Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Полигауссовы алгоритмы совместной демодуляции-декодирования сигналов в каналах мобильных инфокоммуникационных систем

Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Кокунин Петр Анатольевич

Казань 2006

Работа выполнена на кафедре радиоэлектронных и телекоммуникационных систем Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева.

Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор Надеев Адель Фирадович

Научный консультант академик АН РТ, доктор технических наук, профессор Чабдаров Шамиль Мидхатович

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук, профессор Сидоров Владимир Васильевич

кандидат технических наук, доцент Тахаутдинов Велер Салихович

Ведущая организация Институт проблем информатики АН Республики Татарстан

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Последние достижения в области микроэлектронных, коммуникационных и информационных технологий привели к стремительному развитию мобильных инфокоммуникационных систем. Мобильные инфокоммуникационные системы - это класс систем, включающий как гражданские системы, так и системы специального назначения, решающие задачи предоставления коммуникационных и информационных услуг подвижным пользователям с использованием различных видов интегрированных абонентских терминалов. Основными тенденциями развития перспективных мобильных инфокоммуникационных систем являются увеличение объемов передаваемой информации и требований к качеству предоставляемых услуг, передача разнородной информации через единую коммуникационную инфраструктуру, расширение функциональных возможностей перспективных систем. Одной из центральных проблем инфокоммуникационных систем стала проблема обеспечения качества предоставляемых услуг (QoS - Quality of Service) в условиях ограниченных системных ресурсов, в частности, радиочастотных.

Важнейшей составляющей QoS является группа параметров, характеризующих надежность информационного обмена, в частности вероятность битовой ошибки. С этим параметром также связаны и другие важнейшие характеристики, такие, как пропускная способность системы, задержки передачи информации. В свою очередь вероятность битовой ошибки во многом определяется принципами обработки информации на нижних уровнях инфокоммуникационной системы - канальном и физическом.

Поэтому одним из важнейших направлений повышения QoS и, как следствие, повышения эффективности системы в целом является совершенствование методов обработки информации на канальном и физическом уровнях.

Разработке алгоритмов и методов обработки сигналов как на физическом, так и на канальном уровнях посвящено большое количество научных трудов, среди которых следует отметить работы отечественных ученых Котельникова В.А., Варакина Л.Е., Тихонова В.И., Ширмана Я.Д., Чабдарова Ш.М., Кловского Д.Д., Николаева Б.И. и зарубежных - Феера К., Витерби А.Д, Омура Дж.К., Форни Дж. Д. и др.

При этом следует отметить, что мобильные инфокоммуникационные системы характеризуются сложной структурой сигнально-помехового комплекса, формируемого в результате воздействия таких факторов, как большое число одновременно работающих передатчиков, имеющих свободный доступ в радиоканал, многолучевая структура распространения сигналов и близость подстилающей поверхности радиолиний систем подвижной радиосвязи, что приводит к различным видам флуктуаций сигналов и порождает поток переотраженных сигналов, недостаточное обеспечение электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, а в системах специального назначения - и комплексы преднамеренных помех от средств радиоэлектронной борьбы, в том числе со структурой полезных сигналов.

В результате воздействия этих факторов сигналы и помехи представляют собой случайные процессы, со сложными негауссовскими распределениями, что необходимо учитывать при синтезе алгоритмов обработки сигналов. В настоящее время ведутся работы, посвященные изучению проблем обработки сигналов в негауссовских каналах связи, среди них работы Сосулина Ю.Г., Шелухина О.И., Метлицкого В.А., Голяницкого И.А., Карпова И.Г. и др. При этом известные алгоритмы приводят к сложным нелинейным процедурам обработки, характер нелинейности которых зависит от вида негауссовских распределений.

Большие возможности как при описании сигналов и помех, так и при анализе и синтезе алгоритмов и устройств обработки сигналов представляют вероятностные смеси стандартных распределений, которые получили всестороннее развитие в работах Ш.М.Чабдарова и его учеников: Сафиуллина Н.З., Феоктистова А.Ю., Надеева А.Ф., Файзуллина Р.Р., Егорова А.Е. и др. Задачи оптимального обнаружения, различения, разрешения случайных процессов с произвольными законами распределений решаются на основе использования универсальных полигауссовых, марково-смешанных, суммарно-смешанных полигауссовых моделей и соответствующих методов. В рамках этой школы были получены оптимальные и адаптивные алгоритмы разрешения сигналов на фоне комплекса негауссовских помех и шумов, на основе квазидетерминированных моделей сигналов и помех решена задача синтеза алгоритма обнаружения-различения радиоимпульсных многоэлементных сигналов на фоне комплекса шумовых и импульсных помех с использованием марково-смешанной полигауссовой модели, получены алгоритмы приема многоэлементных сигналов в целом с поэлементным принятием решений.

Для обеспечения наибольшей эффективности системы необходимо, чтобы при разработке алгоритмов обработки информации максимально учитывались многоуровневая структура информационного обмена инфокоммуникационных систем и процессы межуровневого информационного обмена. При оптимизации процессов межуровневого информационного обмена необходимо учитывать информацию о процессах на одних уровнях при организации процедур на других уровнях. Одним из направлений повышения эффективности инфокоммуникационных систем является совместная оптимизация процедур физического и канального уровней, направленная на обеспечение более полного информационного взаимодействия при организации процедур обработки информации, в частности, процедур демодуляции и декодирования.

В настоящее время вопросам разработки совмещенных процедур демодуляции-декодирования посвящено большое количество работ, среди которых следует выделить работы Кловского Д.Д. и Николаева Б.И.. Между тем, эти работы преимущественно опираются на гауссовские модели и корреляционные методы обработки сигналов.

Конструктивным направлением совершенствования алгоритмического обеспечения мобильных инфокоммуникационных систем является разработка алгоритмов совместной демодуляции-декодирования на основе вероятностных моделей послекорреляционного уровня, при этом учитывается объективно сложная структура сигнально-помехового комплекса и особенности межуровневого информационного обмена.

Исходя из вышеизложенного формулируется цель диссертационной работы и основные задачи ее достижения.

Целью диссертационной работы является повышение помехоустойчивости и пропускной способности мобильных инфокоммуникационных систем на основе разработки полигауссовых алгоритмов совместной демодуляции-декодирования сигналов при воздействии комплекса негауссовских помех.

Поставленная цель достигается решением следующих основных задач:

1. Развитие комплексного подхода к решению задачи обработки сигналов с учетом многоуровневого иерархического принципа организации информационного взаимодействия в мобильных инфокоммуникационных системах в условиях воздействия комплекса негауссовских помех.

2. Выбор и обоснование вероятностных моделей сигнально-помехового комплекса в радиоканалах мобильных инфокоммуникационных систем.

3. Решение задачи синтеза алгоритма совместной демодуляции-декодирования флуктуирующих сигналов на фоне комплекса негауссовских помех.

4. Имитационное моделирование и анализ вероятностных характеристик синтезированных алгоритмов.

5. Разработка устройства обработки сигналов на основе синтезированных алгоритмов.

Методы исследований

Теоретические исследования. Используются аналитические методы теории вероятности и математической статистики, теории статистических решений, теории полигауссовых случайных явлений.

Экспериментальные исследования проведены с использованием специально разработанного программного обеспечения для задач статистического и имитационного моделирования, реализованного с помощью следующих программных средств Borland Delphi Enterprise 7.0 (Build 5.62), MathCad 2001 Professional.

Научная новизна

В работе впервые:

1) Синтезированы полигауссовы алгоритмы совместной демодуляции-декодирования сигналов мобильных инфокоммуникационных систем в комплексе негауссовских помех, имеющие однородную параллельную структуру, инвариантную относительно характера сигнально-помехового комплекса;

2) Обоснован вид поликорреляционных решающих статистик в виде взвешенной суммы частных гауссовских функционалов правдоподобия, обеспечивающих адекватное представление специфики сигнально-помехового комплекса для процедур канального декодирования;

3) Проведено исследование характеристик полигауссового алгоритма совместной демодуляции-декодирования в условиях воздействия комплекса негауссовских помех, которое свидетельствует о достоверности полученных результатов и эффективности синтезированного алгоритма;

4) Разработаны рекомендации по управлению канальным кодированием по результатам оценивания статистик сигнально-помехового комплекса;

5) Разработано оригинальное устройство демодуляции-декодирования сигналов в условиях воздействия комплекса негауссовских помех.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1) Получила дальнейшее развитие методика полигауссового синтеза алгоритмов обработки сигналов с учетом принципов построения мобильных инфокоммуникационных систем в условиях воздействия комплекса негауссовских помех;

2) Синтезированы полигауссовы алгоритмы совместной демодуляции-декодирования, обеспечивающие повышение помехоустойчивости и пропускной способности мобильных инфокоммуникационных систем вследствие учета реальных характеристик канала связи, формирования адекватных решающих статистик и их использования в процессе канального декодирования;

3) Создано программное обеспечение для проведения исследований характеристик синтезированных алгоритмов методом статистического и имитационного моделирования, являющееся удобным инструментальным средством для повышения эффективности работы разработчиков аппаратуры мобильных инфокоммуникационных систем.

4) Разработано устройство обработки радиоимпульсных сигналов, обеспечивающее повышение эффективности мобильных инфокоммуникационных систем в части повышения помехоустойчивости и пропускной способности при обработке радиоимпульсных сигналов в комплексе негауссовских помех.

5) Рассмотрены вопросы практической реализации полигауссового алгоритма совместной демодуляции-декодирования на современной элементной базе.

6) Разработана структура адаптивной базовой станции, при функционировании которой осуществляется адаптация к локальному сигнально-помеховому комплексу, формируемому в районе базовой станции.

Материалы диссертации прошли апробацию на следующих научно-технических конференциях и семинарах: 7-й Международный молодежный форум «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА И МОЛОДЕЖЬ В ХХІ веке» (Харьков, 2003), Всероссийская научно-практическая конференция «Динамика и развитие иерархических (многоуровневых) систем» (Казань, 2003), Международная научная конференция к 95-летию академика В.А.Котельникова «Современная радиоэлектроника в ретроспективе идей В.А.Котельникова» (Москва, 2003), Всероссийская научно-техническая конференция «Информационно-телекоммуникационные технологии» (Сочи, 2004), 1-я, 2-я и 3-я Международные научно-практические конференции «Инфокоммуникационные технологии глобального информационного общества» (Казань, 2003, 2004, 2005).

Публикации. Включенные в диссертацию основные научные результаты опубликованы в 14 печатных работах и 3 научно-технических отчетах.

Диссертация выполнялась в соответствии с 1) научно-технической программой Министерства образования и науки РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма «Информационно-телекоммуникационные технологии» (НИР номер гос. регистрации 01.200308756), 2) конкурсными грантами по «Программе развития приоритетных направлений науки в Республике Татарстан на 2001-2005г.г.» (Гранты Академии наук республики Татарстан № 06-6.8-164 /2002 (Ф), № 06-6.8-164 /2003 (Ф)), 3) планом научных работ кафедры радиоэлектронных и телекоммуникационных систем Казанского государственного технического университета имени А.Н.Туполева.

Внедрение результатов диссертации. Теоретические и практические результаты, полученные в диссертационной работе, используются в ФГУП «Казанский научно-исследовательский институт радиоэлектроники», а также в учебном процессе в КГТУ им. А.Н.Туполева.

На защиту выносятся следующие основные положения:

· Полигауссовы вероятностные модели представления сигнально-помехового комплекса в каналах мобильных инфокоммуникационных систем;

· Полигауссовы алгоритмы совместной демодуляции-декодирования сигналов мобильных инфокоммуникационных систем в комплексе негауссовских помех;

· Характеристики полигауссового алгоритма совместной демодуляции-декодирования сигналов мобильных инфокоммуникационных систем при воздействии комплекса негауссовских помех, свидетельствующие о работоспособности полученных алгоритмов, повышении помехоустойчивости и относительной пропускной способности.

· Оригинальное устройство разрешения-декодирования сигналов в комплексе негауссовских помех.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего в себя 101 наименование отечественных и зарубежных источников, в том числе 10 работ автора, и содержит 229 страниц основного машинописного текста, 70 рисунков, 3 таблицы и приложение.

инфокоммуникационный помехоустойчивость полигауссовый

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель работы, решаемые задачи, перечислены основные положения, выносимые на защиту. Приведена структура диссертации, форма апробации и внедрения ее результатов.

В первой главе рассмотрены направления развития, вопросы построения мобильных инфокоммуникационных систем, проведен анализ существующих методов обработки сигналов, реализации информационного обмена в рамках многоуровневого информационного взаимодействия в мобильных инфокоммуникационных системах.

Проведенный в первой главе анализ свидетельствует об актуальности поставленных цели и задач.

Во второй главе строго сформулирована и решена задача аналитического синтеза алгоритмов совместной демодуляции-декодирования (СДД) при воздействии комплекса негауссовских помех.

Проведено обоснование выбора вероятностной модели представления сигнально-помехового комплекса с учетом распределений в реальных каналах связи и экспериментальных данных. При этом экспериментальные данные подтверждают теоретические предположения о существенной негауссовости каналов мобильных инфокоммуникационных систем, о чем свидетельствует представленная гистограмма амплитудного распределения, построенная на основе экспериментальных данных, рис.1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

С использованием феноменологически, теоретико-вероятностно и экспериментально обоснованных вероятностных моделей синтезированы алгоритмы совместной демодуляции-декодирования для общей полигауссовой модели сигнально-помехового комплекса и для марково-смешанной полигауссовой модели сигнально-помехового комплекса.

Рассмотрим задачу демодуляции-декодирования K-элементных сигналов, соответствующих сигналам, применяемым в мобильных инфокоммуникационных системах. Сигналы, применяемые в таких системах, - это дискретные многоэлементные сигналы, которые могут быть представлены выражением:

(1)

где - элементарный сигнал, который может быть как широкополосным, так и узкополосным, форма которого определяется, в том числе, заданным методом модуляции; g - определяет тип сигнала (g определяется, в частности, видом расширяющей последовательности); i - тип информационного символа, для двоичного случая “0” или “1”, i - определяется видом сверточного кода и передаваемой информацией; ф_g - величина, определяющая случайное время прихода сигнала g-типа; k - номер временной позиции многоэлементного сигнала.

Полигауссова многомерная плотность вероятности, соответствующая принимаемому сигналу, имеет вид:

, (2)

где присутствуют отсчеты входного колебания , соответствующие всем К - временным позициям соответствующего сигнала s_g(t), , в рамках каждой из которой сформированы k-мерные векторы .

Плотность распределения вероятности импульсной помехи при условии ее наложения с вероятностью Р_п на k-ю временную позицию может быть представлена в виде:

. (3)

Плотность вероятности белого гауссовского шума:

. (4)

На основе полигауссового метода синтеза получено выражение для условных отношений правдоподобия:

, (5)

которые включают частные гауссовские функционалы отношения правдоподобия:

(6)

(7)

Синтез алгоритма совместной демодуляции-декодирования осуществляется в соответствии с критерием максимума правдоподобия на основе полученной поликорреляционной статистики (5). Процесс декодирования представляется как выбор оптимальной траектории, формируемой на решетке состояний. Каждая траектория характеризуется решающими статистиками, формируемыми в результате обработки входного колебания.

Для решения задачи эффективного выбора оптимальной траектории используется алгоритм Витерби, позволяющий сократить число анализируемых траекторий. В каждый момент времени решетка содержит узлы (состояния) , число которых определяется видом сверточного кода. Каждому многоэлементному сигналу соответствует единственная траектория j, формируемая на решетке:

, (8)

где - номера узлов, соответствующие j-ой траектории. С учетом полученного вектора наблюдений для каждой траектории j определена статистика в виде функции правдоподобия:

, (9)

где - вектор наблюдения, соответствующий k-й позиции многоэлементного сигнала, или одному биту кодового слова; K - число битов информации, составляющих траекторию, - величина, определяющая длину задержки принятия решения, или длина траекторий, по которым принимается решение при реализации алгоритма Витерби.

В соответствии с алгоритмом Витерби совокупность оптимальных траекторий j^* находится как:

, (10)

где - множество т.н. «уцелевших» к моменту траекторий для сигнала g.

В каждый момент времени необходимо помнить только об «уцелевших» траекториях (число которых не превышает число узлов решетки в момент и определяется видом применяемого сверточного кода) и характеризующих их статистиках. Для перехода к моменту времени необходимо продолжить «уцелевшие» траектории к моменту в рамках всевозможных «разрешенных» переходов , число которых определяется видом сверточного кода, и, в соответствии с (5), (9), определить статистики для продолженных траекторий , .

На рис.2 представлена структурная схема полигауссового алгоритма совместной демодуляции-декодирования. Структура алгоритма содержит ряд параллельных каналов, соответствующих числу типов обрабатываемых сигналов. В каждом из каналов формируется поликорреляционная статистика в виде функционала отношения правдоподобия, на основе анализа которой в блоке выбора оптимальной траектории осуществляется определение типа принимаемого сигнала g и выбор оптимальной траектории соответствующей принимаемому декодируемому сигналу.

Для учета объективной внутренней зависимости многоэлементных сигналов в реальных каналах при синтезе алгоритма были использованы марково-смешанные полигауссовы вероятностные модели описания сигнально-помехового комплекса. В реальных каналах связи отдельные элементы многоэлементных сигналов не являются полностью независимыми. Так при генерации на передающей стороне многоэлементного сигнала выходными каскадами передающего устройства его элементарные сигналы формируются в идентичных энергетических условиях. При этом, если скорость изменения параметров радиоканала мала относительно длительности многоэлементного сигнала (что, как правило, выполняется в реальных радиоканалах), эта взаимосвязь элементов сигнала в определенной степени сохраняется и на приемной стороне.

В работе рассмотрена задача совместной демодуляции-декодирования для марково-смешанных вероятностных моделей сигнально-помехового комплекса.

В этом случае многоэлементные сигналы задаются марково-смешанными полигауссовыми моделями (МС-ПГ моделями):

,

(11)

где и - элементы переходных матриц и вектора начальных вероятностей.

Кроме того, в наблюдаемом колебании присутствуют белый гауссовский шум и ординарный поток независимых импульсных помех , с вероятностью накладывающихся на k-ю временную позицию многоэлементного сигнала.

Итоговые, рекуррентно вычисляемые, функционалы отношения правдоподобия имеют вид:

, (12)

, (13)

, (14)

, (15)

. (16)

Начальные условия (при k=1) имеют следующий вид:

, (17)

. (18)

Таким образом, алгоритм совместного различения-декодирования:

. (19)

Входящие в выражение (19) поликорреляционные статистики вычисляются в соответствии с выражениями (12)-(18). В структуре алгоритма содержится блок выбора оптимальной траектории, в котором на основе, рекуррентно формуемой поликорреляционной решающей статистики (12), в соответствии с алгоритмом Витерби осуществляется построение, анализ и выбор оптимальной траектории, которой соответствует декодированная информационная последовательность.

Так же, как и все полигауссовы алгоритмы, данный алгоритм имеет многоканальную структуру, где каждый из каналов соответствует одному из частных функционалов отношения правдоподобия . При этом частные функционалы отношения правдоподобия на каждом k-том шаге формируются не для всего вектора наблюдения , а только для отсчетов , соответствующих k-й временной позиции. По данным частным функционалам отношения правдоподобия рекуррентно формируются функционалы отношения правдоподобия , представляющие собой поликорреляционные решающие статистики, используемые для операции декодирования. Существенно, что в отличие от традиционных полигауссовых алгоритмов, веса гауссовских компонент сигнала не вводятся в виде постоянных коэффициентов, а также рекуррентно вычисляются по частным функционалам отношения правдоподобия. При этом на каждом k-том шаге на основе всех предшествующих наблюдений рекуррентно вычисляются апостериорные вероятности номеров компонент сигнала и затем, с учетом переходных матриц , они экстраполируются на k-й шаг в виде весов гауссовских компонент .

Полученные алгоритмы были обобщены для случая решения задачи разрешения-декодирования, когда одновременно выполняется демодуляция-декодирование сигналов, поступающих от нескольких передатчиков на фоне негауссовских помех. Полигауссов алгоритм совместного разрешения-декодирования имеет характерную для полигауссовых алгоритмов однородную параллельную структуру инвариантную относительно характера сигнально-помехового комплекса.

Рассмотрены вопросы преодоления априорной неопределенности в отношении весовых коэффициентов в распределении негауссовских помех. Разработан адаптивный алгоритм, в рамках которого оценка весовых коэффициентов гауссовских компонент помехи осуществляется по совокупности частных гауссовских функционалов отношения правдоподобия , формируемых для основного ствола алгоритма, в котором вырабатывается решение о сигнале, и, таким образом, ствол адаптации естественно встраивается в структуру алгоритма приема многоэлементных сигналов.

В работе рассмотрены вопросы обработки радиоимпульсных широкополосных сигналов, конкретизированы алгоритмы обработки для сигналов, представленных квазидетерминированной моделью. Полигауссовы представления мгновенных значений случайного процесса порождают полирайсовы модели огибающей, в настоящей работе при описании сигнально-помехового комплекса, представленного квазидетерминированной моделью, амплитудные множители сигналов и помех были представлены марково-смешанными полирелеевыми моделями, являющимися частным случаем марково-смешанных полирайсовых моделей.

Рассмотрены вопросы организации выбора схемы кодирования, на основе анализа поликорреляционных статистик, получаемых в ходе обработки сигналов.

В третьей главе проведено исследование характеристик синтезированных алгоритмов методом статистического компьютерного моделирования. Для этих целей было разработано соответствующее программное обеспечение.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

На рис. 3 и 4 представлены зависимости вероятности битовой ошибки от амплитуды и от вероятности наложения помехи для полигауссового и корреляционного алгоритмов совместной демодуляции-декодирования, где Р_ош - вероятность битовой ошибки, S - амплитуда сигнала. На рис.5 представлены зависимости относительной пропускной способности F от амплитуды сигнала.

При моделировании рассматривалась ситуация обработки детерминированных широкополосных сигналов на фоне белого гауссовского шума и полигауссовой помехи с параметрами: N=3 (число гауссовских компонент), q₁=0,4; q₂=0,3; q₃=0,3 (весовые коэффициенты); m₁=1; m₂=3; m₃=5 (мат.ожидания гауссовских компонент); у₁=0,2; у₂=0,2; у₃=0,5 (среднеквадратические отклонения гауссовских компонент).

Результаты сравнительного анализа данных статистического моделирования свидетельствуют о том, что разработанные алгоритмы являются работоспособными и позволяют увеличить эффективность системы в части повышения помехоустойчивости и пропускной способности.

Применение синтезированных полигауссовых алгоритмов совместной демодуляции-декодирования позволяет снизить вероятность ошибки в конкретных ситуациях более чем в 5 раз по отношению к корреляционному алгоритму.

Важной особенностью полученных алгоритмов является то, что существенный выигрыш обеспечивается в том числе и в области малых значений амплитуд полезного сигнала. Максимальный выигрыш обеспечивается при ярко выраженных многомодальных распределениях помехи с неодинаковыми весовыми коэффициентами гауссовских компонент.

Анализ зависимости вероятности ошибки от вероятности наложения помехи показал эффективность применения полигауссового алгоритма совместной демодуляции-декодирования, при этом выигрыш полигауссового алгоритма по отношению к корреляционному алгоритму увеличивается по мере возрастания вероятности наложения помехи.

Результаты моделирования показывают, что использование синтезированного полигауссового алгоритма совместной демодуляции-декодирования позволяет существенно увеличить относительную пропускную способность в конкретных ситуациях в 2 и более раз.

В четвертой главе рассмотрен вопрос практической реализации синтезированных алгоритмов на основе современной элементной базы: ПЛИС и цифровых сигнальных процессоров. Оценена вычислительная сложность синтезированных алгоритмов.

Разработаны структурная схема устройства разрешения-декодирования широкополосных радиоимпульсных сигналов и структурная схема адаптивной базовой станции, обеспечивающая адаптацию к параметрам локального сигнально-помехового комплекса, формируемого в районе территориального размещения и функционирования базовой станции.

В заключении формулируются выводы, и приводится перечень основных результатов, полученных в диссертационной работе.

Основные научные и практические результаты

В данной работе проведены разработка и исследования новых алгоритмов обработки сигналов, направленные на повышение помехоустойчивости и пропускной способности мобильных инфокоммуникационных систем в условиях воздействия комплекса негауссовских помех. При этом получены следующие основные результаты:

• Получил развитие комплексный подход к решению задачи обработки сигналов мобильных инфокоммуникационных систем с реализацией процедуры сверточного декодирования в условиях воздействия комплекса негауссовских помех;

• По результатам анализа экспериментальных данных показан сложный вид распределений в реальных каналах мобильных инфокоммуникационных систем, на основе аппроксимации экспериментальных гистограмм обосновано применение вероятностных моделей представления сигнально-помехового комплекса в виде взвешенных сумм стандартных мономодальных распределений;

• Разработаны полигауссовы алгоритмы совместной демодуляции-декодирования, имеющие однородную многоканальную структуру, позволяющие существенно повысить помехоустойчивость инфокоммуникационных систем при воздействии комплекса негауссовских помех;

• На основе квазидетерминированных моделей сигналов и помех решена задача синтеза алгоритма разрешения-декодирования радиоимпульсных многоэлементных сигналов с марково-смешанными полирайсовыми распределениями амплитуд на фоне комплекса шумовых и импульсных помех;

• Разработано программное обеспечение для статистического моделирования и анализа характеристик полученных алгоритмов, являющееся удобным инструментом при проектировании устройств на основе синтезированных алгоритмов. Проведено статистическое моделирование в ходе которого моделировалась обработка широкополосных сигналов со структурой соответствующей структуре сигналов применяемых в современных мобильных инфокоммуникационных системах. Результаты моделирования свидетельствуют о работоспособности и эффективности полученных алгоритмов, и показывают, что применение синтезированных полигауссовых алгоритмов совместной демодуляции-декодирования позволяет в конкретных ситуациях более чем в 5 раз повысить помехоустойчивость, и более чем в 2 раза относительную пропускную способность по сравнению с алгоритмами, основанными на корреляционных методах обработки;

• Предложены рекомендации по выбору алгоритмов обработки информации на канальном уровне на основе анализа поликорреляционных статистик, формируемых на физическом уровне;

• Разработано оригинальное устройство обработки многоэлементных широкополосных радиоимпульсных сигналов, позволяющее повысить помехоустойчивость системы в условиях воздействия негауссовских помех;

• Разработана структура адаптивной базовой станции, в которой реализуются функции адаптации к локальному сигнально-помеховому комплексу формирующемуся в районе размещения базовой станции.

Представленные результаты диссертационной работы свидетельствуют о том, что в работе решена научная задача, заключающаяся в разработке полигауссовых алгоритмов совместной демодуляции-декодирования, позволяющих существенно повысить помехоустойчивость и пропускную способность мобильных инфокоммуникационных систем при воздействии комплекса негауссовских помех.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПЕЧАТНЫХ РАБОТАХ

1. Кокунин П.А., Чабдаров Ш.М., Файзуллин Р.Р., Надеев А.Ф., Егоров А.Е. «Новые классы моделей и методов статистической микроэлектроники послекорреляционного уровня: исследование, систематизация и анализ элементов многообразия вероятностных смесей различных явлений при разных вероятностных взаимодействиях». Этап 2002 г. «Исследование, систематизация и анализ смешанных вероятностных моделей при разных типах смешиваемых компонент»//Отчет по НИР по гранту №06-6.8-164/2002(Ф) Академии наук Республики Татарстан. Казань, 2002, 90 с.

2. Кокунин П.А., Чабдаров Ш.М., Сафонов В.Л., Файзуллин Р.Р., Надеев А.Ф., Егоров А.Е. Новые классы полигауссовых моделей в статистической теории приема сигналов современных радиоэлектронных систем//“Прикладная радиоэлектроника”, №6, 2003, 11 с.

3. Кокунин П.А., Чабдаров Ш.М., Надеев А.Ф., Файзуллин Р.Р., Феоктистов А.Ю., Егоров А.Е., Каримуллин Э.М. «Новые классы моделей и методов статистической радиоэлектроники послекорреляционного уровня: исследование, систематизация и анализ элементов многообразия вероятностных смесей различных явлений при разных вероятностных взаимодействиях». Этап 2003 г. «Синтез алгоритмов проверки статистических гипотез в случае одновременного присутствия различных сигналов при комплексе помех и шумов с произвольными флуктуациями»// Отчет по НИР по гранту № 06-6.8-164 /2003 (Ф) Академии наук Республики Татарстан,. Казань, 2003, 120с.

4. Кокунин П.А., Чабдаров Ш.М., Надеев А.Ф., Файзуллин Р.Р., Феоктистов А.Ю., Егоров А.Е., Каримуллин Э.М. «Новые классы моделей и методов статистической радиоэлектроники послекорреляционного уровня: исследование, систематизация и анализ элементов многообразия вероятностных смесей различных явлений при разных вероятностных взаимодействиях». Этап 2004 г. «Синтез алгоритмов обработки радиоимпульсных сигналов современных систем связи с подвижными объектами при комплексе помех и шумов с произвольно заданными флуктуациями»// Отчет по НИР по гранту № 06-6.8-164/2004 (Ф) Академии наук Республики Татарстан,. Казань, 2004, 46с.

5. Кокунин П.А., Егоров А.Е. Алгоритм разрешения флуктуирующих многоэлементных сигналов при априорной неопределенности относительно значений вероятностей компонент импульсной помехи. // 7-й Международный молодежный форум «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА И МОЛОДЕЖЬ В ХХІ веке», Украина, Харьков, 21 - 23 апреля 2003г.

6. Кокунин П.А. Полигауссовы модели и методы в многоуровневой иерархической концепции построения инфокоммуникационных систем.// Всероссийская научно-практическая конференция «Динамика и развитие иерархических (многоуровневых) систем», Казань, 21-22 ноября 2003г.

7. Кокунин П.А., Чабдаров Ш.М., Надеев А.Ф., Файзуллин Р.Р., Егоров А.Е. Модели и алгоритмы обработки сигналов на основе вероятностных смесей в перспективных системах подвижной радиосвязи. // Международная научная конференция к 95-летию академика В.А.Котельникова «Современная радиоэлектроника в ретроспективе идей В.А.Котельникова», Москва, 29-30 октября 2003г.

8. Кокунин П.А., Чабдаров Ш.М., Файзуллин Р.Р., Надеев А.Ф., Егоров А.Е. Разработка и исследование алгоритмов приема при негауссовских флуктуациях сигналов и комплекса помех в перспективных системах подвижной радиосвязи. // Всероссийская научно-техническая конференция «Информационно-телекоммуникационные технологии», Сочи, 19-26 сентября, 2004 года.

9. Кокунин П.А., Чабдаров Ш.М., Закиров З.Г., Надеев А.Ф., Файзуллин Р.Р., Егоров А.Е. Обработка сигналов в негауссовских каналах перспективных систем подвижной радиосвязи. // Международная научно-практическая конференция «Инфокоммуникационные технологии Глобального Информационного Общества». Казань. 2003. С.306-310.

10. Кокунин П.А., Чабдаров Ш.М., Файзуллин Р.Р., Надеев А.Ф. Адаптивная обработка сигналов в негауссовских каналах перспективных систем подвижной радиосвязи. // 2-я Ежегодная международная научно-практическая конференция «Инфокоммуникационные технологии глобального информационного общества», Казань, 2-3 сентября, 2004 года.

11. Кокунин П.А., Чабдаров Ш.М., Файзуллин Р.Р., Надеев А.Ф. Синтез алгоритма обработки флуктуирующих радиоимпульсных сигналов в комплексе негауссовских помех. // Всероссийская научно-практическая конференция «Авиакосмические технологии и оборудование. Казань-2004»

12. Кокунин П.А., Чабдаров Ш.М., Закиров З.Г., Надев А.Ф., Файзуллин Р.Р., Егоров А.Е. Поликорреляционная обработка сигналов перспективных систем подвижной радиосвязи.// Телекоммуникации. 2005. № 1.С.27-31.

13. Кокунин П.А., Чабдаров Ш.М., Закиров З.Г., Надев А.Ф., Файзуллин Р.Р., Егоров А.Е. Поликорреляционный алгоритм совместной демодуляции-декодирования сигналов перспективных систем мобильной связи. // ТРУДЫ «Российского научно технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С.Попова», серия: Научная сессия, посвященная дню Радио, Москва, 2005 год.

14. Кокунин П.А., Чабдаров Ш.М., Надеев А.Ф., Файзуллин Р.Р., Егоров А.Е. Устройство разрешения радиоимпульсных сигналов на фоне произвольной помехи // Патент на изобретение № 2269205 от 27.01.06г.

15. Кокунин П.А., Чабдаров Ш.М., Надеев А.Ф., Файзуллин Р.Р., Егоров А.Е., Ефимов Е.Н. Устройство разрешения радиоимпульсных сигналов на фоне произвольной помехи // Патент на полезную модель № 42373 от 27.11.04г.

16. Кокунин П.А., Чабдаров Ш.М., Надеев А.Ф., Файзуллин Р.Р. Совместная оптимизация процедур физического и канального уровней на основе моделей в виде вероятностных моделей. 3-я Ежегодная международная научно-практическая конференция «Инфокоммуникационные технологии глобального информационного общества», Казань, 8-9 сентября, 2005 года.

17. Кокунин П.А., Чабдаров Ш.М., Надеев А.Ф., Файзуллин Р.Р., Егоров А.Е. Поликорреляционный алгоритм совместной демодуляции-декодирования сигналов мобильных инфокоммуникационных систем. Электронное приборостроение. Научно-практический сборник. Приложение к журналу «Вестник КГТУ (КАИ)». Выпуск №2(43).-Казань: КГТУ (КАИ). 2005. С.27-32.

Размещено на Allbest.ru

...