Исследование методов разнесенного приема в декаметровом канале связи (стр. 1 из 6)

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ижевский государственный технический университет»

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ РАЗНЕСЕННОГО ПРИЕМА В ДЕКАМЕТРОВОМ КАНАЛЕ СВЯЗИ

Направление 210300 «Радиотехника»

Программа 210300-02

«Системы и устройства передачи, приема и обработки сигналов»

Диссертация на соискание академической степени магистра

Магистрант

Окишев Андрей Валерьевич

Научный руководитель

д.т.н., проф. Климов, И. З

Ижевск 2010г.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АБГШ – аддитивный белый гауссовский шум

КАМ – квадратурная амплитудная модуляция

КВ – коротковолновый (канал)

КС – канал связи

ММН – модуляция со многими несущими (частотами)

МСИ – межсимвольная интерференция

ОСШ – отношение сигнал/шум

ФМ – фазовая манипуляция

ЭВК – энергетический выигрыш кодирования

ВВЕДЕНИЕ

Динамичный переход нашей технологической цивилизации на цифровые системы обработки и передачи информации создает множество проблем при проектировании современных систем информатики и телекоммуникаций. Одной из важнейших задач, которые при этом необходимо решать во всех подобных системах, является обеспечение высокой достоверности передачи данных. Очевидно, что только при правильно переданных цифровых данных, поступивших на дальнейшую обработку, имеет смысл развивать весьма капиталоемкие технологии информатизации мирового сообщества.

К наиболее эффективным методам обеспечения высокого качества цифровой передачи в условиях высокого уровня шума канала связи (КС) относится применение методов разнесенного приема. За 50 лет своего интенсивного развития в технику связи были успешно внедрены: частотное разнесение, временное разнесение, поляризационное разнесение и пространственное разнесение. Однако одной из главных проблем остается комбинированная обработка цифровых сигналов с максимальной эффективностью, но при простой реализации.

За последнее десятилетие в технике разнесенного приема произошли очередные революционные изменения. Те достижения в технологии микроэлектроники, которые еще 20 лет назад казались если и возможными, то в очень отдаленном будущем, сейчас обеспечивают возможность создания весьма мощных методов достижения энергетического выигрыша. К ним можно отнести расширение спектра.

Зарубежные специалисты более 20 лет назад оценивали каждый 1 дБ ЭВК в миллионы долларов. Сейчас ценность ЭВК возросла еще больше, поскольку появилась возможность уменьшать размеры очень дорогих антенн или повышать дальность связи, увеличивать скорость передачи или снижать необходимую мощность передатчика (что особенно характерно для корреспондентских радиостанций), улучшать другие важные свойства современных систем связи. Кроме того, существенно возрастают взаимные помехи приему между различными системами, появляется все больше экологических ограничений на мощность передатчиков, растет потребность в резком увеличении скоростей обмена данными между сетями, а также в значительном росте их достоверности. И в дальнейшем, в условиях глобализации экономики и взрывной информатизации общества эти тенденции будут только усиливаться. Отсюда можно сделать очевидный вывод, что увеличение экономической ценности ЭВК на базе методов разнесенного приема крайне важно при построении современных систем связи, а, следовательно, разработка и исследование разнесенного приема радиомодема корреспондентских радиостанций является актуальной задачей.

Объектом исследования является пространственно разнесенный прием сигналов декаметрового диапазона

Предметом исследования являются методы разнесенного приема данных при их передаче по КС с переменными параметрами.

Цель диссертационной работы – исследование помехоустойчивости различных методов разнесенного приема сигналов в декаметровом канале связи, сравнение показателей качества этих методов.

Основные задачи. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:

-оптимизация существующих алгоритмов пространственного разнесения по энергетическому выигрышу;

-разработка программного обеспечения для проведения имитационного моделирования работы пространственного разнесения;

-анализ помехоустойчивости пространственного разнесения в канале с аддитивным белым гауссовым шумом (АБГШ) и в канале с переменными параметрами;

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования базируются на методах теории вероятностей и математической статистики, теории случайных процессов, теории цифровой связи. Экспериментальные исследования проводились путем имитационного моделирования работы разнесенного приема системе MATLAB.

Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов обеспечена корректностью разработанных математических моделей и сходимостью выводов теоретического исследования с результатами имитационного моделирования и натурных испытаний.

На защиту выносятся следующие научные результаты:

-методы получения результирующего сигнала при разнесенном приеме данных, позволяющие повысить помехоустойчивость модемов базовых радиостанций при работе в условиях нестационарного канала связи;

- оптимизация существующих методов получения результирующего сигнала по параметру простота реализации.

Научная новизна.

1. Выполнено сравнение основных способов пространственно разнесенного приема в декаметровом канале связи.

2. Получены зависимости качественных показателей пространственно разнесенного приема от величины линейного разнесения приемных антенн.

3. Исследованы зависимости вероятностей ошибочного приема от SNR/

Практическую ценность работы представляют:

-методы разнесенного приема, позволяют повысить помехоустойчивость модемов базовых радиостанций при работе в условиях канала связи с параметрами, переменными во времени;

Публикации - 1

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, 2 главы, заключение, изложенные на 30 с. машинописного текста. В работу включены 13 рис., список литературы из .. наименований.

Глава 1. ОПИСАНИЕ МЕТОДОВ

1.1 Разнесенный прием

Разнесенный прием является одним из наиболее эффективных методов повышения надежности связи при передаче сигналов по каналам со случайными параметрами. Сущность разнесенного приема состоит в том, что решение о переданном сообщении принимается на основе анализа нескольких принятых копии сигнала, разнесенных в пространстве, во времени, по частоте и т.д. и отличающихся вследствие этого характером искажений. При этом чем меньше коррелированны между собой копии сигнала, тем выше может быть результат их совместной обработки.

Многочисленные исследования показали, что коэффициент корреляции между огибающими копий сигнала зависит от интервала разнесения и может быть аппроксимирован в общем случае выражением вида:

где

- величина интервала разнесения;

- характеристический интервал разнесения, определяемый для каждого конкретного вида разнесения

Проведенный анализ показывает, что при достаточно больших отношениях сигнал/шум увеличение корреляции между копиями сигнала эквивалентно некоторому уменьшению средней мощности сигнала, которое можно оценить коэффициентом

При R≤0,5 энергетический проигрыш из-за наличия корреляции не превышает 1,5 дБ, поэтому стремиться к уменьшению ниже этой величины нецелесообразно.

Наиболее важными задачами разнесенного приема являются разработка методов разнесения и принципов обработки сигналов, обеспечивающих минимизацию вероятности ошибки на выходе приемного устройства, и достижение предельных (или близких к ним) теоретических выигрышей.

В настоящее время известны и находят практическое применение следующие виды разнесения: пространственное, частотное, временное, угловое, поляризационное, я также их комбинации.

1.1.1.Пространственное разнесение

Этот метод разнесения получил наибольшее распространение и состоит в том, что один и тот же сигнал одновременно принимается на несколько антенн, расположенных в пространстве на некотором расстоянии друг от друга. Обычно прием ведут на две разнесенные антенны (сдвоенный прием), реже на три и четыре.

В этом случае параметр

задают в виде нормированного расстояния разнесения

где l - расстояние между антеннами в метрах;

- длина волны.

Требуемая величина для получения R(

)≤0,5 зависит от расположения антенн относительно направления на передатчик. На рис.1 приведены экспериментальные кривые измерения R( ) при разнесении антенн вдоль (кривая I) и поперек (2) трассы длиной 1250 км на частоте 20 МГц. Из рисунка следует, что корреляция сигналов в KB диапазоне уменьшается несколько быстрее при поперечной разнесении антенн, однако разница между поперечными и продольным разнесением невелика. В случае произвольного направления разнесения для получения R( )≤0,5 величину достаточно выбрать равной 10-15.