагпивт алгоршми цифроио обробки сигнал]]! в БСП; методики моделювання i ушверсальш програмш модел БСП.

Ключов1 слова: багатоканальн! системи передач], ортогональна роздшення штерференц!Йт завади, завадозахистсть, корекщя, кореляцк.

Balashov V. A. Theoretical and implementation basics of building of multichanne transmission systems with orthogonal signal division. -Manuscript

Thesis for a doctor's degree by speciality 05.12.14 - theory of telecommunications Ukrainian State Academy of Telecommunications of A.S. Popov, Odessa, 1998.

The dissertation is devoted to development of theoretical and implementation basic of building of modem transmission systems with optimal orthogonal signals, providini high-performance data transmission on telecommunication channels with irregular am unstable characteristics, linear distortions of transfer function, additive and multiplicativi noise. Theoretical models of multichannel transmission systems with orthogonal signal and universal computation methods of interference, generated by linear distortions о communications channel, generating and receiving filters, asynchronous generations unstableness of clock rate, multiplicative noise were worked out Methods of optimal signa synthesis, satisfying Niquist generalized criterion; computationally effective optima adaptive algorithms of digital signal processing in multichannel transmission systems modeling methods and universal software models of multichannel transmission system were developed.

Key words: multichannel transmission systems, orthogonal division, interference noiseproof, correction, correlation.