WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Муравицкий Никита Сергеевич

АЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ

СИГНАЛОВ В СИСТЕМЕ СВЯЗИ НА ОСНОВЕ

АНТЕННЫХ РЕШЕТОК

Специальность

05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Таганрог 2010 г.

2

Работа выполнена на кафедре Теоретических основ радиотехники (ТОР) Технологического института Южного Федерального университета (ТИ ЮФУ) в г. Таганроге

Научный руководитель: – доктор технических наук, профессор Федосов Валентин Петрович (Технологический институт ЮФУ, г. Таганрог)

Официальные оппоненты: – доктор технических наук, профессор Плаксиенко Владимир Сергеевич (Технологический институт ЮФУ, г. Таганрог) – кандидат технических наук, доцент Гришков Александр Федорович (Заместитель директора ФГУП «Таганрогский НИИ Связи», г. Таганрог)

Ведущая организация: – ФГУП ВНИИ «ГРАДИЕНТ», (г. Ростов-на-Дону)

Защита состоится « 30 » августа 2010 г. в 16-10 часов в ауд. Д-406 на заседании диссертационного совета Д 212.208.20 при федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге по адресу: 347928, Ростовская область, г. Таганрог, ГСП-17А, пер. Некрасовский, д. 44.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке Южного федерального университета по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью организации, просим направлять по адресу: 347928, Ростовская область, г. Таганрог, ГСП-17А, пер. Некрасовский, 44, ТИ ЮФУ в г. Таганроге, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.208.20.

Автореферат разослан « 14 » июля 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.208. кандидат технических наук, доцент Савельев В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ





Актуальность работы. Одной из главных проблем в развивающейся области беспроводных систем связи является значительное увеличение темпа передачи данных и повышение качества обслуживания пользователей. Эта проблема особенно актуальна в мобильных (сотовых) системах связи и в беспроводных компьютерных сетях, работающих в сложных условиях распространения сигналов.

Пропускная способность (ПС) системы возрастает при расширении частотной полосы или увеличении излучаемой мощности. Однако такие «традиционные» пути увеличения скорости передачи данных имеют свои пределы.

Для решения этих проблем в современных системах связи используют антенные решетки (АР) на обоих концах линии связи, то есть применение так называемых МІМО (multiple input – multiple output) систем, которые позволяют более эффективно использовать мощность передатчика и бороться с замираниями сигналов. Увеличение эффективности достигается за счет использования методов пространственно-временной обработки (кодирования), обеспечивающих передачу и прием параллельных потоков информации.

Исследования пропускной способности MIMO-системы, показывают, что ПС в условиях релеевских замираний сигналов она может быть увеличена пропорционально числу антенн по сравнению с обычными системами с одной передающей или с одной приемной антенной без повышения излучаемой мощности и расширения полосы частот.

Несмотря на бурное развитие подобных систем, остаются не рассмотренными вопросы применения в них методов, использующих пространственную фильтрацию сигнала, где согласование с каналом происходит только на стороне приемника. Данные методики широко применяются в радиолокации и гидроакустике для выделения полезного сигнала и подавления активных или пассивных помех. При этом возникает вопрос о возможности использования пространственной фильтрации в системах связи.

Особенностью систем беспроводной связи является разное число передающих и приемных антенн. Когда число антенн пользователя больше, чем у базовой станции (БС) встает вопрос об эффективном их использовании. Из теории антенных решеток хорошо известно, что такие антенны обладают возможностью пространственного разделения сигналов. Физический принцип такого разделения основан на адаптивном формировании системы ортогональных лучей, для чего предлагается предварительно оценивать направления прихода сигналов от пользователей. Несмотря на сложности оценки прихода сигналов, метод пространственной фильтрации на приемной стороне представляет особый интерес и недостаточно рассмотрен в литературе.

Таким образом, актуальным является развитие теории адаптивной пространственной обработки сигналов в многоканальных информационных системах различного назначения, а также исследование сравнительной эффективности этих систем в сложных условиях распространения сигналов и отсутствия априорной информации о параметрах канала.

Цель и задачи работы. Целью диссертации является повышение эффективности систем радиосвязи с использованием антенных решеток на основе разработки адаптивного алгоритма обработки пространственно-временных сигналов на приемном конце линии связи, обеспечивающего максимизацию диаграммы направленности приемной антенны на сигнал с максимальной мощностью и подавления интерферирующих сигналов с меньшими мощностями.





Для достижения сформулированной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать модель многолучевого релеевского канала радиосвязи с переотражениями при медленных замираниях.

2. Доработать модели сигналов и шумов в канале и приемном устройстве.

3. Разработать алгоритм адаптации приемной антенной решетки для настройки приема на сигнал с наибольшей мощностью сигнала и исключения интерферирующих сигналов с малыми мощностями.

4. Выполнить сравнительный анализ эффективности разработанного алгоритма по части пропускной способности и уровня вероятности ошибочных решений при декодировании информации на основе машинного эксперимента.

Методы исследования основаны на использовании теории пространственно-временных сигналов, линейной алгебры и векторно-матричного анализа, теории вероятности, методов статистического моделирования на ПЭВМ.

Научная новизна. В диссертационной работе получен ряд новых результатов, основные из которых сводятся к следующему:

1. Доработана модель многолучевого релеевского канала с учетом применения блочных антенных решеток для приема информации.

2. Разработан адаптивный алгоритм обработки пространственновременных сигналов на выходах приемных антенных решеток, обеспечивающий ориентацию эквивалентной приемной диаграммы направленности на сигнал с наибольшей мощностью и подавление сигналов с меньшими мощностями.

3. Проведен анализ эффективности разработанного алгоритма.

Практическая ценность. Разработанный адаптивный алгоритм при априорной неопределенности относительно параметров и характеристик канала связи обладает в 1,3 раза меньшей вероятностью ошибочного приема информации при отношении сигнал/шум q = 0 дБ, в 10 раз - при 6 дБ и в 30 раз – при 8 дБ. Пропускная способность возрастает при тех же отношениях сигнал/шум соответственно на 72%, 42% и 24% для системы с двумя приемными пространственными трактами и с использованием адаптивной системы приемника на основе блочной восьмиэлементной антенной решетки по сравнению с пропускной способностью аналогичной системы связи без адаптации.

Достоверность результатов подтверждается использованием в процессе исследований адекватных описательных и математических моделей, корректным использованием математического аппарата и логической обоснованностью выводов, а также подтверждением полученных результатов методами имитационного моделирования.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Доработанная модель релеевского канала применительно к системе связи на основе AP, как на передачу, так и на прием сигналов с кодами на основе фазоманипулированных колебаний.

2. Адаптивный алгоритм обработки пространственно-временных сигналов на выходах приемной антенной решетки при априорно неизвестных параметрах и характеристиках релеевского канала с переотражениями.

3. Результаты сравнительного анализа вероятностей ошибок приема сигналов пропускной способности для алгоритмов с адаптацией и без адаптации.

Внедрение результатов работы. Полученные научные и практические результаты работы были использованы в разработках предприятия ООО НПП «СПЕЦСТРОЙ-СВЯЗЬ», также используются в учебном процессе на кафедре Теоретических основ радиотехники ТИ ЮФУ в г. Таганроге. Кроме того, результаты работы использовались при выполнении г/б НИР.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

Международной научной конференции «Статистические методы в естественных, гуманитарных и технических науках», Таганрог, 2006 г.;

Международной научной конференции «Технологии National Instruments в науке, техники и образовании», Таганрог, 2006 г.;

Международной научной конференции «Цифровые методы и технологии», Таганрог, 2005 г.;

Международной научной конференции «Проблемы развития естественных, технических и социальных систем», Таганрог, 2007 г.;

Международной научной конференции «Методы и алгоритмы принятия эффективных решений» Таганрог, 2009 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей, в том числе из них в журналах из списка ВАК Структура диссертационной работы. Диссертационная работа изложена на 178 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Список литературы включает в себя 73 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и основные задачи, решаемые в диссертационной работе. Кратко приведено содержание по главам и основные результаты, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены общее описание работы системы MIMO, использующую методы пространственно-временной обработки, ее характерные особенности и приведен анализ методов по построению систем MIMO.

Обоснованы цели и сформулированы задачи исследований Проведен анализ существующих методов пространственно-временной обработки, рассмотрены их принципы работы.

Рассмотрена общая схема MIMO, использующая S передающие и U приемные антенны, как это показано на рис. 1. Из анализа рисунка следует, что пространственно-временное кодирование необходимо для преобразования последовательной формы кода в параллельную, и обратно – из параллельной в последовательную форму кода переданных информационных данных. Блок, который выполняет последовательно-параллельное преобразование в перепараллельное датчике, является пространственно-временным кодером. Обратный процесс странственно-временном декодере в приемнике.

Система MIMO может быть описана в векторно = HX + N, где Y является вектором-столбцом размерностью U1 состоящий из принятых сигналов yj, X – это тоже вектор-столбец S1 составленный из переданных сигналов xi, N – вектор-столбец составляющих шума nj, и H – матрица размером SU, состоящая из коэффициентов передачи hj,i канала связи.

Рассмотрены основные понятия обработки сигнала в MIMO-системах.

Классифицированы и анализированы методы обработки позволяющие макобработки, симально использовать ПС канала. Рассматривается наиболее простой класс пространственно-временного (ПВ) кодирования – блочное кодирование.

Также упоминается о пространственно-временном решетчатом кодировании.

Описывается метод пространственного мультиплексирования (ПМ) разраборазраб танный лабораторией Bell Labs.

Проанализированы методы пространственно-временного декодирования сигналов в MIMO-системах. Декодирование служит для исключения возде ботки сигналов в MIMO-системах без обратной связи являются: метод Zero Forcing, оценка по минимуму среднеквадратической ошибки (МСКО (МСКОприемник), максимально правдоподобная оценка принятых символов (МП (МПприемник), ортогональное блочное пространственно алгоритмы V-BLAST и D-BLAST (Bell laboratories LAyered Space-Time) пространственного декодирования. Среди рассмотренных решене решенено использовать методы МП и МСКО, позволяющие достаточно эффективно и без ли лишней вычислительной сложности декодировать принятую последовательность сигналов.

Рассмотрен также метод, использующий сингулярное разложение канальканал ной матрицы с целью улучшения эффективности передачи при низком входпер ном соотношении сигнал/шум. Выполнен анализ зависимости пропускной способности канала, указывающие на данную особенность метода. Показано, что этот метод не очень эффективен при малом числе элементов антенн на передающей и приемной сторонах.

Другим рассмотренным методом, является метод с переключением антенн для улучшения приема сигнала. Он использует меньшее число радиочастотных приемных и передающих трактов, чем число элементов антенн. Выбор антенны на прием или передачу осуществляется согласно оптимальному критерию. Рассмотренные зависимости вероятности принятия ошибочного бита позволяют судить о его хорошей эффективности.

Сделан вывод о том, что все рассмотренные способы, направленные на улучшение приема сигнала не используют пространственную фильтрацию сигналов в прямом виде с целью исключения интерферирующих сигналов, приводящих к замираниям в канале. Несмотря на то, что система MIMO изначально способна решать проблему замираний по причине использования АР в приемнике и передатчике, представляется интерес применения адаптивного формирования лучей в пространстве на источник с максимальной мощностью. Полагается, что в сложных городских условиях распространения сигнал достигает приемника по случайным путям (траекториям) в пространстве. Использование блоков АР состоящих из ненаправленных элементов позволяет применить современные методы формирования лучей цифровой диаграммы направленности (ДН) с целью ее совмещения с направлением прихода сигнала. При этом сигналы, пришедшие по другим траекториям распространения, не будут оказывать влияние на основной сигнал. Потенциально это позволит увеличить выходное соотношение сигнал/шум, что приведет к уменьшению ошибок в канале и поможет тем самым более эффективно использовать пропускную способность канала. На основании анализа сформулированы цель и задачи, которые необходимо решить для ее достижения.

Во второй главе предложена и рассмотрена модель многолучевого канала связи, использующая АР на приемной и передающей сторонах. Данная модель была разработана консорциумом по сетям связи третьего поколения 3GPP. Модель имеет следующие особенности: 1) Используется геометрический метод описания канала, где прием в любой точке представлен суммой всех сигналов, прошедших через окружающую среду и принятых антенной в отдельный момент времени. Каждый сигнал описан своей мощностью и задержкой, и может быть разложен на большое количество составляющих, которые являются электромагнитными волнами с плоским фронтом (дальняя зона), совместно использующие общую частоту (несущую частоту передаваемого сигнала). 2) В модели допускается, что все волны распространяются параллельно X-Y плоскости. 3) Предполагается, что канал представляет собой двунаправленную систему, где БС и МС (мобильное устройство) оба могут быть и приемником, и передатчиком. 4) Для пространственного разнесения используются антенные решетки на передаче и приеме.

В доработанной модели в БС используется антенная решетка из S элементов и излучается сигнал в направлении подвижного МС, в которой также используется антенная решетка из U элементов для приема сигнала при заданном количестве временных отсчетов в выборке. Сигнал достигает приемника через N независимых путей распространения (рис. 2), каждый из которых описывается принятой мощностью сигнала и задержкой.

Таким образом, формируется N зависимых во времени матриц размером SU. Сумма этих матриц описывает полную реализацию канала:

Целью моделирования является формирование коэффициентов hS,U,n(t) (s = 1…S, u = 1…U) для каждой матрицы HS,U,n(t) (n = 1…N) и отдельного момента времени.

Рис. 2. Лучевая модель распространения сигнала Каждый коэффициент матрицы канала вычисляется согласно выражению:

где Pn – мощность сигнала, поступающего в приемную антенну по n-му пути в канале; N – количество путей (и кластеров) распространения сигнала; M – количество подпутей (число смежных траекторий распространения сигнала) на один путь; S – число антенн АР БС; U – число антенн АР МС; n, m – фаза m-го подпути n-го пути; n,m,AoD – абсолютный угол передачи сигнала по траектории с индексом (m, n) относительно БС; n,m,AoA – n,m,AoA – абсолютный угол приема сигнала по траектории с индексом (m, n) относительно МС;

GBS(.) – коэффициент усиления каждой антенны БС; GMS(.) – коэффициент усиления каждого каждой антенны МС; j – здесь обозначает мнимую единицу; k – волновое число 2/, где является длиной волны несущего колебания выраженное в метрах; ds – расстояние от антенны БС до опорной антенны (для опорной антенны s = 1, d1 = 0); du – расстояние от антенны МС до опорной антенны (для опорной антенны u = 1, d1 = 0); v – значение модуля вектора скорости движения МС; v – угол направления движения МС.

Канал связи характеризуется тремя различными средами распространения. Все они описывают распространение сигнала в городских условиях, при различных степенях застройки. Рассмотрены три окружающие среды распространения: 1) загородный макроэлемент; 2) городской макроэлемент; 3) городской микроэлемент. Расстояние между базовыми станциями в первой и второй моделях равно 3 км, в третьей меньше 1 км.

Для городского и загородного макроэлементов потери на трассе основаны на городской модели распространения сигнала, модифицированной в COST 231 Hata, которая описывается выражением:

PL дБ = 44,9 6,55lg где hBS и hMS – высоты расположения антенн базовой и мобильной станций [м]; fc – несущая частота [МГц]; d – дистанция [м] между антенными решетками БС и МС; С – константа (С = 0 дБ для загородной среды и С = 3 дБ для городской среды).

Для случая распространения сигнала согласно модели микроэлемента потери при распространении в случае отсутствия прямой видимости между передатчиком и приемником определяются согласно на модели COST Walfish-Ikegami. Выражение для оценки затухания выглядит следующим образом:

предположении, что рассеиватели равномерно распределены внутри окружности радиуса r0. Таким образом, показано на рис. 3. Функция плотности вероятности углового распределения рассеивателей для круговой модели отражений в канале имеет вид модель отраже- где sin max = r0 / D, D – расстояние между БС и МС. Вений в канале В модели распространения сигналов в пространстве учитывается корреляция между ее основными параметрами: AS (угловое СКО), DS (СКО задержки распространения сигналов), SF (СКО теневого затухания).

Согласно представленной модели распространения сигнала, полную пропускную способность канала C(t) в отдельный момент времени t можно вычислить по формуле:

Здесь – входное соотношение сигнал/шум, IU – единичная матрица размерностью UU, det() означает детерминант матрицы. Матрица HU,S,n находится согласно формуле (1) и HHU,S,n – эрмитова сопряженная матрица.

При использовании всенаправленных элементов АР на передачу и прием, результаты моделирования пропускной способности системы связи для различных вариантов конфигурации MIMO-систем представлены на рис. 4.

манипуляцией: BPSK, QPSK, 8-PSK.

Поскольку в работе используется пространственная фильтрация, проведен анализ методов синтеза весовых коэффициентов. Из анализа было подчеркнуто, что оптимальным методом для этой задачи является использование метода синтеза весовых коэффициентов по критерию максимума отношения сигнал/шум, где используются средства линейной алгебры для нахождения собственных чисел входной корреляционной матрицы канала.

В третьей главе предложен алгоритм расчета матрицы коэффициентов канала основанный на модели 3GPP с учетом того, что сигнал передается от одного передатчики одному приемному устройству и имеет только вертикальную поляризацию. Расчет выполняется отдельно для каждого из тех типов среды распространения сигнала и представлен в виде определенной последовательности операций. Результатом является матрица коэффициентов канала, характеризующая заданную среду распространения и учитывающая основные параметры БС и МС.

Разработан алгоритм адаптивной пространственной фильтрации в системе связи на основе АР. В результате выполнения алгоритма адаптивной обработки сигнала в приемнике формируется массив, представляющий собой декодированную информационную последовательность битов, переданных через канал связи.

Работает алгоритм следующим образом. После формирования исходной цифровой последовательности в передатчике, она поступает в модулятор, который преобразует последовательность битов в последовательность символов, согласно используемому типу модуляции BPSK, QPSK или 8-PSK.

Далее сигнала поступает на пространственно-временной кодер. В данной работе кодером представляется мультиплексор, который разделяет сигналы на несколько независимых потоков, равных числу элементов антенн БС. После нормировки мощности каждого из потоков сигнал излучается в пространство и умножается на рассчитанную ранее матрицу канала. В результате получаются значения сигналов на входах элементов антенной решетки приемника. На рис. 5 представлена структурная схема передающего устройства.

Следующим этапом является адаптивная обработка принятого сигнала, с целью улучшения ОСШ. Согласно представленному методу адаптации все элементы антенной решетки делятся на блоки, каждый из которых включает в себя определенное количество антенн. Число элементов в блоках k является одинаковой величиной и зависит от общего числа элементов антенны, и количества пространственных радиотрактов. Разбиение на блоки можно пояснить рис. 6. Адаптация производится по критерию максимизации ОСШ. Согласно критерию, необходимо вычислить пространственную корреляционную матрицу входного сигнала. Корреляционная матрица вычисляется для вектора сигналов одного антенного блока.

перемножения этого вектора и вектора входных сигналов получается значение соответствующее сигналу на выходе адаптивного устройства. Следует отметить, что эквивалентное число антенн после преобразования будет равно количеству антенных блоков.

Далее рассмотрено преобразование матрицы канала, которая в исходном состоянии является полной матрицей с размерностью соответствующей общему числу передающих и приемных элементов антенн. После адаптации сигналы отдельных блоков объединяются и образуют один поток данных или один пространственный тракт, который в свое время соответствует выходному сигналу одной эквивалентной антенне. Для правильного пространственновременного декодирования необходима матрица канала соответствующая эквивалентному числу приемных антенн, поэтому потребуется преобразование исходной матрицы канала к эквивалентной.

Далее по одному из критериев происходит оценка вектора переданных символов. В работе при моделировании рассматривается два критерия: максимального правдоподобия и минимальной среднеквадратической ошибки.

Первый из критериев определяется следующим векторным произведением:

X = H †Yw, где (†) означает псевдообращение матрицы; X – оценка переданного вектора сигналов.

Согласно второму критерию оценка находится следующим образом:

Для восстановления исходных сигналов переданного сообщения в демодуляторе используется метод разделения сигнального пространства на угловые секторы шириной 2/B (B – число дискретных значений фаз при манипуляции сигнала) и дальнейшей проверки на принадлежность принятого символа тому или иному сектору. Структурная схема приемника приведена на рис. 6.

Рис. 6. Структурная схема приемного устВ этом случает оценку канаройства основными методами:

где Xt – обучающий вектор, TS – длина обучающей последовательности векторов.

Для максимизации нижней пропускной способности канала при его оценке, оптимальная обучающая последовательность должна представлять собой матрицу с ортонормированными столбцами. Такой матрицей является единичная матрица. Второй параметр, который оптимизирует оценку матрицы, является длина обучающей последовательности. Как было рассмотрено в работе, для любого ОСШ на входе приемника установка длительности последовательности равной числу элементов АР передатчика является оптимальной.

Таким образом, синтезирован адаптивный алгоритм пространственной фильтрации сигналов для многолучевого канала, использующий выходные сигналы блоков приемной антенной решетки. Алгоритм основан на линейном преобразовании входного сигнал, где используются методы линейной алгебры для определения весовых коэффициентов антенного блока. Представлена структурная схема системы связи с использованием разработанного алгоритма (рис. 6).

В четвертой главе рассматривается вопросы исследования эффективность системы связи с использованием адаптивного алгоритма пространственной фильтрации методом имитационного моделирования (ИМ). Исследование производится путем фиксирования возможного количества битовых ошибок, возникающих в канале при передаче случайной цифровой последовательности данных. При этом принимаемый сигнал находится под влиянием различных воздействий, несущих случайный характер.

Эффективность алгоритма оценивалась в соответствии с выражением:

PBER = Nош / Nобщ, где Nош – количество ошибок возникших при передаче битвой последовательности данных, Nобщ – общее число передаваемых бит передаваемого сообщения. Объем выборки, для оценки вероятности ошибки на бит PBER, должен составлять порядка 1000 отчетов, что обеспечивает относительную погрешность в определении вероятностных характеристик в пределах 1%.

Для оценки эффективности разработанного алгоритма были проведены следующие исследования:

1. Определены зависимости вероятности появления ошибочного бита от входного отношения сигнал шум при различных параметрах модели канала.

Были найдены, каким образом влияют на эффективность алгоритма следующие параметры: число антенн на передающей и приемной сторонах, число антенн в каждом из блоков приемной антенны, межэлементное расстояние в решетке передатчика и приемника, тип используемой модуляции для передачи сигнала в канале.

2. Оценена средняя пропускная способность через канал в зависимости от заданного ОСШ для различных случаев обработки сигналов.

При изучении влияния числа антенн решетки необходимо отметить то, что в используемой модели системы связи используется пространственное мультиплексирование, особенность которого заключается в том, что число антенн на передающей стороне S должно быть всегда больше чем на приемной U, т.е. S U.

При проведении эксперимента использовались следующие параметры модели канала: число элементов антенны на передающей стороне равно 2-м и 4м, на приемной - 16-ти; эквивалентное число антенн на приемной стороне равно 2-м и 4-м; моделируется канал с числом траекторий распространения сигнала в пространстве, равным N = 6 и M = 20; угловое СКО сигнала на передаче равно 20; угловое СКО сигнала на приеме 350; межэлементное расстояние АР БС равно 2, решетки МС равно 0,5; расстояние между БС и МС равно 1 км; модель канала соответствует городскому распространению сигнала; частота несущего колебания равна 2,4 ГГц.

На рис. 7 – 9 представлены рассчитанные зависимости вероятности символьной ошибки для различных случаев количества элементов АР на приемной и передающей сторонах. Для этих зависимостей число антенн на передающей стороне и эквивалентное число антенн на приемной оставалось равным 2-м, изменялось только число антенн в блоке – 8, 4 и 2.

Из рис. 7 - 10 можно судить об эффективности применения разработанного алгоритма. Во всех случаях использование пространственной фильтрации дает преимущество перед типичной системой связи без использования фильтрации. Так при числе антенн в блоке, равном 8, выигрыш по ошибке при ОСШ равном 8 дБ составляет 30 раз. При уменьшении числа избыточных антенн в блоке, также наблюдается эффективность алгоритма. Это можно увидеть, сравнивая зависимости, представленные на рисунках 7 - 10.

Рис. 7. Вероятность появления ошиб- Рис. 8. Вероятность появления Вероятность приема ошибочного символа Рис. 9. Вероятность появления ошиб- Рис. 10. Пропускная способность ки при приеме символа при S = 2, системы в зависимости от ОСШ при U = 4 и числе антенн в блоке равном 2 2-х элементной передающей АР На рис. 10 показаны рассчитанные зависимости пропускной способности системы от ОСШ на входе приемника. Видно, что предложенный алгоритм также дает выигрыш в пропускной способности системы.

Таким образом, в работе показано, что использование пространственной фильтрации в сложных условиях распространения сигналов повышает эффективность приема сигналов. Вероятность приема ошибочного символа при этом снижается от 1,5 до 30 раз в диапазоне ОСШ от нуля до 8 дБ при числе передающих антенн, равном 2-м, числе приемных, равном 16-ти, по 8 антенн в каждом из антенных блоков. Эффективность алгоритма также наблюдает и при меньшем числе элементов антенн, равном 4-м и 2-м.

Предложенный алгоритм обеспечивает повышение пропускной способности канала во всем диапазоне ОСШ, к примеру, при ОСШ равном 20 дБ повышение составляет от 1,1 до 1,5 раз в зависимости от числа элементов в блоке АР.

В ходе исследования было выявлено, что при уменьшении межэлементного расстояния от 0,3 до 0,1 наблюдается улучшение эффективности работы алгоритма. Однако при межэлементном расстоянии равном 0,4, предложенный алгоритм является малоэффективным по причине слабой корреляции сигналов между соседними элементами АР.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Представлены основные принципы построения систем связи на основе использования АР на передающей и приемной сторонах.

2. Проведен анализ методов повышения эффективности передачи информации, один из которых основан на применении обратной связи с передатчиком, другой – на использовании переключения антенн, с целью уменьшения числа приемо-передающих радиочастотных трактов.

3. Изучена и доработана модель релеевского канала с многолучевым распространением поля с учетом траекторий сигнала, их направления, мощности сигнала для вертикального типа поляризации.

4. Разработан адаптивный алгоритм обработки пространственновременных сигналов в системе радиосвязи на основе антенных решеток, позволяющий применять пространственную фильтрацию сигналов с целью улучшения параметра ОСШ. Алгоритм при незначительном усложнении обычной системы связи на основе АР позволяет фильтровать сигналы пространственным способом, формируя ДН в направлении на сигнал с максимальной мощностью, исключая при этом все остальные сигналы, ведущие к замираниям на входах элементов приемной АР.

5. Выполнен сравнительный анализ эффективности разработанного алгоритма на основе оценки пропускной способности и вероятности символьных ошибок в зависимости от ОСШ в каждом из приемных трактов. Показано, что использование пространственной фильтрации в сложных условиях распространения сигналов повышает эффективность приема сигналов. Вероятность приема ошибочного символа при этом снижается от 1,5 до 30 раз в диапазоне ОСШ от нуля до 8 дБ при числе передающих антенн, равном 2-м числе, приемных, равном 16-ти (по 8 антенн в каждом из антенных блоков).

При этом эффективность алгоритма также наблюдает и при меньшем числе антенн в блоке, при 4-х и 2-х.

6. При сравнении пропускной способности для метода адаптации передатчика, основанном на сингулярном преобразовании матрицы канала, было замечено, что использование метода пространственной фильтрации в приемном устройстве повышает пропускную способность канала во всем диапазоне ОСШ. К примеру, при ОСШ равном 20 дБ повышение составляет от 1,1 до 1,5 раз в зависимости от числа антенн в блоке.

7. Выполнено моделирование системы связи MIMO с использованием разработанного алгоритма на ПЭВМ с применением пакета MATLAB.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Муравицкий Н.С. Оценка характеристик канала для пространственновременной системы связи BLAST // Матер. Межд. научн. конф. «Статистические методы в естественных, гуманитарных и технических науках» ч. 3 – Таганрог: «Антон», ТРТУ,2006. – С. 48-51.

2. Муравицкий Н.С., Вечирний В.В. Реализации целочисленного дискретного преобразования Фурье в среде LabVIEW // Матер. Межд. научн. конф.

«Технологии National Instruments в науке, техники и образовании» – Таганрог: «ТРТУ», 2006. – С. 51-59.

3. Муравицкий Н.С. О пространственно временном кодировании в много пользовательской системе BLAST // Матер. Межд. научн. конф. «Цифровые методы и технологии» ч. 3 – Таганрог: «Антон», ТРТУ, 2005. – С. 23-26.

4. Муравицкий Н.С. Моделирование многопользовательской системы связи на основе антенных решеток // Матер. Межд. научн. конф. «Проблемы развития естественных, технических и социальных систем» – ч. 4 – Таганрог:

ТТУ ЮФУ, 2007. – С. 49-52.

5. Федосов В.П., Кучерявенко С.В., Муравицкий Н.С. Техническая реализация и результаты испытаний пространственно-временного компенсатора отражений от подстилающей поверхности // Колл. монография «Радиоэлектронные системы локации и связи». – М.: Радиотехника, 2008. - С. 56- 6. Федосов В.П., Кучерявенко С.В., Муравицкий Н.С. Повышение эффективности радиосвязи в релеевском канале на основе антенных решеток // Колл. монография «Излучение и рассеяние электромагнитных волн». – М.:

Радиотехника, 2008. - С. 195- 7. Муравицкий Н.С. Информированный и неинформированный передатчики в системе связи MIMO // Матер. Межд. научн. конф. «Методы и алгоритмы принятия эффективных решений» ч. 3. – Таганрог, ТТИ ЮФУ, 2009. – С. 62 – 67.

ЛР №020565 от 23 июня 1997 г. Подписано к печати "10".06.2010 г.

Формат 60х841/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Типография Технологического института Южного федерального университета в г.Таганроге

 
Похожие работы:

«Прокошев Валерий Валерьевич Методы и программные средства исследования особенностей распространения пакетов данных в динамических телекоммуникационных сетях Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владимир 2012 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Владимирский государственный...»

«БАРСКИЙ ДМИТРИЙ РУДОЛЬФОВИЧ МЕТОДЫ АНАЛИЗА И СНИЖЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭФФЕКТОВ В РАДИОЧАСТОТНЫХ ТРАКТАХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СЛОЖНЫХ МУЛЬТИЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2010 2 Работа выполнена на кафедре радиоприборов Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (технического университета) Научный...»

«ЛЮБОПЫТОВ Владимир Сергеевич КОМПЕНСАЦИЯ МЕЖСИМВОЛЬНОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ В ЦИФРОВЫХ КАНАЛАХ НА ОСНОВЕ ДРОБНО-ИНТЕРВАЛЬНОЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ КОРРЕКЦИИ Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа – 2013 Работа выполнена на кафедре телекоммуникационных систем ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Научный руководитель : д-р техн. наук Багманов...»

«ВАСИЛЕНКО ГЛЕБ ОЛЕГОВИЧ РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОГНОЗА УРОВНЕЙ СИГНАЛОВ В РАДИОЛИНИЯХ УВЧ И СВЧ ДИАПАЗОНОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ПРИ ПОСТРОЕНИИ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ 05.12.07 - Антенны, СВЧ устройства и их технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт-Петербург 2011 Работа выполнена на кафедре Технической электродинамики и антенн СанктПетербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича....»

«КРАСНОВ Михаил Игоревич АЛГОРИТМЫ И УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ СВЕРХБОЛЬШИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ ДЛЯ РАДИОАППАРАТУРЫ Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2010 Работа выполнена на кафедре Радиоприемных устройств Московского энергетического института (Технического университета). Научный руководитель : доктор технических наук, профессор ГРЕБЕНКО Юрий...»

«Лемешко Николай Васильевич МЕТОДОЛОГИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СЕРТИФИКАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ПО ЭМИССИИ ИЗЛУЧАЕМЫХ РАДИОПОМЕХ Специальность 05.12.04 — Радиотехника, в т.ч. системы и устройства телевидения Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2014 Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный исследовательский университет...»

«ГАВЛИЕВСКИЙ Серго Леонидович МЕТОДЫ АНАЛИЗА МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ С НЕСКОЛЬКИМИ КЛАССАМИ ОБСЛУЖИВАНИЯ Специальность 05.12.13 Системы, сети и устройства телекоммуникаций Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Самара 2012 2 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики (ФГОБУ ВПО ПГУТИ)....»

«МАЛАШИН ДМИТРИЙ ОЛЕГОВИЧ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ И ТОЧНОСТИ СТАБИЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ В ПРИКЛАДНЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ КАМЕРАХ Специальность: 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт- Петербург – 2014 2 Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина), кафедра телевидения и видеотехники...»

«Ахмат Мохамат Салех ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНСТИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ПОДВИЖНОЙ СТАНЦИИ СТАНДАРТА IMT-2000 В МНОГОЛУЧЕВОМ КАНАЛЕ Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 2011 Работа выполнена на кафедре Радиотехнических систем Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский технический университет связи и...»

«Орешкин Виталий Иванович Оценка степени влияния дестабилизирующих факторов на характеристики цифровой антенной решетки Специальность 05.12.07 Антенны, СВЧ-устройства и их технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2009 Работа выполнена на кафедре Микроэлектронные радиотехнические устройства и системы Московского государственного института электронной техники (Технического университета). Научный руководитель : кандидат...»

«Косякин Сергей Владимирович СИНТЕЗ ПЛАНАРНЫХ ФИЛЬТРОВ ДЛЯ ГИС СВЧ Специальность: 05.12.07 — Антенны, СВЧ устройства и их технологии Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2010 Работа выполнена в Московском научно-исследовательском радиотехническом институте Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Петров Александр Сергеевич Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор Аристархов Григорий Маркович...»

«КУТЛУЯРОВ Руслан Владимирович МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ В ВОЛП БОЛЬШОЙ ДАЛЬНОСТИ ПРИ НАЛИЧИИ ПОЛЯРИЗАЦИОННО-МОДОВОЙ ДИСПЕРСИИ И НЕЛИНЕЙНОСТЕЙ КЕРРОВСКОГО ТИПА Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа – 2013 Работа выполнена на кафедре телекоммуникационных систем ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Научный...»

«ГАВЛИЕВСКИЙ Серго Леонидович МЕТОДЫ АНАЛИЗА МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ С НЕСКОЛЬКИМИ КЛАССАМИ ОБСЛУЖИВАНИЯ Специальность 05.12.13 Системы, сети и устройства телекоммуникаций Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Самара 2012 2 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики (ФГОБУ ВПО ПГУТИ)....»

«ИГНАТЬЕВ АНДРЕЙ ПЕТРОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ РЕГИОНАЛЬНОГО ОТДЕЛЕНИЯ ПЕНСИОННОГО ФОНДА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций (Технические наук и) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2010 Работа выполнена в телекоммуникационной компании РК-Телеком заслуженный деятель науки РФ Научный руководитель : доктор технических наук,...»

«Ладур Александр Анатольевич ЭЛЕКТРОННЫЙ КАЛИБРАТОР ВЕКТОРНОГО АНАЛИЗАТОРА ЦЕПЕЙ Специальность 05.12.07 – Антенны, СВЧ-устройства и их технологии Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Томск – 2013 2 Работа выполнена в ЗАО Научно-производственная фирма Микран и в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники...»

«САМСОНОВ Михаил Юрьевич ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ РЕЧИ В КОНВЕРГЕНТНЫХ СЕТЯХ ПРИ НЕТОЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ О СЕТЕВЫХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Самара 2009 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Поволжский государственный университет телекоммуникаций...»

«БУШМЕЛЕВА Кия Иннокентьевна СИСТЕМА МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СЕТЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТРАНКИНГОВЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ Специальность: 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва - 2011 -2 Работа выполнена на кафедре Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы Московского государственного института электроники и математики (технический университет) Научный...»

«ГРУНСКАЯ ЛЮБОВЬ ВАЛЕНТИНОВНА ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ НА ОСНОВЕ МЕТОДА КОРРЕЛЯЦИОННОГО ПРИЕМА Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения 01.04.03 – Радиофизика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Владимир 2006 2 Работа выполнена во Владимирском государственном университете Научный консультант доктор технических наук, профессор Никитин Олег Рафаилович...»

«Чжо Зей Я КОМПЛЕКСНЫЕ АКТИВНЫЕ RC – ФИЛЬТРЫ НА ИДЕНТИЧНЫХ ЗВЕНЬЯХ Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учной степени кандидата технических наук Москва 2010 Работа выполнена на кафедре радиоприемных устройств Московского энергетического института (технического университета). Научный руководитель : доктор технических наук, профессор ГРЕБЕНКО Юрий Александрович Официальные оппоненты : доктор...»

«Земляков Кирилл Николаевич Исследование и разработка фильтров СВЧ на многомодовых резонаторах 05.12.07 – Антенны, СВЧ-устройства и их технологии Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2013 Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете ЛЭТИ им. В.И.Ульянова (Ленина) на кафедре Микрорадиоэлектроники и технологии радиоаппаратуры Научный руководитель доктор физико-математических...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.