Оцінювання завадостійкості ансамблів адресних кодів для CDMA-систем - Автореферат

Реалізація нових можливостей CDMA-систем здійснюється як за рахунок удосконалювання існуючих систем, так і реалізації нових технічних рішень, що повязані з оптимізацією параметрів окремих вузлів системи. Однією з істотних особливостей CDMA-систем і недоліків, що випливають з неї, є наявність внутрішньо-системних перешкод, що обумовлені неортогональністю адресних сигналів, що обмежує можливість CDMA-систем з пропускної здатності, погіршує їх енергетичні характеристики і реальне розповсюдження. Раціональним названо адресний код, який відрізняється в кращий бік за рядом важливих показників: ступінь ортогональності, широкі можливості по формуванню представницьких ансамблів кодів і стійким до викривлень в каналі CDMA системи. Для вибору або формування ансамблів раціональних адресних кодів необхідно мати апарат для оцінювання кодів до викривлень в каналі, що враховував би в єдиному сполученні два аспекти: ступінь неортогональності коду і повязані з цим показником взаємно кореляційні властивості, а також стійкість коду до викривлень в каналі CDMA-системи. Наукова новизна отриманих результатів полягає в: розробці нових алгоритмів і засобів оцінювання стійкості до викривлень в каналі ансамблів адресних каналоутворюючих кодів для CDMA-систем, які дозволять отримати ефективні ансамблі. отриманні нових даних про кореляційні властивості ансамблів адресних кодів. отриманні нових даних про стійкість до викривлень в CDMA-каналах найбільш поширених ансамблів адресних кодів.У першому розділі проведено аналітичний огляд існуючих методів формування адресних кодів для CDMA-систем, їх ансамблів і критеріїв оцінювання їх якості. Характеристики ансамблю адресних кодів можуть бути додатково поліпшені шляхом застосування одного з методів оптимізації ансамблів адресних кодів. Методи аналізу ансамблів адресних кодів за допомогою кореляційних функцій не є достатньо проробленими, оскільки взагалі існує велика кількість реалізацій в 4 різновидах кореляційних функцій, що мають різний вклад в загальну стійкість до перешкод ансамблю адресних кодів. Для розвязання задачі аналізу стійкості до викривлень ансамблів адресних кодів з урахуванням CDMA-каналу необхідно більш детально проробити задачу про модель CDMA-каналу і існуючи методики аналізу. Дослідження різних джерел показало, що існує декілька підходів до побудови ансамблю адресних кодів, які дозволяють однозначно визначити ансамбль адресних кодів.На основі аналізу існуючих методів формування і оптимізації ансамблів адресних кодів за різними критеріями, та результатів досліджень завадозахисних властивостей ансамблів адресних кодів, сформованих цими методами за допомогою функції кореляції, розроблено метод і відповідний алгоритм аналізу кореляційних властивостей адресних кодів. Отримано конкретні дані у відношенні кореляційних властивостей адресних кодів під “планкою” їх максимальних значень і розподіл по кількості реалізацій, які дозволяють оптимізувати склад ансамблів адресних кодів. Встановлено і статистично підтверджено, що функція розподілу ймовірностей появи максимальних значень кореляційної функції ансамблів адресних кодів підкорюється квазінормальному закону розподілу з нульовим середнім. Такий підхід дозволяє охарактеризувати будь-який ансамбль адресних кодових параметрів лише чотирма параметрами - середньоквадратичними відхиленнями розподілу парних і непарних кореляційних функцій, що дозволяє змінити підхід до оцінки в бік підвищення інформативності параметрів. Розроблено новий підхід до формування ансамблів адресних кодів, що базується на апараті оптимізації в який автором було внесено особистий внесок розробкою одного з підходів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача розробки алгоритмів та засобів для оцінювання стійкості ансамблів адресних кодів до викривлень в каналі. Вирішення цієї проблеми має важливе значення у галузі звязку, яке сприяє підвищенню ефективності систем на основі CDMA та покращенню якості звязку.

Основні наукові і практичні результати роботи полягають у наступному: 1. На основі аналізу існуючих методів формування і оптимізації ансамблів адресних кодів за різними критеріями, та результатів досліджень завадозахисних властивостей ансамблів адресних кодів, сформованих цими методами за допомогою функції кореляції, розроблено метод і відповідний алгоритм аналізу кореляційних властивостей адресних кодів. Отримано конкретні дані у відношенні кореляційних властивостей адресних кодів під “планкою” їх максимальних значень і розподіл по кількості реалізацій, які дозволяють оптимізувати склад ансамблів адресних кодів.

2. Встановлено і статистично підтверджено, що функція розподілу ймовірностей появи максимальних значень кореляційної функції ансамблів адресних кодів підкорюється квазінормальному закону розподілу з нульовим середнім. Такий підхід дозволяє охарактеризувати будь-який ансамбль адресних кодових параметрів лише чотирма параметрами - середньоквадратичними відхиленнями розподілу парних і непарних кореляційних функцій, що дозволяє змінити підхід до оцінки в бік підвищення інформативності параметрів. За допомогою цих показників, було проаналізовано 4 найбільш поширені типи адресних кодів.

3. Розроблено новий підхід до формування ансамблів адресних кодів, що базується на апараті оптимізації в який автором було внесено особистий внесок розробкою одного з підходів. Розроблено оригінальний метод і алгоритм оптимізації адресних кодових послідовностей за критерієм завадостійкості (АО/COS). Встановлено, що ансамблі, сформовані за методом АО/COS, мають одні з найкращих серед інших методів характеристики, а в багатьох випадках вони мають перевагу над іншими. Враховуючи дуже велику завантаженість радіочастотного спектру, особливо у місті, використання цих ансамблів дозволяє поліпшити електромагнітну сумісність з іншими засобами звязку.

4. Проаналізовано існуючі методики аналізу стійкості адресних кодів до викривлень в каналі. Встановлено, що головним недоліком цих методик є те, що вони або не враховують наявність шумів неортогональності, або не враховують особливостей CDMA-каналу (багатопроменевість, швидкі завмирання, наявність сусідніх стільників, тощо).

5. Теоретично обґрунтовано і в подальшому експериментально застосовано модель CDMA-каналу, яка адекватна особливостям CDMA-систем і дозволяє досліджувати проходження через неї адресних кодів. В її основу було покладено математичну модель фізичного середовища розповсюдження згідно із рекомендацій ITU. Адаптацію моделі виконано по таких позиціях: 1) Враховано викривлення, що виникають внаслідок колективної роботи в каналі з іншими користувачами системи.

2) Враховано наявність сусідніх стільників, що працюють в тій самій частотній смузі. Показано, що у випадку ідеалізованої системи, на прийнятий сигнал суттєво впливають одинадцять сусідніх стільників.

В такій постановці задача формування каналу була відсутня. Ця модель дозволила математично описати CDMA-канал і була покладена в основу методики.

6. На основі моделі CDMA-каналу розроблено науково обґрунтовану методику і відповідний алгоритм чисельного аналізу стійкості до викривлень в каналі звязку адресних кодових послідовностей з урахуванням основних факторів, що впливають на переданий сигнал. Головними особливостями даної методики є те, що в ній враховані: швидкі завмирання в каналі;

повільні завмирання в каналі;

наявність шумів неортогональності за рахунок абонентів, що працюють в тому самому частотному діапазоні;

трафік, що утворюють окремі абоненти;

параметри якості зєднання;

7. За допомогою розробленої методики виконано порівняльний аналіз різних типів ансамблів адресних кодів і різних методів оптимізації. Встановлено, що шляхом правильного вибору ансамблю адресних кодів можна досягти підвищення завадостійкості ансамблю на 1-3 ДБ.

8. Створено засоби для аналізу адресних кодів у вигляді програмних модулів на мові високого рівня Matlab, які реалізують зазначені вище методи, методики і алгоритми. Всі розроблені модулі скомпоновано в єдиний програмний комплекс, що дозволяє проаналізувати будь-який ансамбль періодичних двійкових адресних кодових послідовностей і зробити порівняльний аналіз з іншими ансамблями послідовностей.

Лебедєв О.М, Поляков І.Л. Вплив зсувів адресних кодів на їх кореляційні властивості. // Наукові вісті Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”, №6, 2001.

Особиста участь здобувача: розробка методу розрахунку кореляційних характеристик ансамблів адресних кодів, проведено розрахунок характеристик, обробка результатів експерименту.

Вакась В.И., Поляков И.Л. Синхронизация в CDMA-сетях // РАДИОТЕХНИКА // Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник. Тематический выпуск “Проблеммы телекоммуникаций”, г.Харьков, №133, 2003, с. 190-197.

Особиста участь здобувача: розробка методу розрахунку характеристик стійкості ансамблів адресних кодів до розсинхронізації, проведення машинного експерименту, обробка результатів експерименту.

Поляков І.Л. Методи формування адресних кодових ансамблів // Науково-технічна інформація, УКРІНТЕІ, м.Київ, 2003 р, с. 44-47.

Поляков І.Л. Вплив викривлень на кореляційні властивості адресних кодів. // Наукові вісті Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”, №1, 2003.

Лебедев О.Н., Поляков И.Л. Свойства составных последовательностей Касами для широкополосных сигналов // 10-я Международная конференция “СВЧ техника и телекоммуникационные технологии” CRIMICO, Севастополь, 2000 г.

Особиста участь здобувача: розробка методу розрахунку кореляційних характеристик ансамблів адресних кодів, проведено розрахунок характеристик, обробка результатів експерименту.

Лебедев О.Н., Поляков И.Л. К формированию ансамбля кодовых последовательностей для широкополосных сигналов. // 11-я Международная конференция “СВЧ техника и телекоммуникационные технологии” CRIMICO, Севастополь, 2001 г.

Особиста участь здобувача: розроблено оригінальний метод формування ансамблів адресних кодів, рахунок характеристик, участь у експерименті, обробка результатів експерименту.

Лебедев О.Н., Поляков И.Л., Олейник И.С. Адресные коды для CDMA систем. // Юбилейная научно-практическая конференция "Современные и будущие информационные технологии Украины" Киев,15-17 марта 2000.

Особиста участь здобувача: проведено розрахунок характеристик, рахунок характеристик, участь у експерименті, обробка результатів експерименту.