Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКА НАЦIОНАЛЬНА АКАДЕМIЯ ЗВ'ЯЗКУ ім. О. С. ПОПОВА

УДК 621.391.24

СИНТЕЗ СИГНАЛІВ ДЛЯ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ З КОРЕЛЯТИВНИМ КОДУВАННЯМ

05.12.13 - радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ШКУЛIПА ПАВЛО АЛЬФРЕДОВИЧ

Одеса 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеській національній академії зв'язку ім. О.С. Попова Мiнiстерства транспорта та зв'язку України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Сукачов Едуард Олексійович, Одеська національна академія зв'язку ім. О. С. Попова, професор кафедри технічної електродинаміки та систем радіозв'язку.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Банкет Віктор Леонідович, Одеська національна академія зв'язку ім. О. С. Попова, професор кафедри теорії електричного зв'язку;

кандидат технічних наук Астраханцев Андрій Анатолійович, Харківський національний університет радіоелектроніки, доцент кафедри мереж зв'язку.

Захист дисертації відбудеться «14» травня 2010 р. о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.816.01 в Одеській національній академії зв'язку ім. О. С. Попова за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Ковальська, 1, ауд. № 223.

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Одеської національної академії зв'язку ім. О. С. Попова за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Ковальська, 1.

Автореферат розісланий «10» березня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

к. ф-м.н., доцент Васіліу Є. В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Прискорений розвиток сучасних телекомунікаційних технологій грунтується на величезній різноманітності програмних і схемотехнічних нововведень, зокрема, на використанні нових класів сигнальних функцій, удосконалених способів кодування й оригінальних методів модуляції. Разом з тим, також широко застосовуються обчислювальні і апаратні засоби для реалізації оптимальних, з погляду економії частотних і енергетичних ресурсів, методів формування і передавання цифрових потоків. У зв'язку з цим актуальним є розв'язання задачі синтезу сигнальних функцій із заданими властивостями, що мають компактний спектр. Однією iз основних причин, що знижують швидкість передавання цифрової інформації, є міжсимвольна інтерференція (МСІ). Основними причинами виникнення МСІ слугують обмеження смуги тракту передачі, лінійні спотворення, селективні завмирання та ін. У частотно-обмежених системах передачі МСІ не дозволяє реалізувати швидкість Найквіста. Для боротьби з МСІ застосовуються адаптивні еквалайзери, передспотворення сигналів і т.п. Проте всі ці заходи ускладнюють апаратуру передавання інформації. У 1963 році А. Лендер (А. Lender) вперше звернув увагу на ту обставину, що міжсимвольну інтерференцію можна перетворити з прикрої завади в корисне явище. Запропонований ним дуобінарний (duobinary) метод передавання імпульсних сигналів припускав навмисне введення дозованої і підпорядкованої певним закономірностям міжсимвольної інтерференції. Трохи пізніше Е. Р. Крецмер (Е. R. Kretzmer, 1966 р.) запропонував декілька нових сигналів з керованою міжсимвольною інтерференцією.

Введеня МСI збiльшує тривалiсть кожного iмпульса до декiлькох тактових iнтервалiв, наслiдком чого стає взаємний вплив розташованих поряд сигналiв. З цього приводу технологiя набула назву коррелятивного кодування (correlative level coding). Оскiльки на iнтервалi для символа може розмiститися тiльки частина сигнала, його називають частковим (парцiальним) сигналом (partial response signaling).

Значний розвиток методи корелятивного кодування знайшли в роботах Боккера П., Френкса Л., Прокiса Дж., Белламі Дж. та ін. Помітний внесок у розв'язання задач підвищення ефективності методів передачі і обробки сигналів і, зокрема, парціальних сигналів зробили вчені Одеської національної академії зв'язку ім. О. С. Попова: А. Г. Зюко, В. Л. Банкет, Б. В. Одінцов, В. А. Кiсель, Е. О. Сукачов та ін.

Сьогоднi в технічній літературі обговорюються перспективи напряму розвитку мереж зв'язку наступного покоління NGN, цільових мереж, що самоорганізовуються, для транспортних засобів VANET, мобільного WiMAX, технології MIMO та ін. Таким чином, затребуваними залишаються методи формування сигнальних імпульсів, що мають оптимальне упакування в частотно-часовій області. Разом з тим, розвиток нових методів синтезу парціальних сигналів відкриває можливості для створення засобів телекомунікацій з поліпшеними технічними характеристиками, що може привести до підвищення ролі вузькосмугових систем в радіотехнологіях майбутнього, а також широкосмугових систем, що складаються з безлічі вузькосмугових каналів.

Для цих завдань, що не мають рішень у рамках існуючих методів теорії передачі цифрової інформації, була потрібна розробка нових підходів і методів, якi i представленi в даній дисертації.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота відповідає основним напрямам науково-дослідних робіт, що виконуються на каф. ТЕД та СРЗ Одеської національної академії зв'язку ім. О. С. Попова. Поставлені і вирішені в дисертації завдання тісно пов'язані з проблемами, сформульованими в «Концепції розвитку ЄНСЗ України до 2010 р.». Результати дисертацiйної роботи представленi в звiтi держбюджетної НДР “Розробка методики оцiнювання та динамiки завадових обставин у стiльникових мережах радioзв'язку з рухомими об'єктами” 2009 р. №ДР 0109U006000.

Мета і задачi дослідження. Метою даної дисертаційної роботи є розробка методу синтезу сигналів для телекомунікаційних систем з корелятивним кодуванням і побудова математичного апарату для дослідження властивостей цих сигналів в часовій і частотній областях. Для досягнення поставленої мети слід було вирішити наступні задачі:

– виконати аналіз змінення спектральної густини парціальних сигналів унаслідок обмеження тривалості парціального сигналу;

– розширити можливості технології корелятивного кодування за рахунок створення нових класів сигналів з керованою МСІ за допомогою переходу від ідеального частотно-обмежуючого ФНЧ до фільтрів більш загального вигляду;

– теоретично обґрунтувати перспективність апроксимації парціальних сигналів узагальненими вейвлетами Хаара;

– дослідити особливості визначення спектральних характеристик сигналів, представлених в базисі Хаара;

– оптимізувати параметри згладжуючого ФНЧ;

– розробити методику для дослідження спектральних характеристик скінченних реалізацій цифрового потоку на виході корелятивного кодера;

– дослідити спектральні характеристики скінченних реалізацій цифрового потоку в системах з корелятивним кодуванням;

– розробити спеціальні функції з компактним спектром для побудови цифрових систем передачі із заданими властивостями.

Об'єктом дослідження є процес формування й оброблення сигналів з компактним спектром у системах з корелятивним кодуванням.

Предметом дослідження є методи синтезу сигнальних функцій для телекомунікаційних систем з корелятивним кодуванням.

Методи дослідження. У дисертації використовуються методи теорії апроксимації і теорії вейвлетів, методи математичного аналізу і БПФ, методи математичного моделювання в обчислювальному середовищі MATLAB.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

– запропоновано систему узагальнених вейвлетів Хаара як ортонормований базис для апроксимації парціальних сигналів;

– вперше запропоновано оптимальний згладжуючий ФНЧ, що мінімізує залишкову МСІ;

– вперше запропоновано метод дослідження спектральних характеристик скінченних реалізацій цифрового потоку в системах з корелятивним кодуванням;

– вперше досліджено вплив виду симетрії в скінченнiй послідовності парціальних сигналів на її спектральні характеристики.

Практичне значення одержаних результатів. На підставі проведених досліджень і запропонованих теоретичних положень, методів, моделей і алгоритмів одержані наступні практичні результати:

– запропоновано спосіб передавання цифрової інформації на основі системи багаторівневих сигналів (М = 8), що мають спеціальнi властивостi в частотній і часовій областях;

– запропоновано спосіб передавання цифрової інформації багаторівневими сигналами з компактним спектром (М = 16), коли енергія сигналів сконцентрована усередині виділеної смуги частот;

– розроблено схему синтезатора сигналiв з керованою МСI.

Особистий внесок здобувача. Автор самостійно виконав усі теоретичні і практичні дослідження, які складають основу дисертаційної роботи. При цьому в роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачу належать наступні результати: [6, 7] - виведення основних співвідношень для дослідження спектральних характеристик обмежених за тривалістю парціальних сигналів; [5] - метод формування нових класів сигналів з керованою МСІ; [3, 9, 15, 17] - методи апроксимації сигнальних функцій з керованою МСІ і компактним спектром в ортогональному базисі Хаара; [4, 14, 16] - метод дослідження особливостей спектральних характеристик сигналів з керованою МСІ; [1, 13] - моделювання згладжування схiдчастих функцій при формуванні сигналів для телекомунікаційних систем; 2, 8, 13] - постановка задачi і виведення основних співвідношень для дослідження спектральних характеристик скінченних реалізацій цифрового потоку в системах з корелятивним кодуванням; 5, 10, 11, 12] - розробка систем сигнальних функцій (М = 8 і М = 16), що дозволяють реалізувати нові способи передавання цифрової інформації.

Апробація результатів дисертації. Основні матеріали дисертації доповідалися й обговорювалися на міжнародних науково-технічних конференціях і семінарах: 2-й Міжнародний радіоелектронний форум «Прикладна радіоелектроніка. Стан і перспективи розвитку», (Харків, 2005); Міжнародна науково-технічна конференція «Технологія цифрового мовлення: стратегія впровадження в Україні», (Одеса, 2006); Науково-практична конференція «Перспективні технічні та ринкові напрями розвитку телекомунікаційних послуг у новітніх безпровідних системах зв'язку», (Одеса, 2007); Міжнародна науково-технічна конференція «Технології цифрового мовлення: стратегія впровадження», (Одеса, 2007); 3-й Міжнародний радіоелектронний форум «Прикладна радіоелектроніка. Стан і перспективи розвитку», (Харків, 2008); 63-я науково-технічна конференція професорсько-викладацького складу, науковців, молодих вчених, аспірантів та студентів, (Одеса, 2009). спектральний парціальний сигнал вейлвлет

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 17 наукових робіт, зокрема: 9 статей в журналах і науково-технічних збірниках, рекомендованих ВАК України, 6 публікацій в працях міжнародних і республіканських конференцій і 2 патенти України.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зi вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Загальний обсяг роботи складає 178 сторінок, зокрема: основний текст - 134 сторінки, 57 рисунків, 7 таблиць; список використаних джерел - 11 сторінок, 137 найменувань; 7 додаткiв на 32 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦIЙНОЇ РОБОТИ

У вступі розкриті стан і зміст проблеми, обґрунтована актуальність теми дослідження, визначена мета роботи і сформульовані завдання дослідження, визначені об'єкт, предмет і методи дослідження, формулюються наукова новизна і практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі - «Розвиток методів корелятивного кодування для вирішення завдань формування частотно-обмежених сигналів з керованою міжсимвольною інтерференцією» - проведений аналіз сигнальних функцій з фінітним спектром, що задовольняють першому критерію Найквіста. Показано, що ці функції можуть слугувати початковим матеріалом для конструювання сигналів з керованою міжсимвольною інтерференцією (МСІ). Подібні сигнали називаються парціальними, а пристрій, який формує їх, - корелятивним кодером, що складається з каскадного з'єднання трансверсального фільтра (ТФ) і ФНЧ, характеристики якого задовольняють першому критерію Найквіста (рис. 1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 Структурна схема передавального фільтра в системі зв'язку з корелятивним кодуванням

Результатом корелятивного кодування є сигнальна функція вигляду

, , (1)

де L - кількість відлікових значень в тактових точках; f(t) - імпульсна реакція фільтра Найквіста, що входить до складу кодера; с_і - коефіцієнти у відведеннях лінії затримки ТФ; Т - тривалість тактового інтервалу або двійкового символу.

Коефіцієнт передачі ТФ записується як

або у вигляді поліному

,

де . (2)

Парціальні сигнали вигляду (1) визначені на нескінченному інтервалі. Для розв'язання задачi синтезу таких сигналів необхідно установити тривалість того інтервалу, яким можна обмежити сигнал (1) без значного спотворення його спектральної густини.

Для дослідження особливостей вирішення даної проблеми була використана сигнальна функція з керованою МСІ класу 4

(3)

зі спектральною густиною

, (4)

де ; .

Якщо обмежити функцію (3) відрізком , , то спектральну густину зрізаного таким чином імпульсного сигналу можна представити у вигляді

. (5)

Для симетричного обмеження сигнальної функції одержані наступні співвідношення:

; ,

Де

;

,

де і - інтегральний синус і косинус.

Для несиметрично зрізаної сигнальної функції класу 4 речовинна й уявна частини комплексного спектра (5) визначаються виразами:

і .

Рис. 2, а і б ілюструє графік зрізаного парціального сигналу і його амплітудний спектр, одержаних у середовищі MATLAB.

Згідно з рис. 2, б при r 4 модуль спектральної густини (5) практично збiгається з модулем iдеалiзованого виразу (4), а відсутність симетрії обмеження сигналу не відображається на його спектральних характеристиках.

Всі відомі класи парціальних сигналів одержані за умови, що найквістовий фільтр у схемі корелятивного кодера (рис. 1) є ідеальним ФНЧ з прямокутною АЧХ і нульовим ФЧХ.

Ця пропозиція спрощує математичні викладки, але звужує перспективи створення нових класів сигналів з керованою МСI.

Для розширення можливостей телекомунікаційних систем з корелятивним кодуванням запропонована методика одержання нових класів парціальних сигналів за рахунок використання замість ідеального ФНЧ фільтрів Найквіста зi скінченною перехідною областю _А, _В.

Для визначеності був вибраний найквістовський ФНЧ з характеристикою

(6)

де в перехідній області АЧХ апроксимується двопараметричною функцією

, , .

Рис. 3, а, б і в ілюструє процес формування спектральної густини узагальненого сигналу класу 4 при варіаціях параметра .

Аналітичний вираз сигнальної функції, що відповідає спектральній густині (6), має вигляд:

У другому розділі - «Математичні основи синтезу сигналів з управляємою міжсимвольною інтерференцією в базисі вейвлетів Хаара» - вирішена задача апроксимації сигналів з керованою МСІ в запропонованому базисі узагальнених вейвлетів Хаара, який може бути записаний у вигляді:

(7)

Безліч узагальнених функцій Хаара (7) зручно представити у вигляді матриці розміром (N Ч N), яка утворюється в результаті дискретизації на відрізку постійності. Перші вісім узагальнених функцій Хаара мають вигляд:

Поряд з подвійною нумерацією функцій Хаара (m, j) використовують так само просту нумерацію (k), вважаючи . Зв'язок між цими двома способами нумерації має вигляд . Першим етапом апаратного синтезу є апроксимація парціального сигналу в базисі узагальнених функцій Хаара. Як ілюстрація розглянута апроксимація сигналу класу 4 на інтервалі -4Т, 4Т. Для часткової суми

, (8)

коефіцієнти розраховані за формулою

.

На рис. 5 представлені схiдчасті функції для різних порядків апроксимації.

Апаратний синтез сигналів з керованою МСІ в базисі вейвлетів Хаара реалізований за схемою, показаною на рис. 6.

Наступним кроком у процедурі синтезу є вибір параметрів згладжуючого ФНЧ (рис. 6), який дозволив би зменшити ширину спектра схiдчастого сигналу і мінімізувати при цьому ту ширину, що виникає в процесі фільтрації МСI.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6 Схема синтезатора сигналів з керованою МСІ

У третьому розділі - «Дослідження впливу характеристик згладжуючого ФНЧ на спотворення форми сигналів класу 4» - проведений короткий аналіз аналогових фільтрів нижніх частот, які могли б стати згладжуючим ФНЧ синтезатора. Для подальшого поглибленого дослідження процесу фільтрації був вибраний фільтр Баттерворта. Всі дослідження виконувалися в середовищі MATLAB.

Як показник близькості відфільтрованої функції до свого аналітичного прототипу (3) був вибраний D-критерій, що є чисельним значенням результуючої залишкової МСІ:

, (9)

де - модуль значення згладженого сигналу в i-й точці.

Моделювання процесу фільтрації зручно реалізувати в обчислювальному середовищі MATLAB. Відомо, що фільтри вносять затримку сигналу, яка ускладнює визначення у відфільтрованому сигналі максимальних значень і положення еквідистантних нулів. Для реалізації фільтрації з нульовою фазовою затримкою в середовищі MATLAB передбачена вбудована функція filtfilt.

На рис. 7, а, б, в представлені результати згладжування схiдчастої функції за допомогою ФНЧ Баттерворта 5-го порядку для різних значень частоти зрізу, яка виражена через частоту Найквіста. Тут є зваженою сумою шістнадцяти узагальнених функцій Хаара.

Сигнал на виході ФНЧ (рис. 7, б) найкращим чином за обговорених умов наближається до , який описується виразом (3). Є цiкавим також з'ясувати, як залежить залишкова МСІ від порядка фільтра Баттерворта. Результати дослідження представлені на рис. 8, а, б.

Аналізуючи графіки, легко помітити, що порядок ФНЧ слабо впливає на ступінь зниження МСІ. За бiльш точної апроксимації (рис. 8, б) мінімум розмитий, але його величина дорівнює D(n₁)=0,0212, що можна вважати хорошим результатом.

У ряді випадків використання вбудованої функції filtfilt неприпустимо, оскільки вона не адекватна реальним процесам фільтрації. В цьому випадку необхідно враховувати затримку сигналу t_з, сенс якої роз'яснює рис. 9.

Установлено, що серед розглянутих варіантів найкраще згладжування забезпечує ФНЧ Баттерворта 15-го порядка за відносної частоти зрізу 0,14. При цьому величина МСІ складає , що відповідає разкриву глаз-діаграми по вертикалі на 92 %.

Можна досягти подальшого зниження рівня некерованої МСІ, якщо звернути увагу на наступну обставину.

Коефіцієнти ряду Фур'є-Хаара , що визначають висоту сходинок функції , розглядалися виходячи з умови рівномірної збіжності ряду (8) на всьому інтервалі визначення неперервної функції .

Тому в загальному випадку одержаний набір коефіцієнтів не доставляє мінімум цільової функції (9), яка була вибрана як критерій оцінки залишкової МСІ. Показано, що, застосовуючи метод покоординатного спуску, можна одержати , що в 5,5 разiв краще за результат, який був одержаний за рахунок підбору порядка фільтра Баттерворта і частоти зрізу.

У четвертому розділі - «Дослідження спектральних характеристик скінченних реалізацій цифрового потоку в системах з корелятивним кодуванням» - одержані загальні вирази для обчислення модуля спектральної густини фрагментів цифрових потоків, що мають рiзнi види симетрії або утворюють випадкову послідовність.

Цифровий потік скінченної тривалості, що складається з (2m + 1) парціальних сигналів вигляду (1), можна представити таким чином:

. (10)

Спектральна густина фрагмента цифрової послідовності (10) має вигляд:

, (11)

де - спектральна густина парціального сигналу.

При передаванні сигналів методом «активної паузи», коли символ набуває значення 1 і -1, всі доданки в сумі (11) можна поділити на групи, що складаються з двох членів з однаковими за абсолютною величиною індексами :

1-й рядок

2-й рядок

....................

(12)

k-й рядок

...................

. m-й рядок

Кожний рядок виразу (12) може бути віднесений до однієї з чотирьох тригонометричних функцій , , і . Нульовий рядок містить символ , який є центральним елементом цифрової послідовності. Тоді вираз (11) приводиться до вигляду:

= (13)

Для одержання спектральних характеристик конкретних цифрових потоків необхідно вибрати клас парціального сигналу і відповідно до розподілу символів в послідовності сформувати відповідні суми (13). Зокрема, фрагменти знакозмінної послідовності, що володіє парною симетрією вiдносно центрального елемента , для сигналів класу 4 показано на рис. 10, а. Спектральна густина - на рис. 10, б.

Коли в цифровій послідовності не вбачається будь-яких закономірностей, то для обчислення її спектральної густини необхідно використовувати загальну формулу (13).

На рис. 11, а, б представлений фрагмент випадкового цифрового потоку і відповідний йому модуль спектральної густини.

У п'ятому розділі - «Розробка цифрових систем передачі на основі спеціальних сигнальних функцій з фінітним спектром» - запропоновані два способи передавання цифрової інформації, вільні від МСІ, і пристрої для їхньої реалізації.

Перший з них заснований на переході від двійкового алфавіту символів до М-ічного, де М = 8. Для цього двійковий цифровий потік поділяється на блоки по три символи в кожному, називані тріадами. Кожній тріаді ставиться у взаємо-однозначну відповідність одна iз восьми сигнальних функцій, що займають інтервал 3Т. Конструювання сигнальних функцій виконано за формулою (1), яка набуває вигляду:

(14)

; .

При цьому МСІ відсутня, а в цифровому потоці з'являється детермінована ознака - послідовність еквідистантних нулів, якi прямують зі швидкістю тріад, що сприяє підвищенню завадозахищенностi канала тактової синхронізації (рис. 12).

Вирази для модуля спектральної густини функцій , мають вигляд:

.

Рис. 13,а ілюструє фінітний спектр багаторівневих сигнальних функцій (14).

Другий спосіб передавання заснований на переході від двійкового алфавіту символів до М-ічного, де М = 16. У цьому випадку двійковий цифровий потік поділяється на блоки по чотири символи в кожному. Кожному блоку ставиться у взаємооднозначну відповідність одна iз шістнадцяти сигнальних функцій, що займають інтервал 4Т, як показано в таблиці.

Таблиця 1

Схема відображення двійкових комбінацій в простір

і	Комбінація	Сигнальна функція	m	n	p
0	0	0	0	0		0,5	0	0,5
1	0	0	0	1		-0,5	0	0,5
2	0	0	1	0		1,5	0	-1,5
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
7	0	1	1	1		-1,5	0	0,5
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
12	1	1	0	0		1,5	1	-1,5
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
15	1	1	1	1		-1,5	1	1,5

Аналітичний вираз для і-ї сигнальної функції має вигляд:

s_i(t)=,

.

Модуль спектральної густини сигнальних функцій , має вигляд:

Рис. 13,б ілюструє п'ять типів компактних амплітудних спектрів для шістнадцяти сигнальних функцій, використовуваних в цифровій системі зв'язку. Зворотний перехід від системи М-ічних символів до двійкових здійснюється за допомогою реєстрації в трьох точках і ототожнення відліків з коефіцієнтами m, n і p, як показано на рис. 14.

Далі, відповідно до значень одержаних коефіцієнтів, з кодової книги (див. табл. 1) витягується комбінація з чотирьох двійкових символів і в одному з допустимих форматів прямує до одержувача інформації.

На рис. 15 зображена глаз-діаграма, тобто суперпозиція сигнальних функцій на виході передавальної частини, приведених до загального інтервалу -4Т, 8Т, яка ілюструє відсутність МСІ і наявність еквідистантної послідовності нулів.

Другий спосіб передавання пропонує використовувати сигнали, які мають не тільки фінітний, але і компактний спектр, коли енергія сигналу сконцентрована усередині відведеної смуги частот.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі розроблена теорія синтезу парціальних сигналів з фінітним спектром її додатка для розв'язання прикладних задач в області теорії і практики телекомунікаційних систем з корелятивним кодуванням. Виконання дослідження дозволили глибше розвинути теорію корелятивного кодування і створити системи передавання цифрової інформації з високими якісними показниками. У дисертації одержані наступні основні наукові і практичні результати.

1. Виконаний порівняльний аналіз сигнальних функцій, що задовольняють критеріям Найквіста, а також багатопараметричних селективних сигналів з фінітним спектром.

Показано, що багатопараметричні сигнальні функції з фінітним спектром, що задовольняють першому критерію Найквіста, можуть слугувати початковим матеріалом для конструювання нових класів сигналів з керованою МСІ.

2. Розроблена методика й одержані розрахункові формули для дослідження впливу на спектральні характеристики симетричного і несиметричного обмеження в часі сигнальних функцій в системах з корелятивним кодуванням.

3. Побудована система узагальнених вейвлетів Хаара для апроксимації сигнальних функцій в телекомунікаційних технологіях з корелятивним кодуванням.

4. Розроблена структурна схема синтезатора парціальних сигналів. Досліджена залежність точності апроксимації сигналів від кількості додатків у часткових сумах ряду Фур'є-Хаара.

5. Досліджено вплив характеристик згладжуючого ФНЧ у синтезаторі на точність відтворення парціальних сигналів класу 4. Показана доцільність застосування як ФНЧ фільтри Баттерворта і вказані значення параметрів, при яких мінімізується додаткова МСІ, що виникає в процесі фільтрації.

6. Досліджені спектральні характеристики скінченних реалізацій цифрового потоку в системах з корелятивним кодуванням. Одержано загальний вираз для обчислення спектральної густини скінченних реалізацій (фрагментів) імпульсних послідовностей, що мають парну симетрію, непарну симетрію і при випадковому характері проходження імпульсів. Досліджена тенденція зміни спектрів скінченних цифрових потоків при збільшенні тривалості процесу.

7. Запропоновані два способи передавання двійкових цифрових потоків за допомогою переходу до багаторівневих сигналів за рахунок застосування спеціальних сигнальних множин, що складаються з М = 8 і М = 16 функцій відповідно. Розроблені структурні схеми приймально-передавального устаткування, які виконують функції формування, передачі і реєстрації запропонованих багаторівневих сигнальних множин.

СПИСОК ОПУБЛIКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті у наукових фахових виданнях

1. Сукачев Э. А. Влияние ограничения длительности сигнала на его спектральные характеристики в системах с коррелятивным кодированием Сукачев Э. А., Шкулипа П. А. // Радиотехника: Всеукр. межвед. научн.-техн. сб., 2008. Вып. 156. С. 64-69.

2. Сукачев Э. А. Использование фильтра Баттерворта для сглаживания ступенчатых функций в синтезаторе телекоммуникационных сигналов / Сукачев Э. А., Шкулипа П. А. // Цифрові технології. 2009. №5 - С. 111-115.

3. Шкулипа П. А. Представление сигналов с управляемой межсимвольной интерференцией в базисе вейвлетов Хаара / П. А. Шкулипа // Наукові праці ОНАЗ ім О. С. Попова. 2008. №1. С. 67-73.

4. Сукачев Э. А. Сравнительный анализ спектральных характеристик ступенчатых функций на выходе формирователя сигналов / Сукачев Э. А., Шкулипа П. А. // Наукові записки УНДІЗ. 2008. № 3(5). С. 52-57.

5. Сукачев Э. А. Новые классы сигналов с управляемой межсимвольной интерференцией / Сукачев Э. А., Шкулипа П. А.// Цифрові технології. 2008. № 4. С. 103-108.

6. Сукачев Э. А. Исследование спектральных характеристик сигналов с управляемой МСИ, представленных вейвлетами Хаара / Сукачев Э. А., Шкулипа П. А. // Цифрові технології. 2008. № 3. С. 112-116.

7. Сукачев Э. А. Система передачи цифровой информации на основе многоуровневых сигналов с компактным спектром / Сукачев Э. А., Шкулипа П. А. // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2008. № 6(78). С. 28-31.

8. Сукачев Э. А. Исследование спектральных характеристик конечних реализаций цифрового потока в системах с коррелятивным кодированием / Сукачев Э. А., Шкулипа П. А. // Радиотехника: Всеукр. межвед. научн.-техн. сб.; 2007. Вып. 151. С. 194-197.

9. Сукачев Э. А. Особенности спектральных характеристик сигналов, представленных в базисе Хаара / Сукачев Э. А., Ильин Д. Ю., Шкулипа П. А. // Працi УНДIРТ. 2006. № 1(45). 2(46). С. 27 - 28.

10. Пат. 85361. Україна. МПК(2006) Н03М 5/00. Спосіб передавання цифрової інформації сигналами з компактним спектром / Сукачов Е. О., Шкуліпа П. А.; заявл. 20.11.08; опубл. 12.01.09, Бюл. № 1, 2009 р.

11. Пат. 84112. Україна. МПК(2006) Н03М 5/00. Спосіб передавання цифрової інформації / Сукачов Е. О., Шкуліпа П. А.; заявл. 24.12.07; опубл. 10.09.08, Бюл. № 17, 2008 р.

Друковані праці наукових конференцій, статті у журналах, виданнях, тези доповідей

12. Сукачев Э. А. Особенности синтеза сигнальных функций с управляемой межсимвольной интерференцией / Э. А. Сукачев, П. А. Шкулипа // 63-тя наук.-техн. конф. професорсько-викладацького складу, науковців, молодих вчених, аспірантів та студентів: матер. конф. Одеса, 26.11. - 02.12.08 р. Одеса, 2009. С. 5-9.

13. Сукачев Э. А. Моделирование сглаживания ступенчатых функций при формировании сигналов для телекоммуникационных систем / Сукачев Э. А., Шкулипа П. А. // Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития: сб. научн. трудов 3-го междунар. радиоэлектронного форума - Харьков:, 2008. C. ІІ-149-ІІ-152.

14. Сукачев Э. А. Методы аппроксимации сигнальних функций с управляемой МСИ / Сукачев Э. А., Шкулипа П. А. // Технології цифрового мовлення: стратегія впровадження: матер. міжнар. наук.-техн. конф., 3 - 4 липня 2007 р. Одеса:, 2007. С. 225 - 226.

15. Сукачев Э. А. Аппаратная реализация сигнальных функций в системах с коррелятивным кодированием / Сукачев Э. А., Шкулипа П. А. // Перспективні технології та ринкові напрями розвитку телекомунікаційних послуг у новітніх безпроводових системах зв'язку: праці науково-практ. конф., 22 - 24 березня 2007 р. Одеса:, 2007. С. 89 - 90.

16. Сукачев Э. А. Особенности синтеза селективных сигналов для цифровых телекоммуникационных систем / Сукачев Э. А., Ильин Д. Ю., Шкулипа П. А. // Технологии цифрового вещания: стратегия внедрения в Украине: матер. междун. научно-техн. конф., 29 - 30 июня 2006 г. Одесса:, 2006. С. 165 - 167.

17. Сукачев Э. А. Применение вейвлетов Хаара для аппроксимации селективных сигналов с компактным спектром / Сукачев Э. А., Лабунский В. А., Шкулипа П. А. // Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития: сб. научн. трудов 2-го междунар. радиоэлектронного форума. Т. IV Междунар. конференция “Телекоммуникационные технологии и сети”, 19 - 23 сентября 2005 г. Харьков: 2005. С. IV - 201 - IV - 202.

АНОТАЦІЯ

Шкуліпа П. А. Синтез сигналів для телекомунікаційних систем з корелятивним кодуванням. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.13 - радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій. - Одеська національна академія зв'язку ім. О. С. Попова. - Одеса, 2010.

Дисертацію присвячено вирішенню проблеми синтезу сигналів з компактним спектром для телекомунікаційних систем, що використовують корелятивне кодування з метою узгодження спектра сигналу з частотними характеристиками каналу зв'язку. Запропоновано метод обчислення спектральних характеристик симетрично та несиметрично обмежених у часовому просторі сигнальних функцій з керованою міжсимвольною інтерференцією. Набули подальшого розвитку методи побудови нових класів функцій з обмеженим спектром.

Вперше набула свого вирішення проблема синтезу сигналів з керованою міжсимвольною інтерференцією у базисі ортогональних узагальнених вейвлетів Хаара.

Розроблено метод обчислення поточного спектра обмежених за часом цифрових потоків. Запропоновано два способи організації передавання цифрових потоків за частотнообмеженими каналами зв'язку. Створено схеми приймально-передавального обладнання, що реалізують ці способи.

Ключові слова: критерії Найквіста, корелятивне кодування, сигнали з керованою МСІ, функції Хаара, фільтри Баттерворта, спектральні характеристики цифрових потоків.

АННОТАЦИЯ

Шкулипа П. А. Синтез сигналов для телекоммуникационных систем с коррелятивным кодированием. - Рукопись.

Диссертация на соискание наученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.13 - радиотехнические устройства и средства телекоммуникаций. - Одесская национальная академия связи им. А. С. Попова. - Одесса, 2010.

Диссертация посвящена решению проблемы синтеза сигналов с компактным спектром для телекоммуникационных систем, использующих коррелятивное кодирование с целью согласования спектра сигналов с частотными характеристиками канала связи. Предложен метод вычисления спектральных характеристик симметрично и несимметрично ограниченных во времени сигнальных функций для определения необходимой протяженности синтезируемого сигнала. Установлено, что при сохранении сигнальной функции на отрезке, равном восьми тактовым интервалам, деформация спектра, вызванная усечением парциального сигнала, практически отсутствует. Это определило выбор длительности синтезируемого сигнала.

Для расширения многообразия свойств синтезируемых сигналов получил дальнейшее развитие метод построения новых классов сигналов с управляемой МСИ за счет включения в коррелятивный кодер вместо идеального ФНЧ фильтра Найквиста с заданными законами изменения АЧХ в переходной области частот.

На основании анализа ортонормированных базисов построена система обобщенных вейвлетов Хаара, адекватных задаче аппроксимации усеченных сигналов с управляемой МСИ на данном этапе синтеза. Исследовано влияние характеристик сглаживающего фильтра на точность воспроизведения на примере синтезирования парциального сигнала класса 4. Оценка точности осуществлялась по D-критерию. Разработана структурная схема, осуществляющая аппаратную реализацию синтеза сигналов и позволяющая создавать аналоговые переносчики цифровой информации с заданной степенью точности. Найдены оптимальные характеристики фильтра Баттерворта, при которых минимизируется остаточная МСИ на выходе синтезатора.

Разработан метод вычисления текущего спектра конечных реализаций цифровых потоков, образованных информационной последовательностью сигнальных функций, сформированных синтезатором. Получены расчетные соотношения для частных случаев, связанных с наличием в последовательности сигналов определенной симметрии относительно некоторого центрального элемента. Исследована зависимость спектральной плотности конечной реализации от длительности процесса.

Разработана вычислительная процедура в среде MATLAB для анализа спектральных характеристик реализации последовательностей парциальных сигналов и графического отображения полученных результатов.

Предложены и представлены в виде патентов Украины два способа организации передачи цифровых потоков, свободных от МСИ, где новые свойства достигались благодаря переходу от двоичной системы к М-ичным. Первый способ (М = 8) предполагает использование сигнальных функций специальной формы, относящихся к классу парциальных сигналов, которые позволяют организовать в цифровом потоке последовательность эквидистантных нулей, что повышает эффективность системы тактовой синхронизации. Второй (М = 16) использует систему многоуровневых парциальных сигналов с компактным спектром, энергия которых сосредоточена в центральной части выделенной полосы частот. Разработаны структурные схемы приемо-передающего оборудования, реализующие предложенные способы.

Ключевые слова: критерии Найквиста, коррелятивное кодирование, сигналы с управляемой МСИ, функции Хаара, фильтры Баттерворта, спектральные характеристики цифровых потоков.

SUMMARY

Shkulipa P. A. Synthesis of the signals for telecommunication systems with correlative encoding, - Manuscript.

Thesis on the competition of graduate degree of candidate of sciences on speciality 05.12.13 - Radio devices and telecommunication means. - Odessa national telecommunications academy named after A. S. Popov. - Odessa, 2010.

The thesis is devoted to a solution of problem of synthesis of signals with compact spectrum for telecommunication systems whish employ correlative encoding with the purpose of coordinating signal spectrum with the channel frequency characteristics. A calculation method of spectral characteristics of signals with controlled ISI whish are symmetrically and asymmetrically limited in time domain is proposed. The construction methods of new classes of the functions with limited spectrum received further development.

For the first time the synthesis problem of signals with controlled ISI in the basis of orthogonal generalized Haar wavelets received its decision. The calculation method of current spectrum of the limited in time digital sequences is developed. Two methods of transmission organization of digital information over frequency limited communication channels are proposed. Receiver and transmitter schemes were created which realized these methods.

Keywords: Nyquist criteria, correlative encoding, controlled intersymbol inter-ference, Haar functions, Butterworth filters, digital stream spectral characteristics.

Размещено на Allbest.ru

...