Введение к работе
Актуальность темы диссертационной работы
Развитие современных систем подвижной радиосвязи, увеличение количества функционирующих радиоэлектронных средств ведут к постоянному усложнению сигнально-помеховой обстановки на входах приемных устройств и обострению проблемы помехоустойчивости. С проблемами помехозащищенности и помехоустойчивости тесно связаны задачи обеспечения электромагнитной совместимости и пропускной способности систем радиосвязи, поиска возможностей повторного использования доступных участков спектра, необходимых для развития инфраструктуры систем радиосвязи.
Рост количества и качества предоставляемых услуг средствами подвижной радиосвязи напрямую зависят от решения задач электромагнитной совместимости от совершенствования алгоритмов приема и обработки полезных сигналов в условиях действия помех различной природы.
Эффективность работы систем подвижной радиосвязи в значительной мере определяется не только мешающими воздействиями типа флуктуационного шума, но и взаимными помехами одновременно работающих радиосредств, среди которых большую долю составляют внутрисистемные помехи. Воздействие внутрисистемных помех приводит к существенному снижению помехоустойчивости приема полезных сигналов. Поэтому защита систем подвижной связи от влияния внутрисистемных, действующих в радиоканалах, является важной научно-технической задачей.
Теория потенциальной помехоустойчивости разработана ее основоположником В.А. Котельниковым и получила развитие в работах Р.Л. Стратоновича, Т. Кайлата, В.И. Тихонова, М.С. Ярлыкова, Ю.Г. Сосулина, Д.Д. Кловского, Г. Ван Триса, А.А. Харкевича, В.И Сифорова, Д. Мидлтона, Б.Р. Левина, Л.М. Финка, И.С. Андронова, Н.С. Теплова, В.В. Шахгильдяна, В.Г. Репина, Г.П. Тартаковского, Л.Е Варакина, А.Г Зюко, Ю.С. Шинакова, А.П. Трифонова, А.И. Фалько, А.А. Сикарева, В.И. Коржика, И.А. Цикина, В.Ф. Комаровича, М.П. Хворостенко и многих других ученых.
Основной проблемой в системе радиосвязи с множественным доступом и расширением спектра сигнала прямой последовательностью (ПП МДКР) является борьба с эффектами вариации уровня сигнала на входе приемника и противодействие интерференционным помехам, возникающим в результате использования общей полосы частот множеством пользователей и многолучевого распространения сигнала в канале.
Настоящая работа посвящена исследованию вопросов построения мобильных систем связи с динамическим регулированием мощности в каналах подвижной радиосвязи с интерференционными помехами.
Рассматриваемые в данной работе адаптивные алгоритмы регулирования мощности, основанные на уменьшении влияния интерференционных помех, действующих в канале, позволяют повысить помехоустойчивость систем подвижной связи.
Цель работы
Целью настоящей работы является исследование приема широкополосных сигналов в многолучевых каналов с динамическим регулированием мощности, где используются широкополосные сигналы, полученные методом прямого расширения спектра.
Основные задачи исследования
Поставленная цель исследований требует решения следующих основных задач:
-
Анализ существующего состояния проблемы защиты от внутрисистемных помех.
-
Исследование адаптивного приема сигналов в условиях многолучевости и воздействия помех.
-
Исследование адаптивных алгоритмов регулирования мощности.
-
Анализ помехоустойчивости приема при использовании адаптивных алгоритмов регулирования мощности.
-
Сравнительный анализ качества методов оценивания интерференционных помех.
Методы исследования
Основные результаты работы получены на основе применения теории статистических решений и методов компьютерного моделирования.
Личный вклад автора
Основные результаты работы получены автором лично.
Научная новизна результатов работы
Наиболее значимые новые научные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:
-
Синтезированы алгоритмы приема в многолучевых каналах с формированием оценок неизвестных параметров сигнала по обучающей выборке, которой является смесь сигнала с помехами.
-
Проведен анализ помехоустойчивости синтезированных алгоритмов приема сигналов в многолучевых каналах с учетом конечной скорости изменения параметров сигнала и учетом влияние интерференционных помех других лучей на обрабатываемый луч. Этим анализом показано, что влияние интерференционных помех не может быть ослаблено увеличением мощности сигнала, а требуется регулирование излучаемой мощности передатчиков мобильных станций всего ансамбля пользователей.
-
Синтезированы алгоритмы приема сигналов с многолучевостью и узкополосными помехами (УП) с формированием оценок УП методом уравнений состояния совместно с методами динамической адаптации.
-
Проведен анализ помехоустойчивости приема при воздействии УП. Новизна заключается в том, что показано влияние различия структур сигнала и узкополосных помех на возможность ослабления этих помех в приемнике. Если такого различия нет, как в случае интерференционных помех, то необходимо регулирование излучаемой мощности передатчиков ансамбля мобильных станций.
-
Предложено адаптивное динамическое регулирование мощности заключающееся в переменном шаге регулирования мощности. Это позволяет точнее поддерживать постоянство интерференционной обстановки на входе приемника при работе в ансамбле станций. Результаты проведенного компьютерного моделирования алгоритмов регулирования мощности передающих устройств показали эффективность предложенного динамического алгоритма регулирования мощности в сравнении с применяемым в настоящее время алгоритмом регулирования мощности с фиксированным шагом. Эффективность выражается в повышении помехоустойчивости приема при использовании в системе множественного доступа с кодовым разделением каналов и расширением спектра сигнала прямой последовательностью.
Достоверность полученных результатов подтверждается проведенным моделированием, согласованностью с данными имеющимися в литературе.
Практическая ценность результатов
Результаты, полученные в работе, позволят разрабатывать адаптивные приемники для обнаружения и различения сигналов в условиях многолучевости, свойственной мобильным каналам радиосвязи.
Выполненные исследования позволили выработать практические рекомендации для построения устройств приема в системах с адаптивным регулированием мощности передающих станций.
Работоспособность предложенных алгоритмов подтверждена результатами компьютерного моделирования.
Рассмотренные в работе вопросы актуальны для практических приложений при проектировании новых помехоустойчивых систем передач информации и модернизации действующих. Проведенные исследования иллюстрируют эффективность применения полученных результатов в системах мобильной радиосвязи, наиболее подверженных влиянию внутриканальных помех.
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в Сибирском государственном университете телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ) на кафедре беспроводных информационных систем и сетей (БИСС) и кафедре систем радиосвязи (СРС) и подтверждены актами внедрения.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и научном семинаре, в частности:
-
Российская НТК имени А.С. Попова «Информатика и проблемы телекоммуникаций», Новосибирск, 2006 г., 2007 г., 2008 г., 2009 г.
-
Научный семинар СибГУТИ, Новосибирск, 2009 г.
Публикации
По результатам исследований, выполненных в диссертационной работе опубликовано 7 статей, 4 из которых в изданиях из списка ВАК, и 4 тезиса докладов.
Основные положения работы, выносимые на защиту
Результаты синтеза алгоритмов и анализа помехоустойчивости приема в условиях многолучевости.
Результаты синтеза алгоритмов и анализа помехоустойчивости приема в условиях многолучевости и воздействия узкополосных помех.
Результаты исследования адаптивных алгоритмов регулирования мощности.
Результаты анализа помехоустойчивости приема с применением адаптивных алгоритмов регулирования мощности передающих устройств в ПП МДКР системе.
Результаты исследования методов оценки внутриканальной интерференции в канале подвижной радиосвязи.
Структура и объем работы
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, и списка литературы, включающего 79 наименований; изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок и график.
