Размещено на http://www.allbest.ru/

Казанский государственный технический университет им.А.Н. Туполе

Аппроксимация распределений комплекса помех в радиоканалах систем подвижной радиосвязи

Чабдаров Ш.М., Надеев А.Ф., Файзуллин Р.Р.,

Закиров З.Г., Кокунин П.А.

г. Казань

Основное содержание исследования

Дефицит радиочастотного спектра, возрастающие требования к качеству и скорости передачи информации, стремительный рост числа абонентов в современных системах подвижной связи неизбежно приводят к необходимости совершенствования математических моделей и методов обработки сигналов. В этой связи, адекватное представление сигнально-помехового комплекса в зоне обслуживания и синтез алгоритмов, учитывающих объективную сложность сигнально-помеховой обстановки, является актуальным.

Эффективность алгоритмов обработки сигналов во многом зависит от того, на сколько адекватно представляют сигнально-помеховый комплекс вероятностные модели, на базе которых были получены эти алгоритмы. Существующие алгоритмы обработки сигналов, используемые в системах связи с подвижными объектами, основаны на стандартных распределениях, таких как распределение Гаусса, Релея-Райса, логонормальное и ряда других стандартных распределений корреляционного уровня. Известно, что эти законы представляют собой мономодальные распределения, и справедливы для среднестатистического радиоканала, параметры которого получены в результате большого пространственного и временного усреднения. Реальный радиоканал систем связи с подвижными объектами имеет ряд особенностей, которые должны учитываться при синтезе алгоритмов обработки сигналов.

Сложная сигнально-помеховая обстановка в радиоканале формируется в результате локализации зон функционирования системы, ограничения времени сеансов связи, интенсификации информационного обмена, свободного доступа многочисленных приемо-передающих устройств и случайного характера мешающих воздействий. Указанные факторы приводят к тому, что существующие алгоритмы обработки сигналов в рамках традиционного корреляционного подхода, когда используются стандартные малопараметрические распределения, становятся неадекватными реальным распределениям сигнально-помеховой обстановки в радиоканале, и как следствие эффективность их использования резко снижается. При решении задачи адекватного представления сигнально-помехового комплекса большие возможности представляет использование моделей и методов послекорреляционного уровня в виде вероятностных смесей стандартных распределений, например полигауссовых и марково смешанных распределений. На основе полигауссвых и марково-смешанных моделей были синтезированы алгоритмы обнаружения-различения и разрешения сигналов, обладающие высокой помехоустойчивостью, по сравнению с алгоритмами корреляционного уровня, и возможностью технической реализации.

Для вероятностного описания сигнально-помеховой обстановки, синтеза и анализа алгоритмов, базирующихся на смесях распределений, важнейшей является информация о параметрах реальных распределений в радиоканалах.

С целью изучения распределений уровней сигналов и помех на частотах стандартизованных систем сотовой связи, работающих в условиях города, определения вида и параметров соответствующих вероятностных распределений, был проведены экспериментальные измерения. В результате проведенного эксперимента были получены данные об изменении уровня напряженности электромагнитного поля на ряде фиксированных частот используемых системами сотовой связи в конкретном городском районе и построены гистограммы, а также решена задача аппроксимации полученных гистограмм. В качестве аппроксимирующей модели использовался полирайсов закон:

(1)

Выбор полирайсового закона, как аппроксимирующего основывался на том, что при описании распределений амплитуд сигналов и помех со случайными начальными фазами могут быть использованы полирайсовы модели [1].

Для аппроксимации экспериментальных гистограмм полирайсовым законом была разработана программное обеспечение в среде Delphi. В качестве критерия оптимальности выбора значений параметров аппроксимирующей функции использовалось среднеквадратическое отклонение значений гистограммы от аппроксимирующей кривой. В качестве метода оптимизации был применен метод перебора значений параметров аппроксимирующей функции.

Результаты проведенных исследований подтвердили сложный характер распределений уровня сигналов и помех в радиоканалах систем связи с подвижными объектами. Экспериментально полученные гистограммы и аппроксимирующие их распределения представлены на рис.1-3.

помеха радиоканал подвижная радиосвязь

помеха радиоканал подвижная радиосвязь

На рис.1 приведены распределения в диапазоне 450 МГц, в этом диапазоне работают системы сотовой связи стандарта NMT. На рис.1-а представлено распределение соответствующее сигнально-помеховому комплексу, на рис.1-б - помеховому комплексу в отсутствии сигнала.

На рис.2 приведены распределения, полученные в диапазоне 800 МГц, в этом диапазоне работают системы связи стандарта DAMPS. На рис.2-а представлено распределение соответствующее сигнально-помеховому комплексу, на рис.2-б - помеховому комплексу в отсутствии сигнала.

На рис.3 приведены распределения в диапазоне 900 МГц, в этом диапазоне работают системы сотовой связи стандарта GSM. На рис.3-а представлено распределение соответствующее сигнально-помеховому комплексу, на рис.3-б - помеховому комплексу в отсутствии сигнала.

При синтезе и анализе оптимальных алгоритмов обработки сигналов необходимой является информация о виде и параметрах условных распределений для сигнально-помеховой ситуации наличия во входной смеси сигнала, помехи и шума и ситуации наличия только помехи и шума. Исходя из этого исследовались рабочие радиоканалы, на момент проведения измерений эти радиоканалы использовались для передачи информации, и радиоканалы, которые на момент исследований не использовались, т.е. соответствующие гистограммы характеризуют помеховый комплекс в данном диапазоне.

Ряд экспериментально полученных распределений имеет многомодальную структуру, адекватно описываемую смесью райсовских распределений.

Полученные данные о виде и параметрах распределений в реальных радиоканалах используются при синтезе алгоритмов обработки многоэлементных сигналов, анализе их эффективности, и разработки специализированных процессоров обработки сигналов систем подвижной радиосвязи.

Список литературы