Введение к работе
Актуальность работы Динамика развития систем информационного обмена, систем и сетей телекоммуникаций показывает, что возрастает потребность в передаче речевых сигналов (PC) в реальном масштабе времени Поскольку происходит интенсивное увеличение пользователей систем связи, то загруженность каналов связи приводит к необходимости исследования потенциальных возможностей существующих и требует разработки новых методов по увеличению передаваемого потока информации в одной полосе частот
Одним из решений данной задачи является многоканальная связь Системы многоканальной радиосвязи служат для обеспечения обмена информацией между абонентами, когда есть возможность применять централизованное объединение абонентов В том случае, когда размещение абонентов осуществляется на большой территории, случайность их размещения, большие скорости движения абонентов, необходимость обеспечения большой надежности и живучести по сравнению с многоканальными централизованными системами, то в этих случаях система связи может быть только асинхронной по времени, так как осуществить синхронизацию в перечисленных случаях практически невозможно
Принципиальным отличием асинхронно-адресных систем связи (ААСС) от синхронных, является рассогласование моментов начала и окончания передачи сигналов отдельными абонентами и поступления их на вход приемного устройства В связи с этим шумы неортогональности, сопровождающие работу таких систем, приводят к относительно низкому качеству связи, особенно при существенном увеличении числа одновременно работающих активных абонентов Все это приводит к тому, что ААСС находят применение в качестве низовой радиосвязи Следует отметить, что появление сотовых систем связи позволило за счет уменьшения размера сот и, соответственно, уменьшения количества одновременно находящихся в их зоне действия абонентов, решить частично проблему повышения качества радиосвязи Тем не менее, в ряде случаев, таких, например, как сельская местность, военное применение, ААСС по-прежнему требуется обеспечение приемлемого качества передачи информации в условиях «закрытия» больших площадей и ограничений, накладываемых на используемый диапазон частот, что может быть обеспечено только ААСС Существенный вклад в исследуемую область внесли Агеев Д В , Reeves А Н, Венедиктов М Д, Варакин Л Е , Марков В В , Эйдус Г С , Гитлиц М Н, Лев А Ю , Макгайр М Е , Литюк В И и другие исследователи
Как известно, применение сложных сигналов (СС) позволяет получить более высокие характеристики радиотехнических систем Отметим, что под СС к-го порядка (к=1,2, ) понимают такие сигналы, у которых в каждый момент времени на частотно-временной плоскости находится к значений частоты При этом на каждой частоте над одной и той же информацией осуществляется модуляция по своему закону, присущему только этой частоте
Появление цифровой обработки сигналов (ЦОС) позволило решить вопросы генерации и обработки СС с высокой степенью точности, ранее не достижимой аналоговыми методами Большой вклад в развитие радиотехники ЦОС внесли Оппенгейн А В , Шафер Р В , Рабинер Л Р , Гоулд Б , Рейдер Ч, Каляев А В , Лихарев В А и ряд других авторов
Современные синхронные и асинхронные информационные радиосистемы,
4 использующие сложные сигналы первого порядка (ССПП), те к=\, практически достигли своих потенциальных возможностей по обработке информации, поступающей по радиоканалам Также известны сложные сигналы второго порядка (ССВП) т е сигналы, у которых =2 Одними из представителей этих сигналов являются СС на основе применения кодовых последовательностей в виде ансамблей комплементарных (дополнительных) кодовых последовательностей Основными свойствами комплементарных (дополнительных) кодовых последовательностей и ССВП на их основе являются а) суммарная автокорреляционная функция (АКФ) каждого из сигналов имеет вид «5-функции», б) суммарные взаимокорреляционные функции (ВКФ) «ортогональны в точке и на временном интервале при произвольном сдвиге»
Из проведенного краткого анализа видно, что в настоящее время не достаточно подробно рассмотрены вопросы, связанные с разработкой теоретических основ построения информационных асинхронных радиосистем, использующих ССВП Таким образом, исследование методов и алгоритмов обработки в ААСС, использующих ССВП, представляет интерес как с научной, так и с практической точек зрения и является актуальной задачей, поскольку позволяют увеличить количество одновременно работающих абонентов в заданной полосе частот
Целью диссертационной работы является исследование и оптимизация алгоритмов обработки сигналов в ААСС, использующих сложные сигналы второго порядка, для повышения их эффективности функционирования путем увеличении количества одновременно работающих абонентов в заданной полосе частот при сохранении требуемого качества связи Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи
предложена модель цифровой ААСС, использующей ССВП,
предложена и исследована модель адаптивного устройства обнаружения начала и конца PC,
разработан алгоритм обработки PC на основе предложенной в работе модели,
разработан алгоритм выделения сигнала в виде ССВП на приемном конце приемо-передающего тракта ААСС с помощью адаптивного порогового устройства (АПУ),
разработан алгоритм обработки сигнала в виде ССВП на приемном конце приемо-передающего тракта ААСС на основе предложенной модели,
исследована эффективность приемо-передающего тракта ААСС, использующих ССПП и ССВП на основе предложенных критериев оценок,
разработан программный комплекс для экспериментальной проверки эффективности предлагаемых алгоритмов
Методы исследования основаны на использовании методов теории вероятности, методов теории статистических решений, методов теории матриц и матричного анализа Также использовались численные методы математического моделирования, методы цифровой обработки сигналов и цифрового спектрального анализа, метод комплексной огибающей, методы статистического моделирования
Научная новизна работы заключается в следующем 1 предложена и исследована цифровая модель адаптивного устройства обнаружения (АУО) начала и конца речевого сигнала на передающей стороне приемо - передающего тракта ААСС,
2 разработан алгоритм обработки звуковой реализации на основе предложенной
цифровой модели АУО,
3 предложен и исследован алгоритм выделения сигнала на основе использования
свойств ССВП на приемном конце приемо-передающего тракта ААСС,
разработан алгоритм обработки ССВП на приемном конце приемо-передающего тракта ААСС и проведен анализ его эффективности при нарушении условий симметричности боковых лепестков (БЛ) суммарных ВКФ,
исследованы характеристики эффективности приемо-передающего тракта ААСС, использующих ССПП и ССВП на основе предложенных критериев оценки и проведен их сравнительный анализ
Практическая ценность диссертационной работы заключается
в возможности применения во вновь разрабатываемых ААСС новых видов сложных сигналов, а именно, ССВП, что позволяет существенно увеличить количество одновременно работающих абонентов без ухудшения качества связи в 8 - 9 раз по сравнению с функционирующими ААСС, использующие ССПП за счет расширения полосы занимаемых частот в 2 раза,
разработанном программном обеспечении, которое позволяет проводить сравнительную оценку эффективности ААСС при применении различных видов кодирующих последовательностей в ССВП Показано, что в заданной полосе частот ААСС использование D- и Е-кодов, позволяет увеличить количество абонентов в 1,5-2 раза по сравнению с другими видами кодов,
- применение разработанных алгоритмов в АУО позволяет снизить поток сигналов, излучаемых в эфир ААСС, на 10 - 15 %
Достоверность результатов подтверждаются 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 и актами внедрения полученных результатов в работы промышленных предприятий и в учебный процесс кафедры РПрУ и ТВ
Основные положения, выносимые на защиту
Алгоритм обработки PC, принимаемых на фоне шумов неизвестной интенсивности, который позволяет определить начало и конец звуковых реализаций, поступающих на обработку в аддитивной смеси с шумом
Алгоритм выделения ССВП абонента, которые представляют собой последовательности кодирующих PC, принимаемые в аддитивной смеси с ССВП от других мешающих абонентов
Алгоритмы работы различных видов ПУ, у которых значение уровня порога изменяется в зависимости как от свойств ССВП, так и от уровня кодирующих PC внутрисистемных помех
Критерий эффективности (КЭФ) ААСС, использующих различные кодирующие последовательности
Внедрение результатов работы Полученные научные и практические результаты работы были использованы в разработках предприятия АМО ЗИЛ, в ООО «Станко-Пресс», также используются в учебном процессе на кафедре РПрУ и ТВ ТИ ЮФУ в г Таганроге
Апробация работы Материалы диссертации докладывались и обсуждались на
VIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Москва, 2002, VI Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» - Таганрог, 2002, 5-й Международной конференции и выставке «Цифровая обработка сигналов и ее применение» Москва, 2003, VII Международной научно-техническая конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Москва, 2003, VII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» - Таганрог, 2004, X Международной научно-техническая конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Москва, 2004, XI Международной научно-техническая конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Москва, 2005, Международной молодежной научно-техническая конференции студентов, аспирантов и ученых «Молодежь и современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций РТ-2006» Севастополь, 2006, VIII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» - Таганрог, 2004, L1 Научно-технической конференции ТРТУ Таганрог, ТРТУ, 2005
Публикации По теме диссертации опубликовано 2 статьи и 10 тезисов докладов
Структура и объем работы Диссертационная работа изложена на 140 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений Список литературы включает 65 наименований
