Розробка методів підвищення енергетичної та спектральної ефективності цифрових систем передачі за допомогою застосування сигналів з компактним спектром. Врахування сумісної дії джитера та адитивної завади на характеристики багаторівневих алгоритмів.
Аннотация к работе
розробку нових методів апроксимації спектральної щільності сигналів з компактним спектром у перехідної області, що дозволяє синтезувати однопараметричні сигнали з малим рівнем бічних пелюстків імпульсної характеристики; Методи дослідження - методи теорії апроксимації, які застосовуються для апроксимації спектральної щільності сигналів з компактним спектром, методи спектрального аналізу, які використовуються для оцінювання спектральних властивостей синтезованих сигналів, методи математичного моделювання, з використанням яких будується математична модель досліджуваних функцій та алгоритмів, оцінюються частотна та енергетичні ефективності, методи імітаційного моделювання на ПЕОМ, які застосовуються для підтвердження теоретичних результатів, отриманих методами математичного моделювання. вперше побудовано залежності ймовірності помилки прийому багаторівневих сигналів кореляційним приймачем від співвідношення сигнал/шум з урахуванням сумісної дії адитивної завади та джитера, що дає можливість врахувати дію джитера на фоні адитивної завади; вперше запропоновано використовувати клас трансцендентних функцій для апроксимації спектральної щільності сигналів з компактним спектром, що дозволяє провести синтез сигналів з обмеженим спектром, оптимальних за критерієм мінімального рівня енергії в бічних пелюстках імпульсної характеристики. При цьому, у роботах, написаних у співавторстві, здобувачу належить: [5] - визначення нижньої межі імовірності помилки алгоритму 2B1Q і отримання залежностей імовірності помилкового прийому символів від дисперсії джитера на виході кореляційного приймача; [6, 8] - розробка алгоритму побудови око-діаграми в середовищі Simulink (Matlab) і експериментальні залежності, що ілюструють вплив адитивної перешкоди і нестабільності частотної характеристики каналу на розкрив "око-діаграми"; [10] - побудова нових спектральних функцій, що задовольняють першому критерію Найквіста; [9] - визначення завадостійкості алгоритмів 2B1Q і САР; [4] - синтез селективних функцій на основі поліноміальних і трансцендентних функцій; [7, 11] - розробка імітаційної моделі ЦСП з алгоритмами 2B1Q, QAM і САР і її реалізація на ПЕОМ.Запропоновано математичну модель каналу звязку, з урахуванням дії адитивної завади та джитера в результаті огляду та систематизації основних характеристик цифрових систем передавання. Проведено аналіз і синтез сигналів з компактним спектром та запропоновано нове розвязання задачі підвищення ефективності цифрових систем передавання інформації, за рахунок зменшення впливу міжсимвольної інтерференції та фазового джитера. На їх основі отримано групу однопараметричних селективних сигналів з малим рівнем і високою швидкістю спадання бічних пелюстків імпульсної характеристики. Проведено оптимізацію синтезованих функцій, за результатами якої отримано нові функції, окремі з яких мають високу швидкість спадання бічних пелюстків імпульсної характеристики, порівняно з використовуваним "піднесеним косинусом" (виграш за значенням енергії в першому пелюстку на 43% і до 73% - у другому пелюстку). Підвищення завадостійкості (зменшення імовірності символьної помилки до ) можна досягти при збереженні зазначеного виграшу за частотною ефективністю за рахунок використання для обмеження спектра замість функції типу "піднесений косинус", функцій синтезованих на основі виразу (4).
Вывод
1. Запропоновано математичну модель каналу звязку, з урахуванням дії адитивної завади та джитера в результаті огляду та систематизації основних характеристик цифрових систем передавання.
2. Проведено аналіз і синтез сигналів з компактним спектром та запропоновано нове розвязання задачі підвищення ефективності цифрових систем передавання інформації, за рахунок зменшення впливу міжсимвольної інтерференції та фазового джитера. Синтезовано нові види сигналів з компактним спектром, отримані шляхом апроксимації спектральної щільності у перехідній області поліноміальними функціями.
3. Вперше використано трансцендентні функції для апроксимації перехідної області спектра селективних функцій. На їх основі отримано групу однопараметричних селективних сигналів з малим рівнем і високою швидкістю спадання бічних пелюстків імпульсної характеристики.
Проведено оптимізацію синтезованих функцій, за результатами якої отримано нові функції, окремі з яких мають високу швидкість спадання бічних пелюстків імпульсної характеристики, порівняно з використовуваним "піднесеним косинусом" (виграш за значенням енергії в першому пелюстку на 43% і до 73% - у другому пелюстку). Створено програму, що дозволяє отримати канонічне подання частотної характеристики фільтра. Для найкращих із синтезованих функцій визначено канонічні подання фільтрів, що їх реалізують.
4. Удосконалено формування й обробку сигналів у алгоритмі модуляції САР, що дозволило звузити смугу спектра в 1,4 рази, у порівнянні з традиційно використовуваними алгоритмами 2B1Q і QAM. На основі запропонованої структури модулятора та демодулятора проведено подальше поліпшення характеристик завадостійкості та ефективності. Підвищення завадостійкості (зменшення імовірності символьної помилки до ) можна досягти при збереженні зазначеного виграшу за частотною ефективністю за рахунок використання для обмеження спектра замість функції типу "піднесений косинус", функцій синтезованих на основі виразу (4).
5. Оцінено величину джитера, що виникає під час реалізації алгоритму САР на основі різних функцій згладжування. Показано, що найменша величина джитера забезпечується під час використання синтезованих автором функцій виду (4) і (9). Найкраща завадостійкість при впливі сильної перешкоди та джитера досягається застосуванням функції на основі гіперболічного тангенса (при виграш до ). Виконано порівняльну оцінку частотної й енергетичної ефективності алгоритмів 2B1Q та QAM із синтезованим варіантом реалізації алгоритму САР. З отриманих характеристик відновлений виграш алгоритму САР на 1,5-3 ДБ за частотною ефективністю, при програші в енергетичній ефективності на 0,1-0,2 ДБ, для однакових розмірностей сигнальних сузірїв.
6. Проведено аналіз спільного впливу фазового джитера й адитивної завади на завадостійкість оптимального кореляційного приймача. За результатами аналізу визначено аналітичний вираз для нижньої межі імовірності помилкового прийому багаторівневих сигналів для заданих співвідношень сигнал/шум і дисперсії джитера. Для сигналів 2B1Q обґрунтовано аналітичні вирази для імовірності символьної помилки при заданих співвідношеннях сигнал/шум і дисперсії джитера. Для адитивного гаусівського білого шуму і джитера з гаусівським розподілом визначено завадостійкість алгоритмів 2B1Q, QAM і САР на фоні адитивної завади і фазового джитера та побудовано робочі характеристики оптимального приймача у вигляді залежностей імовірності помилкового прийому символів від співвідношення сигнал/шум для різних значень дисперсії джитера (рис. 6).
7. Оцінено ступінь підвищення ефективності алгоритмів модуляції у мережах абонентського доступу за рахунок застосування завадостійкого кодування. Визначено, що для БЧХ-коду з кодовою відстанню d=4 при співвідношенні сигнал/завада q = 7 ДБ ЕВК складає 10,8 ДБ.
Список литературы
Астраханцев А.А. Апроксимація функції типу "піднесений косинус" трансцендентними функціями // Радіоелектронні і компютерні системи. - 2005. - №4 (12). - С. 5-8.
Астраханцев А.А. Синтез сигналов цифровых систем передачи, оптимальных по совокупности показателей качества // Международная молодежная техническая конференция "Современные проблемы радиотехники РТ-2005". - Севастополь: СЕВГТУ, 2005. - С.65.
Астраханцев А.А. Устойчивость САР-модуляции к аддитивной помехе и нестабильности фазы при использовании различных сглаживающих функций // 2-й МРФ "Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития", т.4. - Х.: ХНУРЭ, 2005. - С. 52-54.
Астраханцев А.А., Кузнецов А.В. Полиномиальный и трансцендентный синтез сигналов, удовлетворяющих критериям Найквиста // 9-й Международный молодежный форум "Радиоэлектроника и молодежь в ХХІ веке". - Х.: ХНУРЭ, 2005. - С.86.
Астраханцев А.А., Омельченко А.В. Исследование помехоустойчивости оптимального приемника многоуровневых сигналов с учетом влияния джиттера // Радіоелектронні і компютерні системи, - 2006. - №4 (12). - С. 5-10.
Астраханцев А.А., Омельченко А.В. Оценка помехоустойчивости узкополосных сигналов при помощи глаз-диаграммы // 2-й МРФ "Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития", т.4. - Х.: ХНУРЭ, 2005. - С. 116-119.
Астраханцев А.А., Омельченко А.В., Пресняков І.М. Проблемы эффективности сетей абонентского доступа // Радиоэлектроника и информатика. - 2004. - №4. - С. 34-40.
Астраханцев А.А., Омельченко А.В., Пресняков І.М. Синтез фильтров для цифровых систем передачи с ограниченной полосой // Радиоэлектроника и информатика. - 2005. - №3. - С. 47-50.
Астраханцев А.А., Федоров А.В., Цепеленко Н.В. Исследование алгоритмов модуляции технологий XDSL // Сборник материалов 8-го Международного молодежного форума "Радиоэлектроника и молодежь в ХХІ веке". - Х.: ХНУРЭ, 2004. - С.82
Омельченко А.В., Астраханцев А.А., Цепеленко Н.В. Оптимизация частотной характеристики канала в системах связи с эффективным использованием спектра // Сборник материалов 10-й Международной конференции "Теория и техника передачи, приема и обработки информации", направление "Телекоммуникации". - Х.: ХНУРЭ, 2004. - С.113-114.
Пресняков И.Н., Омельченко А.В., Астраханцев А.А. Анализ характеристик алгоритмов модуляции технологий XDSL // Сборник материалов 10-й Международной конференции "Теория и техника передачи, приема и обработки информации", направление "Телекоммуникации". - Х.: ХНУРЭ, 2004. - С. 115-116.