WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Второе предположение касается того, что решение о переданной последовательности символов выносится после приема всего сигнала. Для практики такое предположение неприемлемо, поскольку длительность сигнала может быть неограниченной. На практике удобнее, когда задержка решения фиксирована и не зависит от длины передаваемой последовательности символов. Поэтому был рассмотрен алгоритм Витерби с фиксированной задержкой решения. В этом алгоритме длины сохраняемых последовательностей ограничены величиной D. При этом после получения очередного отсчета zk выносится окончательное решение о переданном символе ak-D. В работе были рассмотрены три способа принятия решения:

  1. Решение принимается в пользу символа n,k-D произвольно выбранной последовательности c номером n.
  2. Решение принимается по совокупности символов n,k-D всех сохраненных последовательностей по мажоритарному принципу.
  3. Решение принимается в пользу символа n,k-D той последовательности, которой соответствует наименьшее значение метрики nk.

При помощи математического моделирования показано, что при всех трех способах принятия решения характер зависимостей одинаков. А именно, при малой задержке решения и больших отношениях сигнал/шум Eb/N0 возникает эффект ограничения минимально достижимой вероятности ошибки, т.е. вероятность ошибки практически не уменьшается с увеличением Eb/N0 и выходит на некоторый постоянный уровень. С увеличением задержки решения постоянный уровень, на который выходит вероятность ошибки, снижается. При малых отношениях сигнал/шум вероятность ошибки практически не зависит от задержки решения.

Основное различие сравниваемых способов принятия решения заключается в величине задержки решения, требуемой для достижения того же результата. В общем, моделирование показало, что в случае принятия решения по символу произвольно выбранной последовательности и задержке решения D = 4Lmin (при Lmin < 11) или D = 5Lmin (при Lmin 11) эффект ограничения минимально достижимой вероятности ошибки либо отсутствует, либо постоянный уровень, на который выходит вероятность ошибки, лежит существенно ниже 10-6. При принятии решения по мажоритарному принципу для достижения того же результата требуется задержка решения D = 3Lmin (при Lmin < 11) или D = 3.5Lmin (при Lmin 11). А при способе принятия решения по символу последовательности с минимальной метрикой требуется задержка решения D = 2.5Lmin (при Lmin < 11) или D = 3Lmin (при Lmin 11).

Также была рассмотрена возможность использования порогового алгоритма приема сигналов. Этот алгоритм относится к классу последовательных алгоритмов и в нем используется свойство метрик последовательностей заключающееся в том, что максимально правдоподобная последовательность содержится в некотором множестве наилучших последовательностей, т.е. тех которые имеют наименьшие значения метрик. Последовательность операций, выполняемых при реализации этого алгоритма, выглядит следующим образом:

  1. При получении отсчета принятого сигнала zk, каждая из Nk-1 последовательностей, выживших на предыдущей итерации, продолжается одним из М возможных символов k.
  2. Для каждой обновленной последовательности вычисляются метрики nk по формулам (3).
  3. Определяется последовательность, имеющая наименьшее значение метрики mink.
  4. В качестве решения выносится символ min,k-D последовательности, которой соответствует минимальное значение метрики.
  5. Отсекаются все последовательности, метрики которых удовлетворяют следующему условию:

, n = 0, 1, …, MNk-1 – 1. (5)

Сложность порогового алгоритма, как и алгоритма Витерби, можно оценить по количеству последовательностей, сохраняемых после каждой итерации Nk, но в отличие от алгоритма Витерби, в пороговом алгоритме количество последовательностей, сохраняемых после каждой итерации Nk, является случайной величиной, среднее значение и дисперсия, которой существенно зависит от порога и отношения сигнал/шум. От устанавливаемого порога так же зависит помехоустойчивость алгоритма.

При помощи математического моделирования показано, что при правильном выборе, пороговый алгоритм достигает той же помехоустойчивости, что и алгоритм Витерби, при этом его средняя вычислительная сложность оказывается меньше чем у алгоритма Витерби. Для сигналов сформированных фильтром Баттерворта 7-ого порядка и двоичном алфавите передаваемых символов выигрыш в вычислительной сложности изменяется от 2 до 7 раз при изменении нормированной скорости передачи информации от 3 до 8 (бит/с)/Гц и вероятности ошибки 10-5.

Однако пороговому алгоритму присущи некоторые недостатки. Пороговому алгоритму требуется больший объем памяти для хранения последовательностей и их метрик, чем для алгоритма Витерби. Для реализации указанного выигрыша в вычислительной сложности пороговому алгоритму требуется буферная память для хранения отсчетов zk в течение периодов, когда сохранено большое количество последовательностей. В работе приводятся оценки для максимального количества сохраняемых последовательностей и требуемой длины буферной памяти. И последний недостаток это не постоянная задержка вынесения решения о переданных символах.

В четвертой главе оценено влияние на помехоустойчивость передачи информации с интерференцией символов погрешностей в системах синхронизации и линейных искажений в трактах передачи и приёма. Рассматривается модель, в которой используется формирующий фильтр Баттерворта 7-ого порядка и двоичный алфавит передаваемых символов.

Для анализа влияния погрешностей в системе синхронизации по несущему колебанию была рассмотрена модель системы связи, в которой передача информации осуществляется при помощи сигналов с интерференцией символов на квадратурных компонентах несущего колебания, т.е. передаваемый сигнал можно представить в виде

. (6)

Сигнал (6) проходил канал связи, в котором искажался белым гауссовским шумом. В приемнике проходило восстановление несущего колебания и квадратурных компонент принятого сигнала, при этом считалось, что частота несущего колебания восстанавливается точно, а начальная фаза восстанавливается с ошибкой. Далее квадратурные компоненты обрабатывались не зависимо, с использованием алгоритма Витерби.

При помощи математического моделирования, показано, что с увеличением нормированной скорости передачи информации увеличивается чувствительность системы к ошибкам определения фазы несущего колебания. Например, для того чтобы потери в помехоустойчивости не превышали 1 дБ при вероятности ошибки 10-5, ошибка в определении фазы несущего колебания не должна превышать 1.7о, 2.8о, 3.9о и 5.7о при значениях R/F0 равных 6 (бит/с)/Гц, 5 (бит/с)/Гц, 4 (бит/с)/Гц и 3 (бит/с)/Гц соответственно.

Для анализа влияния погрешностей в системе символьной синхронизации рассмотрена модель, в которой появляется постоянная ошибка определения задержки сигнала в канале связи. Такая ошибка приводит к тому, что отсчеты zk (2) формируются не в моменты времени kT, а в моменты времени kT+. Было показано, что с увеличением нормированной скорости передачи информации увеличивается чувствительность системы к ошибкам определения задержки сигнала. Например, для того чтобы потери в помехоустойчивости не превышали 1 дБ при вероятности ошибки 10-5, ошибка не должна превышать 8.4%, 9.4%, 10.5% и 11.7% от периода следования символов Т при значениях R/F0, равных 6 (бит/с)/Гц, 5 (бит/с)/Гц, 4 (бит/с)/Гц и 3 (бит/с)/Гц соответственно. Следует заметить, что передача информации при помощи КАМ сигналов обладает гораздо большей чувствительностью к ошибкам определения задержки сигнала, поскольку при таких ошибках в отсчетах КАМ сигнала возникает интерференция символов, которая не учитывается в алгоритме демодуляции и приводит к существенным потерям.

Рассмотрено влияние линейных искажений возникающих в частотно- избирательных цепях тракта передатчика и приемника. Предполагалось, что эти цепи могут быть описаны эквивалентными АЧХ фильтров Баттерворта, с полосами пропускания по уровню -3 дБ равными FTX и FRX соответственно для тракта передатчика и приемника. При помощи математического моделирования оценивался уровень потерь в помехоустойчивости возникающих вследствие прохождения сигнала через такие цепи. Проанализировано два варианта демодуляции сигнала. В первом варианте линейные искажения не учитываются при демодуляции сигнала, т.е. алгоритм приема строится, так как если бы искажения отсутствовали. Во втором варианте алгоритм приема строится с учетом сквозной импульсной характеристики всего тракта передачи сигнала.

Для первого варианта показано, что в случае сравнительно малых искажений, когда эквивалентные фильтры имеют пятый порядок и FTX = FRX = 1.8F0 потери в отношении сигнал/шум, при котором обеспечивается вероятность ошибки 10-5, составляют 0.2 дБ при R/F0 = 4 (бит/с)/Гц. При R/F0 = 6 (бит/с)/Гц, потери уже составляют 0.4 дБ. С уменьшением полос эквивалентных фильтров трактов передатчика и приемника до FTX = FRX = 1.6F0 потери в отношении сигнал/шум возрастают до 0.6 дБ при R/F0 = 4 (бит/с)/Гц, и до 1,0 дБ – при R/F0 = 6 (бит/с)/Гц. При дальнейшем уменьшении полос эквивалентных фильтров потери в помехоустойчивости растут еще быстрее. При втором варианте демодуляции сигнала, подобный уровень искажений вообще не вызывает потерь.

Для второго варианта приема сигнала рассмотрен случай, когда эквивалентный фильтр тракта передатчика имеет пятый порядок и FTX = 1.8 F0, а эквивалентный фильтр тракта приемника имеет 10 порядок. Показано, что в случае FRX = 1.2F0 потери в отношении сигнал/шум при вероятности ошибки 10-5 составляют менее 0.1 дБ при R/F0 = 4 (бит/с)/Гц, а при R/F0 = 6 (бит/с)/Гц они составляют примерно 0.2 дБ. С уменьшением полосы эквивалентного фильтра тракта приемника до FRX = F0 потери в отношении сигнал/шум возрастают до 0.8 дБ при R/F0 = 4 (бит/с)/Гц, а при R/F0 = 6 (бит/с)/Гц – до 1.3 дБ.

Заключение

Проведено исследование потенциальной помехоустойчивость рассматриваемого способа передачи информации. Оно позволило выявить существенную зависимость достижимого выигрыша в скорости передачи информации от требований к компактности спектральной мощности сигнала и уровню внеполосных излучений и получить количественные оценки этого выигрыша для сигналов, удовлетворяющих типовым требованиям.

Проанализированы несколько вариантов подоптимальных приёмников. Было показано, что сложность демодуляторов подоптимальных приёмников, обеспечивающих в заданных условиях работы помехоустойчивость, близкую к потенциальной, возрастает с увеличением желаемого выигрыша при заданных требованиях к спектру сигнала. При фиксированной величине желаемого выигрыша сложность демодулятора получается тем выше, чем выше требования к компактности спектра сигнала. Для типовых требований к спектрам сигналов получены количественные оценки сложности демодуляторов.

Исследовано влияние погрешностей систем фазовой и тактовой синхронизации на качество работы демодулятора сигналов с интерференцией символов. Проведённый анализ и сравнение исследуемого способа со способом, основанном на увеличении объёма алфавита в КАМ сигналах, показали, что эти факторы влияют на работу системы с интерференцией символов слабее, чем на работу системы с КАМ сигналами.

Оценено влияние линейных искажений в трактах передачи и приёма на работу демодулятора сигналов с интерференцией символов. Показано, что такая система обладает высокой чувствительностью к линейным искажениям сигнала. В тоже время, если учитывать линейные искажения сигнала в демодуляторе уровень потерь в энергетической эффективности можно минимизировать.

Приложения содержат программы для поиска минимального расстояния между сигналами с интерференцией символов и программы реализующие алгоритм Витерби и пороговый алгоритм.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

  1. Кулешов В. Н., Победоносцев К. А., Мордвинов А. Е. Повышение скорости передачи информации в линиях связи // М.: Электросвязь, № 6, 2008, С. 27-28.
  2. Кулешов В. Н., Победоносцев К. А., Мордвинов А. Е. Повышение скорости передачи информации в линиях связи за счёт использования сигналов с взаимной интерференцией символов // М.: Вестник МЭИ, № 4, 2008, С. 86-93.
  3. Мордвинов А. Е. (Научный руководитель Кулешов В. Н., консультант Победоносцев К. А.) Экспериментальная проверка станции космической связи с взаимной интерференцией символов // Двенадцатая науч.-техн. конф. студентов и аспирантов «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА»: Тез. докл. – М.: Изд. МЭИ, 2006. Т.1. С. 59.
  4. Мордвинов А. Е. (Научный руководитель Кулешов В. Н.) Метод увеличения скорости передачи информации // Тринадцатая науч.-техн. конф. студентов и аспирантов «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА»: Тез. докл. – М.: Изд. МЭИ, 2007. Т.1. С. 28.
  5. Мордвинов А. Е. (Научный руководитель Кулешов В. Н.) Повышение скорости передачи информации в линиях связи за счет использования сигналов с интерференцией символов // Тринадцатая науч.-техн. конф. студентов и аспирантов «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА»: Тез. докл. – М.: Изд. МЭИ, 2008. Т.1. С. 27.
  6. Кулешов В. Н., Победоносцев К. А., Мордвинов А. Е. Об одном способе увеличения скорости передачи информации // Труды РНТОРЭС имени А.С. Попова. Серия: Научная сессия, посвященная дню радио. Выпуск: LXIII. Москва, 2008. С. 143 -145.
  7. Кулешов В. Н., Победоносцев К. А., Мордвинов А. Е. Повышение скорости передачи информации в линиях связи за счёт использования передачи данных с взаимной интерференцией символов // Труды РНТОРЭС имени А.С. Попова. Серия: Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания. Ярославль, июль 2008. С. 94 – 96.
  8. Мордвинов А. Е. Алгоритмы подоптимального приема в линиях связи с увеличением скорости передачи информации за счет использования передачи данных с взаимной интерференцией символов // Труды РНТОРЭС имени А.С. Попова. Серия: Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания. Ярославль, июль 2008. С.
    Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»