Введение к работе
Актуальность теш. В настоящее время широкое распростране-ие получили функционирующие в режиме ограниченной энергетики ифровые радиосистемы многостанционного доступа, в том числе истемы спутниковой и радиотелефонной связи с частотным (ЧРК) частотно-временным (ЧВРК) разделением каналов, используюиие кгналы двукратной фазовой манипуляции со сдвигом с частично ерекрываюаимися импульсами (ДФМС-ЧПИ) и аналогичные сигналы ез сдвига (ДФМ-ЧПИ).
Ійогие диапазоны частот суиественно перегружены, однако, Ффективность их использования, как правило, невысока. Так, ля систем связи с сигналами ФМ4 удельная скорость передачи нформации (р) ниже 1.5 бит/с/Гц, а для других известных сиг-алов данного типа этот показатель не превосходит 1.6 - 1.7 ит/с/Гц. Здесь под удельной скоростью передачи информации по-ишется р = V/F , где V - скорость передачи информации в анале; F - разнос частот мезду' каналами. Дальнейшее увели-ение для этих сигналов удельной скорости передачи информации ез суиественных энергетических потерь невозможно, поскольку ри р > 1.5 - 1.6 бит/с/Гц энергетические потери возрастают кспоненциально. Основной вклад в них вносит, так называемая, ззканальная помеха (ОДІ), которая зависит от излучаемого пере-атчиком сигнала. Кроме того, указанные сигналы имеют достаточ-о больной пик-фактор (для сигналов ФМ4 с фильтрами Баттервор-а он составляет 2.8 дБ, а для сигналов ДФЇІ-ЧПИ с импульсами яда "корень из спектра Найквиста с косинусным округлением" он аходится на уровне 3.3-3.7 дБ). Вместе с тем, требование мини-зльного различия пиковой и средней иоаности излучаемого пере-зтчиком сигнала (пик-фактора) является одним из основных для здиосистем, функционирующих в режиме ограниченной энергетики.
Тем самым,для многоканальных систем с частотным разделением зналов актуальной является задача разработки сигналов и мето-эв их приема, которые позволяют при минимальных энергетичес-ях потерях достигать высокой удельной скорости передачи ин-эрмации, имеют минимальный пик-фактор и допускают возможность t простой и экономной аппаратурной реализации при высокой ско-зсти передачи информации.
Известные линейные отсчетные (ЛО) приемники недостаточно эф-
фзктивны для решения данной задачи. Нелинейные'приемники "а целой" предполагают достаточно слошше вычислительные процедура, что затрудняет их использование в высокоскоростных системах связи.
Решение данной задачи предлагается провести в классе линейных и нелинейных Сс обратной связью по решению (ОСР) ) подоп-тимальных посимвольных приемников. Это связано с тем, что эти приемники проще приемников "в целом", а по помехоустойчивости они существенно превосходят ЛО приемники.
Вопросы, связанные с разработкой методов подоптимального посимвольного линейного и нелинейного (ОСР) приема сигналов для многоканальных систем с ЧРК и ЧВРК, а также оптимизацией сигналов для зтих подоптимальных посимвольных приемников, в отечественной и иностранной литературе практически не освещены.
Связь работы с крупными научными программами. Результаты работы использованы при проектировании и разработке сотовых систем радиотелефонной связи по проектам "Вилия" и "Нарочь" в рамках государственной программы "БЕЛСВЯЗЬТЕХНИКА" по развитию и созданию средств связи РБ. Кроме того, материалы диссертации использованы Белорусским государственным НПО "АМЕТИСТн при выполнении программы Европейского содаа ОРЕТ по внедрению энергосберегающих технологий, в том числе и в отрасли связи, а также в союзных программах по темам "Радуга","Тиса" и "Триада".
Цель и задачи исследования. В классе сигналов двукратной фазовой манипуляции со сдвигом и без сдвига с частично перекрывающимися импульсами ( ДФМ(С)-ЧЩ ) необходимо провести оптимизацию сигналов и методов их приема в зависимости от удельной скорости передачи информации в системе многостанционного доступа, функционирующей в режиме ограниченной энергетики и частотного и частотно-временного разделения каналов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
для сигналов ДФМС-ЧПИ общего вида найти спектральную плотность мощности,, а также энергетический спектр соответствующей межканальной помехи;
разработать методы линейного и нелинейного подоптимального посимвольного приема сигналов ДФМ(С)-ЧПИ для многоканальных систем связи;
рассмотреть основные известные сигналы ДФМ(С)-ЧПИ и'разра-
ботать уэтодику размена энергетической эффективности на спектральную с целью получения новых сигналов для многоканальных систем с ЧРК и ЧВРК, минимизирующих разнос частот между каналами;
провести оптимизацию сигналов для линейных и нелинейных (ОСР) подоптимальных посимвольных приемников многоканальных систем в зависимости от разноса частот между каналами системы по критерию помехоустойчивости и пик-фактора;
дать практические рекомендации по выбору сигналов и методов их приема в зависимости от требуемой удельной скорости передачи информации в системе (р) и величины пик-фактора сигнала.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
получены аналитические выражения корреляционной функции, спектральной плотности мощности и энергетического спектра мех-канальной помехи для сигналов ДФМС-ЧПИ общего вида. Результаты определены с учетом случайного начального фазового и временного сдвига для манипулирующих импульсов C(t) произвольной длительности (п г 1) и формы. Соответствующие выражения были известны лишь для ряда простейших сигналов из этого класса;
разработаны новые методы расчета весовых коэффициентов (параметров) корректора и помехоустойчивости для подоптимально-го посимвольного приемника с обратной связью по ренению. Эти методы существенно проще известных, поскольку позволяют сократить объем необходимых вычислений более, чем на порядок;
определена структурная схема и найден метод расчета весовых коэффициентов (параметров) корректора линейного подоптималь-ного посимвольного приемника для систем с пакетным режимом работы. Данная схема и метод являются.обобщением известных результатов, полученных для систем с непрерывным потоком передаваемых символов. Для систем, где символы передаются в пакетном виде, предложенная схема позволяет уменьшить энергетические потери, выраженные в децибелах, более чем в два раза для символов, находящихся по краям пакета;
получены новые аналитические выражения для расчета помехоустойчивости линейного подоптимального посимвольного приемника, которые позволяют осуществлять расчет не в частотной, а во временной области и показывают зависимость помехоустойчивости от
параметров корректора приемника;
- разработан метод формирования новых сигналов ДФН(С)-ЧПМ
на основе размена энергетической эффективности сигналов на час
тотную. Получены сигналы ДЩО-ЧШ, имєюеяє високую концентра
ция энергетического спектра и помехоустойчивость для многока
нальных систем с ЧРК и ЧВРК при малом разносе частот меаду ка
налами ;
- адаптированы известные для случая одноканальних систем
связи методы подоптимального линейного и нелинейного (ОСР)
приема сигналов на случай многоканальных систем за счет исполь
зования фильтров, обеляющих ИСП. Для сигналов ДФЫ(С)-ЧПИ опре
делена передаточная функция обеляющего фильтра (ОФ);
- получены расчетные соотношения, проведены анализ и оптимизация по помехоустойчивости и пик-фактору сигналов ДФМ(С)-ЧПИ для линейных и нелинейных подоптимальных посимвольных приемников с учетом удельной скорости передачи информации в многоканальной системе.
Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что:
определены оптимальные сигналы Д*Ы(С)-ЧПИ, которые при использовании подоптимальных посимвольных приемников с ОСР позволяют для многоканальных систем с ЧРК и ЧВРК довести удельную скорость передачи информации (р) до 2 бит/с/Гц с энергетическими потерями не выше 1.2 - 1.3 дБ. Это позволяет на 20-302 повысить эффективность действующих и проектируемых систем связи за счет уменьшения разноса частот между соседними каналами и увеличения их числа в том же диапазоне частот;
сформулированы практические рекомендации по выбору сигналов и методов их приема в зависимости от удельной скорости передачи информации (р) в системе. Их применение позволяет сократить пик-фактор используемых сигналов. В частности, при р = 1.4 бит/с/Гц пик-фактор сокращен с 2.8 до 0.7 дБ, что дает возможность использовать соответствующий сигнал в радио и спутниковых системах с нелинейными каналами связи>
разработан новый метод расчета параметров корректоров ( компенсаторов ) для нелинейных подоптимальных приемников с ОСР. Он проще известных методов. Кроме того, данный метод применим при приеме сигналов многопозиционной КАМ, а также в случае, когда входной фильтр не согласован с принимаемым сигна-
т.о-л, тпо судаственно облегчает задачу расчета параметров корректоров приемника с ОСР для систем с адаптивным призмой сигналов в каналах, параметры которых медленно меняются во времени. Реализация результатов работы ( с использованием предло-S3HHUX алгоритмов и соответствующих практических рекомендаций) и:.эла место:
при проектировании и разработке сотовых систем радиотелефонной связи (хоздоговорные работы по проектам "Билля" и "На-рочь" с радиозаводом "Спутник", г.Мэлодечно );
в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах по создании средств телеобработки к производственной электросвязи ( Белорусский государственный научно-производственный центр "АМЕТИСТ" );
в учебной процессе МРТИ по курсам'"Оптимизационные методы в системах электросвязи" и "Передача дискретных сообиенкй".
Экономическая значимость полученных результатов заключается s том, что предложенные сигналы и >,'огод» их приема позволяют:
более эффективно использовать полосу частот (до ЗОЖ);
упростить устройство преобразования сигналоз (УПС) приемника по сравнении с нелинейными прпекник&к-: по схеме детектора Вптерби;
уменьшить потребляемую передатчиком шсность за счет снижения пик-фактора излучаемого сигнала.
Основные положения диссертации, выносимые на запиту.
-
Метод расчета параметров корректоров для подоптимальных посимвольных приемников с ОСР, а такке метод расчета помехоустойчивости для линейного к нелинейного (ОСР) подопткмального посимвольного приемника. Предложенные методы просе известных, поскольку более, чем на порядок позволяют сократить объем необходимых вычислений.
-
Аналитические выражения корреляционной функции, спектральной плотности мощности н энергетического спектра гегканаль-нсй помехи для сигналов ДФИЗ-ЧПИ обцего вида. Соответствующие выражения были известны лишь для ряда простейпшх случаев, а для других сигналов из этого класса использовались численные методы.
-
Новые сигналы ДФМ(С)-ЧП11 и метод их формирования на основе размена энергетической эффективности сигналов на частотную. Полученные сигналы, имеют высокую концентрация энергети-
ческого спектра и помехоустойчивость для многоканальных систем с ЧРК и ЧВРК при малом разносе частот между каналами.
4, Результати оптимизации сигналов по помехоустойчивости к.
пик-фактору для многоканальных систем с линейными и нелинейны
ми (ОСР) подоптвмальныма посимвольными приемниками.
5. Практические рекомендации по выбору сигналов и методов
их приема в зависимости от требуемой удельной скорости переда
чи информации в система и величины пик-фактора сигнала.
Личный вклад соискателя. Из совместных работ в диссертации приведены только те результаты, которые принадлегат лпчно автору-
Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссертаций были доложены и обсуждены:
на 5-й Всесоюзной НТК "Надежность и качество функционирования информационных сетей и их элементов",г.Новосибирск,1985 г;
на 2-й Всесоюзной НТК по информационным системам множественного доступа. г.Минск, 1991 г;
на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава МРТИ (1986 г. - 1995 г.);
научных семинарах кафедр автоматической и многоканальной электросвязи Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (БГУИР), кафедре связи Минского выс-езго военного инженерного училина (МВВИУ), кафедре радиофизики Белорусского государственного университета (БГУ).
Опубликованность результатов. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, включая 3 статьи, 7 тезисов докладов на научно-технических конференциях и один отчет о НИР.
Структура и обьем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, выводов, списка использованных источников (112 наименований), 6 приложений и содержит (без приложений) 131 страницу печатного текста, 4? таблиц и рисунков.
