Моделирование и оптимизация параметров систем связи, использующих многолучевую среду распространения сигналов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, кандидат физико-математических наук Радько, Павел Николаевич

• Радько, Павел Николаевич
• кандидат физико-математических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Радько, Павел Николаевич

Оглавление

Введение 4 Глава 1 Моделирование многолучевых каналов связи. Общие подходы и особенности их реализации с учётом современных требований

1.1 Модели и методы математического описания каналов KB связи

1.1.1 Цели и задачи имитационного моделирования коротковолновых каналов связи

1.1.2 Математическое описание многолучевых каналов связи и основные определения

1.1.3 Модели каналов связи KB диапазона: их достоинства и недостатки

1.2 Принципы построения имитаторов каналов KB связи

1.2.10собенности технической реализации имитаторов KB каналов

1.2.2 Влияние методов реализации математической модели на исследуемые характеристики аппаратуры связи

1.2.3 Влияние методов реализации преобразования Гильберта

1.3 Особенности учёта современных методов обработки сигналов при построении имитаторов каналов связи

1.4 Методы построения многоканальных имитаторов каналов KB связи для исследования дуплексных и сетевых режимов, а также

методов разнесённого приёма и передачи

Выводы по главе 1

Глава 2 Методы моделирования работы устройств итеративной обработки сигналов

2.1 Полуаналитический метод оценки BER по диаграммам EXIT charts

2.2 Метод оценки взаимной информации по неизвестному сигналу

Выводы по главе 2 98 Глава 3 Особенности современных методов обработки в КВ модемах. Итеративный алгоритм линейного выравнивания-декодирования, робастный по отношению к ошибкам оценок характеристик канала связи

3.1 Постановка и формальное математическое описание рассматриваемой задачи

3.2 Расчёт условной плотности вероятности распределения компонент вектора ИХ канала и корреляционной функции отсчётных значений шума при известных величинах их оценок

3.3 Оценка вычислительной сложности алгоритма и методы её уменьшения

3.4 Упрощенные робастные алгоритмы

Выводы по главе 3

Глава 4 Моделирование сетей КВ связи, включая сети, использующие принципы «кооперативного» MIMO

4.1 Введение и постановка задач

4.2 Манипуляционные коды для систем КВ связи, использующих методы кооперативного MIMO

4.3 Моделирование сетей связи с кооперативным MIMO. Анализ

характеристик помехоустойчивости

Выводы по главе 4

Заключение

Библиографический список

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование и оптимизация параметров систем связи, использующих многолучевую среду распространения сигналов»

Введение

В недавнем прошлом, благодаря возможности дальнего распространения сигнала, KB связь являлась основным видом магистральной радиосвязи. Впоследствии она уступила свои позиции системам связи более высокочастотных диапазонов, в первую очередь, из-за невозможности значительного повышения скорости передачи данных, и стала переходить в разряд резервных видов связи.

В настоящее время в мире наблюдается возрождение KB связи, что связано, в основном, с прогрессом в области реализации сложных алгоритмов обработки сигнала при помощи DSP и ПЛИС.

Это, в свою очередь, привело к востребованности новых алгоритмов обработки сигналов, видов модуляции и кодирования. Известно, что в системах KB связи оказываются реализуемыми самые современные методы, которые ещё только ждут своей очереди для использования в системах связи других частотных диапазонов. Это связано с относительно небольшой полосой частот используемых сигналов, невысокой скоростью передачи данных, а также тем, что условия распространения сигналов в данном диапазоне являются одними из самых сложных, характеризуются значительной многолучёвостью, сложным характером замираний и разнообразием помеховой обстановки.

В настоящее время в системах связи KB диапазона происходит переход от систем связи с частотной и относительной фазовой модуляцией к системам связи, использующим амплитудно-фазовые методы модуляции и сложные сигнально-кодовые конструкции в сочетании с современными итеративными методами обработки сигналов как последовательными (с использованием турбо эквалайзеров), так и параллельными (OFDM) модемами.

Очевидно, что достижение новых рубежей в области KB связи (будь то радикальное повышение скорости передачи данных и/или повышение помехоустойчивости) невозможно без использования каких-либо новых особенностей канала распространения, неучтённых или недостаточно точно

отражённых в прежних моделях канала. Следовательно, построение модели KB канала должно быть первым этапом работ по разработке аппаратуры KB связи, если в ней (разрабатываемой аппаратуре) предполагается использование каких-либо новых принципов или планируется достичь лучших, чем у прежней аппаратуры, характеристик. Причём, построение модели должно проводиться с учётом требований разработчика системы связи, так как обязательно должно отражать именно те особенности канала, которые он планирует использовать при проектировании новой аппаратуры.

Существующие в настоящее время модели KB канала хорошо приспособлены для использования с традиционно применяемыми в KB системах связи методами формирования и обработки сигналов, но не всегда отражают те особенности реального канала, которые важны при использовании новейших методов. Вот почему актуальна задача модификации известных или разработки новых моделей канала KB связи, удовлетворяющих современным требованиям.

Исследованию вышеназванных вопросов посвящено достаточно большое количество работ. Среди отечественных авторов можно выделить труды по методам моделирования KB каналов Иванова В.А. Иванова Д.В., Рябовой Н.В. Исследованиям по построению имитаторов каналов связи и использованию итеративных методов обработки посвящены недавние работы Нечаева Ю.Б., Малютина А. А. и др. Большой вклад внесли следующие зарубежные авторы M.Patzold, M.Tuchler, S. ten Brink, J. Hagenauer, J.Nieto, R.Otnes, F. S chreckenbach.

Диссертационная работа посвящена решению актуальной задачи -исследованию и совершенствованию методов моделирования многолучевых каналов связи, принципов построения программно-аппаратных имитаторов каналов связи и совершенствованию с их помощью алгоритмов и устройств формирования и обработки сигналов, в первую очередь, модемов передачи данных.

Целью работы является разработка методов моделирования многолучевых каналов связи, алгоритмов обработки сигналов в программно-аппаратных имитаторах каналов, включая многоканальные, и использование полученных результатов для совершенствования устройств и систем связи, предназначенных для передачи информации по многолучевым каналам, включая многоантенные (MIMO).

Для достижения этой цели в работе решаются следующие задачи:

1. Разработка моделей и численных методов моделирования многолучевых каналов КВ связи, пригодных для анализа характеристик многоканальных и многоантенных (MIMO) сетей и систем связи, использующих современные методы модуляции (включая амплитудно-фазовые) и кодирования (включая итеративные методы, основанные на «турбо» принципах), когерентный приём, пространственно-временное кодирование, рассчитанное на применение многоантенных режимов приёма и/или передачи.

2. Исследование влияния методов реализации математических операций цифровой обработки сигналов в имитаторе канала связи на точность измерения характеристик тестируемой аппаратуры, оптимизация структуры и параметров функциональных блоков при программно-аппаратной реализации имитатора.

3. Разработка численных методов моделирования устройств итеративной обработки сигналов для КВ модемов передачи данных.

4. Разработка математических алгоритмов обработки сигналов турбо эквалайзером последовательного модема, обладающих приемлемой вычислительной сложностью реализации, устойчивых к погрешностям из-за конечной точности выполнения вычислений, учитывающих неточность оценок характеристик канала.

5. Разработка методов манипуляционного кодирования для многоантенных систем с кооперативным MIMO.

6. Создание программно-аппаратного комплекса по моделированию работы систем и сетей КВ связи и проведение численных экспериментов с целью оптимизации их параметров.

Объект исследования - многолучевые каналы связи и их программно-аппаратные имитаторы; предмет исследования - модели, численные методы моделирования многолучевых каналов связи, алгоритмы обработки сигнала в программно-аппаратных комплексах, их реализующих.

Методы исследования. При проведении работы использовались методы: теории вероятностей, математической статистики, статистической теории связи, теории информации, эволюционных вычислений, компьютерное моделирование, математическое моделирование, теория алгоритмов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Модель, численный метод моделирования многолучевого многомерного канала связи для исследования режимов разнесенного приёма, дуплексного режима, ретрансляции и MIMO, а также алгоритмы функционирования многоканального программно-аппаратного имитатора канала связи, обладающие невысокой сложностью, реализующие с их помощью предложенную модель.

2. Результаты анализа влияния методов реализации численных математических операций цифровой обработки сигналов в имитаторе канала связи на точность измерения характеристик тестируемой аппаратуры. Методика выбора структуры и оптимизации параметров функциональных элементов построения имитатора на основе вышеназванных результатов.

3. Модифицированный вариант численного метода полуаналитического моделирования устройств итеративной обработки сигналов на основе технологии EXIT-chart, не требующий предварительного знания передаваемой информационной последовательности.

4. Результаты анализа влияния погрешностей оценок канала связи на характеристики помехоустойчивости модемов передачи данных по многолучевым каналам и итеративный алгоритм работы эквалайзера последовательного модема, робастный по отношению к ошибкам оценок параметров канала связи. Два варианта реализации данного алгоритма, обладающие невысокой вычислительной сложностью.

5. Численный метод оптимизации вида манипуляционного кодирования для КВ систем связи с кооперативным MIMO и трансмодуляцией, основанный на использовании алгоритмов эволюционно-генетического поиска.

6. Программно-аппаратный комплекс и результаты вычислительных экспериментов по оценке характеристик помехоустойчивости систем и сетей КВ связи, включая сети связи с «кооперативным» MIMO, ретрансляцией и трансмодуляцией и методика оптимизации территориального размещения узлов ретрансляции на основе данных результатов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложенная модель каналов КВ связи и способы её аппаратной и программной реализации, в отличие от известных, учитывают особенности канала связи, вытекающие из необходимости использования спектрально-эффективных методов модуляции, когерентного приёма и необходимости корректного исследования так называемых «медленных» алгоритмов многопараметрической адаптации (по виду и скорости кодирования, типу модуляции): 1) наличие «медленных» замираний сигнала неинерференционной природы; 2) влияние помех по соседнему каналу, не попадающих в полосу частот полезного сигнала, но лежащих в полосе частот преселектора приёмника; 3) влияние АРУ приёмника.

2. Проведённый анализ влияния методов реализации операций цифровой обработки сигналов в имитаторе канала связи на точность измерения характеристик тестируемой аппаратуры, в отличие от известных, позволяет оптимальным образом производить выбор структуры имитатора и оптимизацию параметров составляющих её элементов.

3. Предложенный вариант модификации численного полуаналитического метода моделирования устройств итеративной обработки отличается обобщением известного метода на случай неточного знания принимаемой информационной последовательности.

4. Предложенный итеративный алгоритм обработки сигнала приёмным устройством модема обладает лучшими характеристиками помехоустойчивости

при неточной оценке импульсной характеристики многолучевого канала связи и включает в себя как частные случаи ранее известные варианты решения задачи.

5. Предложенный численный метод оптимизации вида манипуляционного кодирования для систем связи с кооперативным MIMO и трансмодуляцией, в отличие от ранее известных, позволяет проводить оптимизацию манипуляционного кода для сигнальных созвездий большого размера и сложной непрямоугольной формы.

6. Разработанный программно-аппаратный комплекс и результаты вычислительных экспериментов по оценке характеристик помехоустойчивости систем и сетей КВ связи, включая сети связи с «кооперативным» MIMO, ретрансляцией и трансмодуляцией и методика оптимизации территориального размещения узлов ретрансляции на основе данных результатов позволили установить закономерности по оптимальному размещению промежуточных узлов ретрансляции в КВ сети.

Практическая ценность заключается в том, что:

1. Предложенные модифицированная модель каналов КВ связи, численный метод моделирования многомерных многолучевых каналов КВ связи с использованием результатов анализа влияния методов реализации операций цифровой обработки сигналов в имитаторе на точность измерения характеристик тестируемой аппаратуры позволили практически разработать многоканальный имитатор канала, пригодный для моделирования работы сети корреспондентов, дуплексных режимов связи, а также разнесённых приёма и передачи.

2. Анализ влияния методов реализации преобразователя Гильберта высокочастотного входного сигнала на показатели измерений показал, что наилучшей с точки зрения минимизации искажений является структура в виде цифрового КИХ фильтра 3 или 4 типа, спроектированного методом Мак-Келлана. Применение БИХ фильтров оправдано лишь для дуплексных режимов систем связи с целью минимизации задержек сигнала в имитаторе.

3. Предложенный вариант модификации численного полуаналитического метода моделирования устройств итеративной обработки на основе технологии EXIT-chart, не требующий предварительного знания передаваемого информационного сигнала, может быть использован не только на этапе проектирования вышеназванных устройств с целью выбора их наилучшей структуры и оптимизации параметров, но и применён в устройстве управления выбором параметров в процессе многопараметрической адаптации системы связи непосредственно в процессе её эксплуатации.

4. Предложены практические алгоритмы обработки сигнала, обладающие меньшей чувствительностью к погрешностям оценок характеристик канала связи, которые могут быть использованы в высокоскоростных КВ модемах передачи данных следующего поколения систем КВ связи.

5. При помощи предложенного численного метода оптимизации вида манипуляционного кодирования разработаны манипуляционные коды для стандартно используемых в КВ системах связи сигнальных созвездий в случае применения методов кооперативного MIMO и трансмодуляции.

6. Разработанный метод моделирования многоканальных режимов работы позволил исследовать влияние характеристик отдельных каналов связи, образующих систему связи с кооперативным MIMO, на показатели её качества в целом и разработать методику оптимизации территориального расположения узлов ретрансляции.

Область исследования. Область исследования и содержание диссертации соответствует формуле специальности 05.13.18 - «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ» (физико-математические науки), область исследований соответствует п.4 «Разработка, обоснование и тестирование эффективности численных методов с применением ЭВМ», п.5 «Реализация эффективных численных методов и алгоритмов в виде комплексов проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента»;; п.6 «Комплексное исследование научных и

технических проблем с применением современной технологии математического моделирования и вычислительного эксперимента».

Реализация результатов исследования. Полученные в диссертации результаты использованы при постановке и выполнении НИР «Разработка и применение новых методов обработки, передачи и защиты информации в информационно-коммуникационных системах» (гос. регистрац. №012202.0412808) в Воронежском государственном университете, грантов РФФИ (проекты 08-02-13555-офи_ц, 09-07-97522-р-центр_а, 11-07-00600-а), кроме того отдельные результаты внедрены при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в ОАО «Концерн «Созвездие», ОАО «НИИ «Вега», инновационной фирме «ИНРИ», проводимых по заказам МО РФ и гражданских ведомств, а также в учебном процессе в Воронежском государственном университете, что подтверждается актами о внедрении. В настоящее время на основе полученных результатов ведутся работы по созданию новых комплексов связи с характеристиками помехоустойчивости и пропускной способности, существенно превышающими аналогичные показатели аппаратуры связи предыдущего поколения.

Апробация. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях в гг. Москве, Санкт-Петербурге, Севастополе, Харькове, Таганроге, Белгороде, Воронеже [1-19].

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 24 печатных изданиях, в том числе [1-5] из списка изданий, рекомендованных ВАК РФ. Получены 3 патента РФ на изобретения и полезные модели [25-27], 2 свидетельства о государственной регистрации [28,29].

Личный вклад автора. Основные результаты по теме диссертации получены лично автором. Постановки задач в диссертации предложены научным руководителем. Разработка моделей и методов проводились совместно всеми соавторами работ, в которых они опубликованы, в том числе и автором. Проведение рассуждений и вывод аналитических соотношений по

разработке моделей и методов, обоснование моделей и методов, их исследование и практическая реализация в виде алгоритмов и программ, проверка достоверности результатов, получение выводов и их интерпретация выполнены автором.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Объём основной части диссертации -173 страницы машинописного текста, в том числе 47 графиков и рисунков. Библиография насчитывает 143 наименования.

Краткое содержание работы

Во введении диссертации отражена актуальность проблем, которым посвящена диссертация, указаны цели и методы исследования, дан обзор новых научных направлений в рассматриваемой области, сформулирована научная новизна, практическая ценность полученных результатов, итоги их экспериментальной проверки и внедрения. Кратко охарактеризованы известные проблемы моделирования многолучевых каналов связи, вытекающие из необходимости использования новых принципов обработки сигналов в приёмных устройствах, новых видов модуляции и т.д.

В первой главе дано формальное математическое описание многолучевого канала связи, кратко охарактеризованы существующие его модели. Рассмотрены известные модели многолучевых каналов связи как узкополосные, так и широкополосные. Выявлены недостатки существующих моделей, связанные с необходимостью учёта новых особенностей канала связи в современных модемах передачи данных.

Исследуются принципы построения программно-аппаратных имитаторов многолучевых каналов связи и методов реализации алгоритмов обработки сигнала в них, а также влияние точности выполнения операций ЦОС на показатели качества тестируемой аппаратуры. Даны конкретные рекомендации по выбору той или схемы построения имитатора.

Исследовано влияние методов реализации преобразователя Гильберта низкочастотного входного сигнала на показатели измерений. Показано, что

наилучшим методом, с точки зрения минимальных искажений сигнала, является структура в виде цифрового КИХ фильтра (3 или 4 типа по общепринятой классификации), спроектированного методом Мак-Клеллана с учётом вида спектра сигнала исследуемого модема. Использование фильтра с оконной функцией Кайзера позволяет легко в реальном времени пересчитывать коэффициенты фильтра при изменении его порядка, подбирая компромисс между задержкой обработки и её точностью. Показано, что применение БИХ фильтров оправданно только для исследования дуплексных режимов работы систем связи, с целью минимизации задержки обработки сигнала в имитаторе.

Приведено описание практической реализации одноканального имитатора многолучевого канала связи и многоканальных имитаторов многолучевых каналов связи.

Во второй главе исследуются методы моделирования работы устройств итеративной обработки сигналов. Основное достоинство итеративных методов-существенное уменьшение сложности процедур обработки при характеристиках качества, близких к оптимальным. Как известно, высокая вычислительная сложность реализации оптимальных методов обработки (Витерби, ВСЖ) является главным препятствием их применения в модемах передачи данных как для каналов КВ диапазона, так и для других каналов с МСИ. Вот почему методы итеративной обработки нашли широкое применение при построении устройств обработки сигналов в каналах с МСИ, в частотности, в КВ каналах. Можно назвать следующие области их применения в данной сфере: 1) собственно, турбо коды, представляющие собой связку двух или более кодеров на передаче и декодеров на приёме; 2) итеративные методы демодуляции, совмещённой с декодированием; например, связка недвоичной модуляции с двоичным кодом (В1СМ); 3) турбо эквалайзеры - связка кодер-канал на передаче, эквалайзер-декодер на приёме; 4) итеративные методы оценки канала - измерения импульсной характеристики (ИХ) и статистики шума; 5) итеративные методы синхронизации: по несущей и тактовой частоте.

Каждому из вышеперечисленных направлений посвящено большое количество работ. Однако известно не так много публикаций, в которых бы рассматривались методы оптимизации параметров устройств и их адаптивного выбора в процессе работы, использующих несколько схем итеративной обработки сигналов одновременно. В основном, это связано со сложностью точного анализа итеративных процедур даже в простейшем случае выполнения итераций между двумя модулями.

Развитие итеративных методов обработки сигналов и распространение новых принципов, лежащих в их основе, требует пересмотра многих подходов к выбору алгоритмов работы других составных частей модема (манипуляционных кодов, способов оценки параметров канала и т.д.) и новых методов и принципов совместной оптимизации их параметров. Что, во многом, также является целью данной работы.

В данном разделе проведено сравнение известного метода анализа итеративных систем EXIT charts с ранее известными и недавно предложенными аналогами. Предложены новые методы оценки BER непосредственно по диаграммам EXIT charts и оценки взаимной информации по неизвестному сигналу.

В третьей главе рассмотрены некоторые особенности современных алгоритмов обработки сигнала в KB модемах. Предложен итеративный алгоритм линейного выравнивания, робастный по отношению к ошибкам оценок характеристик канала связи.

Проведено исследование влияния точности оценок характеристик канала связи на помехоустойчивость приёма. Показано, что ошибки оценок характеристик канала связи могут приводить к существенному снижению помехоустойчивости алгоритмов приёма в многолучевых каналах, основанных на линейном выравнивании.

Предложены методы итеративной обработки, учитывающие неточность оценок характеристик канала. Показано, что в частных случаях оно переходит в соответствующее известное решение.

Предложены два робастных алгоритма существенно меньшей вычислительной сложности, основанных на упрощениях полученного оптимального и эвристических соображениях, вытекающих из анализа экспериментальных данных. Первый вариант основан на использовании приближённых методов расчёта коэффициентов фильтров прямой и обратной связи турбо эквалайзера вычисляемых для каждого символа и на каждой итерации декодирования, второй вариант алгоритма работы турбо эквалайзера не требует постоянного пересчёта коэффициентов на каждом шаге обработки.

В четвёртой главе кратко сформулированы современные подходы к построению сетей КВ связи, в частности, использующие принципы кооперативного MIMO и соответствующие протоколы ретрансляции сообщений. Раскрыта специфика данного диапазона при построении сетей связи, вытекающая из особенностей распространения сигналов в нём.

В первом параграфе предложен метод манипуляционного кодирования для данных сетей связи, полученный при помощи компьютерного поиска с использованием генетических алгоритмов.

Во втором параграфе путём имитационного моделирования проведено сравнение характеристик помехоустойчивости предложенных манипуляционных кодов с ранее известными, а также с полученными при помощи алгоритмов случайного поиска и «жадного» алгоритма. Проанализировано влияние характеристик всех трех каналов связи (источник -ретранслятор, источник - получатель и ретранслятор - получатель) на показатели эффективности системы, использующей предложенный метод.

Показано, что непосредственное использование методов MIMO в «чистом» виде в КВ системах связи принципиально возможно, но часто затруднительно и не столь эффективно по причине необходимости больших геометрических размеров антенных систем для разнесённого приёма/передачи. Однако использование ретрансляторов в качестве виртуальных приёмных и передающих антенн открывает широкие перспективы для их применения.

При построении сети КВ связи необходимо учитывать особенности распространения сигнала в данном диапазоне в пределах обслуживаемой территории. Основной отличительной особенностью в данном случае является то, что прохождение сигнала, как правило, принципиально возможно между всеми узлами сети. Причём, географически более близко расположенные точки не обязательно имеют лучший канал связи друг с другом, чем расположенные на большем удалении.

Из этого следует, что на первый план при проектировании сети связи выходит задача разработки протоколов физического уровня, поддерживающих сетевые режимы работы, а не задача построения оптимальных протоколов сетевого уровня (маршрутизации и т.д.), как в сетях связи других частотных диапазонов. То есть при построении сети КВ связи должен учитываться тот факт, что все узлы сети способны обмениваться сообщениями между собой, а организация сетевого режима работы должна состоять в разработке протоколов работы аппаратуры физического и канального уровня, увеличивающих надёжность и другие качественные характеристики передачи сообщения за счёт использования совместных ресурсов сети. В частности, за счёт использования распределённого пространственно-временного кодирования, образования «виртуальных» (распределённых между абонентами сети) многоантенных систем приёма и передачи. Спецификой построения сетевых режимов является учёт особенностей обработки сигнала на физическом уровне. Аналогично, выбор средств физического уровня (модуляции, кодирования и других) производится с учётом сетевых возможностей.

В заключении подведены итоги, кратко охарактеризованы основные полученные в диссертации научные и практические результаты, указаны наиболее перспективные, по мнению автора, направления дальнейшего продолжения работ в данной области.

Основные результаты диссертационной работы, полученные в ходе теоретического анализа, моделирования и лабораторной проверки изготовленных макетов устройств, следующие:

1. Предложен метод построения многоканальной модели канала связи, удовлетворяющей ограничениям, накладываемым на одноканальные модели, позволяющий производить корректное сравнение одноканальных систем с многоканальными. Разработан алгоритм её реализации на существующей аппаратной платформе, обладающий приемлемой сложностью. Актуальность решения связанна с всё более широким распространением многоканальных систем связи (MIMO, с пространственно-временным кодированием, виртуальным разнесением и кооперативной обработкой в сетях и т.д.), в том числе и в КВ диапазоне, и нерешённостью ряда задач построения адекватных моделей каналов связи для данных систем, учитывающих корреляцию сигналов и помех в отдельных подканалах.

2. Разработан ряд практических алгоритмов итеративного приёма, обладающих: приемлемой вычислительной сложностью при минимальном ухудшении характеристик помехоустойчивости, а также учитывающих неточность оценки характеристик канала. При помощи разработанного метода моделирования каналов получены характеристики их помехоустойчивости.

3. Разработан метод оптимизации вида манипуляционного кодирования для систем связи с кооперативным MIMO и трансмодуляцией основанный на использовании генетических алгоритмов. Его достоинством, по сравнению с ранее известными, является возможность построения кодов для многоточечных сигнальных созвездий сложной формы.

4. При помощи разработанного метода получены оптимизированные манипуляционные коды для сигнальных созвездий, стандартно используемых в КВ модемах.

Перечисленные в работе теоретические и экспериментальные результаты в совокупности решают важную научную задачу моделирования многолучевых каналов связи КВ диапазона и исследования принципов построения высокоскоростных и помехоустойчивых модемов передачи данных для них. Полученные результаты важны для улучшения оснащённости специальных служб, гражданских ведомств и коммерческого использования.

Перечисленные в работе теоретические и экспериментальные результаты в совокупности решают важную научную задачу моделирования многолучевых каналов связи КВ диапазона и создания программных и аппаратных инструментов для исследования и построения высокоскоростных помехоустойчивых модемов передачи данных. Полученные результаты важны для улучшения оснащённости специальных служб, гражданских ведомств и коммерческого использования.

Заключение диссертации по теме «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», Радько, Павел Николаевич

Выводы по главе 4

1. На основе использования генетических алгоритмов разработан метод оптимизации вида манипуляционного кодирования для систем связи с кооперативным MIMO и трансмодуляцией. Достоинством метода, по сравнению с другими известными, является возможность построения кодов для многоточечных сигнальных созвездий сложной формы.

2. При помощи разработанного метода получены оптимизированные манипуляционные коды для сигнальных созвездий, стандартно используемых в КВ модемах передачи данных.

3. Анализ статистики повторяемости решений позволяет утверждать, что для 16QAM и 32QAM созвездий разработанные манипуляционные коды с высокой вероятностью обеспечивают наилучшие характеристики помехоустойчивости, а для созвездия 64QAM приводят к заметному их (характеристик) улучшению.

4. Результаты моделирования демонстрируют, что величина энергетического выигрыша по сравнению с системами, не использующими трансмодуляцию, составляет около 4, 6 и 8 дБ соответственно для 16QAM, 32QAM и 64QAM созвездий, стандартно используемых в КВ модемах.

5. Величина энергетического выигрыша предложенных манипуляционных кодов по сравнению с манипуляционными кодами из [108] составляет около 3, 4, 6 дБ, а по сравнению с манипуляционными кодами, полученными методом случайного поиска более 4, 5 и 6 дБ для 16QAM, 32QAM и 64QAM созвездий, соответственно.

6. Преимущество предложенного метода заметно возрастает при увеличении кратности используемой модуляции.

7. В области практически важных величин вероятностей ошибок выигрыш заметно увеличивается при улучшении качества канала источник -ретранслятор. Улучшение показателей качества каналов источник получатель и ретранслятор - получатель влияет на величину выигрыша только до достижения ими некоторой пороговой величины.

8. Использование метода повышает скрытность системы связи, затрудняя распознавание факта принадлежности ретранслятора и источника сообщения к одной системе связи.

Заключение

В работе решена задача построения новых и совершенствования известных методов моделирования многолучевых каналов связи, а также принципов построения программно-аппаратных имитаторов каналов связи с учётом новых требований, возникающих по причине использования современных методов обработки сигналов и построения устройств и сетей связи.

В работе предложены новые математические методы моделирования каналов КВ связи и способы их аппаратной и программной реализации, учитывающие особенности канала связи, вытекающие из необходимости использования спектрально-эффективных методов модуляции и когерентного приёма.

Предложены методы моделирования канала связи, учитывающие наличие медленных замираний неинтерференционной природы, что необходимо для корректного исследования так называемых «медленных» алгоритмов многопараметрической адаптации: по виду и скорости кодирования, типу модуляции и т.д.

2. Предложен алгоритм работы турбо эквалайзера, учитывающий неточность оценки ИХ. Разработан ряд упрощённых вариантов данного алгоритма с невысокой вычислительной сложностью реализации, достигнутой за счёт использования: 1) приближённых методов расчёта коэффициентов фильтров прямой и обратной связи турбо эквалайзера (вычисляемых для каждого символа и на каждой итерации декодирования); 2) алгоритмов работы турбо эквалайзера, не требующих постоянного пересчёта коэффициентов на каждом шаге обработки.

3. Предложен метод оптимизации вида манипуляционного кодирования для КВ систем связи с кооперативным MIMO и трансмодуляцией, основанный на использовании алгоритмов эволюционно-генетического поиска.

4. При помощи разработанного подхода исследовано влияние характеристик отдельных каналов связи, образующих систему связи с кооперативным MIMO на показатели её качества в целом. На основе разработанных методов разработаны: новые математические методы моделирования каналов КВ связи и способы их аппаратной и программной реализации.; многоканальный имитатор канала, пригодный для моделирования работы сети корреспондентов, дуплексных режимов связи, а также разнесённых приёма и передачи; практические алгоритмы обработки сигнала для модемов передачи данных, обладающие меньшей чувствительностью к погрешностям оценок характеристик канала связи; манипуляционные коды для стандартно используемых в КВ системах связи сигнальных созвездий в случае применения методов кооперативного MIMO и трансмодуляции.

В настоящее время на основе полученных результатов ведутся работы по созданию новых комплексов связи с характеристиками помехоустойчивости и пропускной способности, существенно превышающими аналогичные показатели аппаратуры связи предыдущего поколения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Радько, Павел Николаевич, 2011 год

Библиографический список

1. Нечаев Ю.Б. Итеративный алгоритм обработки сигналов эквалайзером, учитывающий неточность оценок характеристик многолучевого канала связи [текст] /Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин, П.Н.Радько // Физика и технические приложения волновых процессов: материалы докладов XIIIМНТК: Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы» / под ред. В.Ф.Дмитрикова, В.А.Неганова, Г.П.Ярового, А.С.Ястребова. - СПб: Политехника, 2009. - С.38-39.

2. Радько П.Н. Влияние методов реализации преобразования Гильберта в имитаторе каналов связи на точность измерений характеристик помехоустойчивости тестирующей аппаратуры [текст] / П.Н.Радько // Информационные технологии в связи, вычислительной технике и энергетике: сборник трудов международной научной конференции. - Воронеж: Междун. ин-т компьют. технологий, 2010. - 4.1.- Вып.32. - С. 142-148.

3. Nechaev Yu. В. HF-COMMUNICFTION SYSTEM WITH RETURN ENGINEE RING SATELLITE COMMUNICATION CHANNEL [текст] / Yu.B.Nechaev, A.A.Malyutin, D.V.Merkulov, P.N.Rad'ko // 20th Int.Crimean Conference «Microwave Telecommunication Technology» (CrriMiCo'2010), 1317 September, Sevastopol, Crimea, Ukraine, 2010. - Vol.1. - P.415-417.

4. Нечаев Ю.Б. Методы анализа устройств итеративной обработки сигналов [текст]/ Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин, Д.В.Меркулов, П.Н.Радько // Материалы XVI Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (RLNC - 2010), Воронеж, 2010 г.Воронеж: 2010.- Т. 1. - С.317-327.

5. Нечаев Ю.Б. Робастный итеративный алгоритм линейного выравнивания многолучевого канала связи [текст] / Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин, П.Н.Радько // Материалы XVI Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (RLNC - 2010), Воронеж, 2010 г.- Воронеж: 2010.- Т.2. - С. 1012-1022.

6. Нечаев Ю.Б. Многоканальный имитатор КВ канала для исследования дуплексных и сетевых режимов, а также методов разнесенного приёма и передачи [текст] / Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин, Д.В.Меркулов, П.Н.Радько // Материалы XVI Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (RLNC - 2010), Воронеж, 2010 г.Воронеж: 2010.- Т.2. - С. 1022-1030.

7. Нечаев Ю.Б. Построение манипуляционных кодов для систем связи с трансмодуляцией при помощи алгоритмов эволюционно-генетического поиска [текст]/Ю.Б.Нечаев, И.О.Дворжакова, А.А.Малютин, П.Н.Радько // Материалы 11 Международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии», Воронеж, 10-11 февраля 2011 г. - Воронеж: изд. ВГУ, 2011. - Т.2. - С. 124-128.

8. Нечаев Ю.Б. Помехоустойчивость систем КВ связи, использующих методы кооперативного MIMO [текст]/ Ю.Б.Нечаев, И.О.Дворжакова, А.А.Малютин, П.Н.Радько // Материалы XVI Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (RLNC - 2011), Воронеж, 2011 г.-Воронеж: 2011.-Т.2. - С.887-902.

9. Нечаев Ю.Б. Критерии и методы построения манипуляционных кодов для систем связи кооперативных MIMO [текст]/ Ю.Б.Нечаев, И.О.Дворжакова, А.А.Малютин, П.Н.Радько // Материалы XVI Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (RLNC - 2011), 2011 г.- Воронеж: 2011.-Т.2 .- С.874-886.

10. Nechaev Yu. В. MANIPULATION CODES DECISION FOR COMMUNICATION SYSTEMS WITH TRANS-MODULATION USING THE CONCEPT OF COOPERATIVE MIMO [текст] / Yu.B .Nechaev, A.A.Malyutin, I.O.Dvorgakova, P.N.Rad'ko // 13th International Conférence «DIGITAL SIGNAL PROCESSING - DSPA-2011», Moscow, Russia, 2011. - V.XIII-1. -P.49-51.

11. Дворжакова И.О. Манипуляционные коды для систем КВ связи с ретрансляцией [текст] / И.О.Дворжакова, А.А.Малютин, Ю.Б.Нечаев,

П.Н.Радько // Современные телекоммуникационные системы и компьютерные сети: перспективы развития / Под ред. к.т.н., д-ра экон. наук, проф. А.А.Бабкина, д-ра техн. наук, проф. В.А.Кежаева: Труды междунар. конф. - СПб: СПбГАСУ, 2011. - С.52-69.

12. Дворжакова И.О. Моделирование работы системы КВ связи с ретрансляцией [текст] / И.О.Дворжакова, А.А.Малютин, Ю.Б.Нечаев, П.Н.Радько // Современные телекоммуникационные системы и компьютерные сети: перспективы развития / Под ред. к.т.н., д-ра экон. наук, проф. А.А.Бабкина, д-ра техн. наук, проф. В.А.Кежаева: Труды междунар. конф. - СПб: СПбГАСУ, 2011. - С.69-75.

13. Нечаев Ю.Б. Сигнальные созвездия для систем ДКМВ связи с ретрансляцией [текст] / Ю.Б.Нечаев, И.О.Дворжакова, А.А.Малютин,, П.Н.Радько // МНТК «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» ИРЭМВ-2011, секция «Простанственно-временные методы обработки сигналов и полей в локации и радиосвязи» , г. Таганрог - г.Дивноморск, 2011.-С.499-503.

14. Радько П.Н. О возможности применения итеративных методов частотно-эффективной кодированной модуляции в высокоскоростных КВ модемах [текст] / П.Н.Радько// Международная научно-практическая конференция «Общественная безопасность, защита и правопорядок в III тысячелетии»: сборник материалов. Ч.З. Естественные, математические и технические науки. - Воронеж: Воронежский ин-т МВД России, 2010. -С.140-145.

15. Нечаев Ю.Б. Помехоустойчивость систем ДКМВ связи с ретрансляцией [текст]/ Ю.Б.Нечаев, И.О.Дворжакова, А.А.Малютин,, П.Н.Радько // МНТК «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» ИРЭМВ-2011, секция «Простанственно-временные методы обработки сигналов и полей в локации и радиосвязи» , г. Таганрог - г.Дивноморск, 2011. - С.495-498.

16. Нечаев Ю.Б. Моделирование работы системы связи с MIMO [текст] / Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин, И.О.Дворжакова, П.Н.Радько // 21th International Crimean Conference «Microwave & Telecommunication Technology» (CriMiCo'2011) Conference Prociedings. September 12-17, 2011. -Sevastopol: Weber Publishing, 2011. - V. 1. - P.

17. Нечаев Ю.Б. Манипуляционные коды для систем связи с MIMO [текст] / Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин, И.О.Дворжакова, П.Н.Радько // 21th International Crimean Conference «Microwave & Telecommunication Technology» (CriMiCo'2011) Conference Prociedings. September 12-17, 2011. -Sevastopol: Weber Publishing, 2011. - V.l. - P.

18. Нечаев Ю.Б. Манипуляционное кодирование для сетей KB связи [текст] / Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин, И.О.Дворжакова, П.Н.Радько // МНТК «Компьютерные науки и технологии», Белгород, 2011

19. Нечаев Ю.Б. Моделирование работы сетей KB связи [текст] / Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин, И.О.Дворжакова, П.Н.Радько // МНТК «Компьютерные науки и технологии», Белгород, 2011

20. Нечаев Ю.Б. Помехоустойчивость итеративных алгоритмов приема в многолучевых каналах с неточно известными параметрами [текст] / Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин, П.Н.Радько // Теория и техника радиосвязи, 2009. - Вып.4. - С.23-28.

21. Нечаев Ю.Б. Итеративный алгоритм линейного выравнивания-декодирования, робастный по отношению к ошибкам оценок характеристик каналов связи [текст] / Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин, П.Н.Радько // Инфокоммуникационные технологии, 2010. -№4.- С.42-49.

22. Нечаев Ю.Б. Манипуляционные коды для систем KB связи, использующих методы кооперативного MIMO. Часть 1. Критерии и методы построения [текст] / Ю.Б.Нечаев, И.О.Дворжакова, А.А.Малютин, П.Н.Радько // Теория и техника радиосвязи, 2011. - №1- С.45-54.

23. Нечаев Ю.Б. Манипуляционные коды для систем KB связи, использующих методы кооперативного MIMO. Часть 2. Анализ

характеристик помехоустойчивости [текст] / Ю.Б.Нечаев, И.О.Дворжакова, А.А.Малютин, П.Н.Радько // Теория и техника радиосвязи, 2011. - №1- С.55-61.

24. Радько П.Н. Многоканальный имитатор многолучевого канала для исследования дуплексных и сетевых режимов [текст] / П.Н.Радько // Вестник Воронежского государственного технического ун-та, 2011. - Т.7. - №1. -С.121-123.

25. Заявка 2010/00683/07 (000795) Плоская антенна. Российская Федерация. МПК Н 01 Q 13/00 [текст] / Нечеав Ю.Б.(РФ), Климов А.И. (РФ), Хохлов Н.С. (РФ), Юдин В.И. (РФ,) Радько П.Н. (РФ) / Заявл. 11.01.10. Решение о выдаче патента на изобретение «Плоская антенна».

26. Имитатор КВ канала с ППРЧ [текст]: пат. №101298 РФ / А.А.Малютин, Ю.Б.Нечаев, Д.В.Меркулов, П.Н.Радько //Заявитель и патентообладатель ОАО «Концерн «Созвездие»: №2010123578/09(033560); заявл. 11.01.2010. Реш. о выдаче патента.

27. Имитатор спутниковой системы связи [текст] / А.А.Малютин, Ю.Б.Нечаев, Д.В.Меркулов, П.Н.Радько // Заявитель и патентообладатель ОАО «Концерн «Созвездие». Заявка №2011104199108. Решение о выдаче патента от 04.03.2011.

28. Программа для ЭВМ «Имитатор спутниковой системы связи» [текст]/А.А.Малютин, Ю.Б.Нечаев, Д.В.Меркулов, П.Н.Радько // Свидетельство о Государственной регистрации программы для ЭВМ по заявке №2011610701 от 31.03.2011. Внесена в Реестр программ для ЭВМ.

29. Имитатор КВ-УКВ каналов [текст] / А.А.Малютин,Ю.Б.Нечаев,Д.В.Меркулов, П.Н.Радько//Заявка №2011610737 на свид. о Гос. регистрации программы.

30. Барабашов Б.Г. Динамическая адаптивная модель связного декаметрового канала / Б.Г.Барабашов, Г.Г.Вертоградов // Радиотехника -1995.-№ 12.

31. Иванов В. А., Иванов Д. В., Колчев А. А. Радиотехническая модель ионосферного канала распространения КВ. 52 Науч. сес., посвящ. Дню радио. [Москва. 1997]: Тез. докл. Ч. 1.- М.. 1997.- С. 203-201.

Иванов В. А. Радиотехническая модель ионосферного канала распространения KB / В.А.Иванов, Д.В.Иванов, А.А.Колчев //

32. Финк JI.M. Теория передачи дискретных сообщений / Л.М.Финк. -М.: Советское радио, 1970.- 576 с.

33. Кловский Д.Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам / Д.Д.Кловский. - М.: Связь, 1982.- 304 с.

34. Прокис Дж. Цифровая связь.пер. с англ. (J. Proakis. Digital Communications. 1989) под ред. Кловского Д.Д., Москва, Радио и Связь, 2000 г.

35. С. Watterson, J. Jurosbek, and W. Bensema. Experimental verification of an ionospheric channel model. Technical Report ERL-112JTS-80, ESSA, 1969.

36. R. Easier, P. Bentley, G. Price, R. Tsunoda and T. Wong. Ionospheric distocsion of HF signals. Technical Report C.A 94025, SRI International, Menio Park, 1987.

37. Коржик В.И., Финк Л.М., Щелкунов K.H. Расчёт помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. - М: Радио и Связь, 1981.

38. CCIR, "Use of HF Ionospheric. Channel Simulators", Recommendation 520-1, Recommendations of the С(Ж, 1986, Vol. Ill, Part B, Geneva: International Radio Consultative Committee, 1986, pp.57-58. Geneva: International Radio Consultative Committee, 1986,pp;5

39. MIL-STD-188-11 OA. 30.09.1991.Military Standard. .Interoperability and Performance Standards for Data Modems.

40. MIL-STD-188-110B, 27 APRIL 2000. Military Standard. .Interoperability and Performance Standards for Data Modems.

41. FED-STD-1035 Coding, Modulation and Transmission Requirements for Single Channel Medium and High Frequency

42. Radiotelegraph Systems Used in Government Maritime Mobile Telecommunications.

43. INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION (ITU)ITU-R F.520-2 Use of high frequency ionospheric channel simulators

44. Timothy C Giles and Ian Willoughby. Simulation of High Frequency Voice Band Radio Channels, 1993, IEEE.

45. CCIR,"HF Ionospheric Channel Simulators, Report 549-2, Reports to the CCIR, 1986, Vol. Ill, Part A, Geneva: International Radio Consultative Committee, 1986, pp.59-67.

46. Y.M. Le Roux, M. Wberon, R. Fleury, J. Menard. J.P. Jolivet, "HF Channel Modelling and Simulation", 5th International Conference on Radio Receivers and Related Systems, 24-26 July 1990, pp 72-76.

47. C.C.Watterson, J.R.Juroshek, W.D.Bensema, "Experimental Confirmation of an HF Channel Model",IEEE Transactions on Communications Technology, Vol. Corn-18, No. 6, December 1970

48. Pennington J., "Techniques for medium SpeedDala Transmission over HF channels", IEE Proceedings, Vol. 136, Pt 1, No. 1, February 1989

49. J.T.Boys ."Statistical Variations in the Apparent Specular Component of lonospherically Reflected Radio Waves", Radio Science, Vol 3.,No. 10, October 1968

50. H.N,Shaver, B.C.Tupper and J.B.Lomax, "Evaluation of a Gaussian HF Channel Model", IEEE Transactions on Communication Technology, Vol. Corn-15, No.l .February 1967

51. E.W.Chapis and W K.Roberts, "A Radio Propagation Simulator Using Radio-Frequency Acoustic Waves in a Liquid", Proceedings of the IEEE, p 1072, August 1966

52. B.Goldberg, "Stored Ionosphere", 1965 IEEE Communications Convention Record, pp 619-629

53. Иванов В.А., Колчев A.A., Морозов А.К., Рябова Н.В., Шумаев В.В. Влияние дисперсионных искажений в ионосферном канале на оптимальную обработку широкополосных сигналов. Йошкар-Ола: МарПИ.-1993.

54. P. Bello Characterization of randomly time-variant lineal channels, IEEE Transactions on Communications Systems, CS-ll(4):360-393, Dec 1963.

55. L. Bertel, P. Parion, and D. Lemur. Model of narrowband signal used in ionospheric High Frequencies (3-30MHz) channel. Paris, 1996,SEE.

56. Y, Leroux, B,. Floury, J. Menard, and J. Jolivct. Analyse experimental de liaisons HF. In Advisory Group for Aerospace Research and Development, France, Oct 1988. Conf. Proc. N 442.

57. L. Vogler and .J. Hoffmeyer. A new approach to HF channel modeling and simulation part 2: Stochastic model. Technical Report PB 90 200338, NTIA, Boulder, 1990.

58. L. Vogler and J. Hoffmeyer. A model for wideband HF propagation channels. Radio Science, 28(6): 1131-1142, Nov 1993.

59. Vogler, L. and Hoffmeyer, J., "A new approach to HF channel modeling and simulation", NTIA report 88-240, National Technical Information Service, PB 89-203962/AS Springfield, VA, USA 22161. 1990

60. Leconte M., Testard M. A model of High Frequencies (HF) Channel used to design a modem of 9600 bits/s rate in 3kHz of bandwidth. Laboratory of Radiocommunications University of Rennes I Campus of Beaulieu, Bat lie, 35042 Rennes France.

61. Hoeher P., Steingass A. EP0940931 - Method for emulating multipath fading radio channels - Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V, 1999.

62. J.A, Hoffmeyer & M. Nesenbergs, "Wideband HF Modelling and Simulation", NTIA Report 87-221

63. Roy P. Bsaler, Roland T. Tsunoda, Philip B, Bentley, Terrence L. Wong, and Gary H. Price, "Ionospheric Distortion of HF Signals", Tech. Report DNA-TR-87-246, SM Project 8675, SRI International, Menio Park, CA 94025

64. Имитатор коротковолнового канала: пат. 65327 Рос. Федерация: МПК7 Н 04 В 17/10 / Малютин A.A., Меркулов Д.В.; заявитель и патентообладатель ОАО «Концерн «Созвездие»; №2007111180/22; заявл. 26.03.2007; опубл. 27.07.2007, Бюл. № 21.

65. Giler Т.С., Pries М., On the design of a voiceband HF replay channel simulator, Eighth International Conference on HF Radio Systems and Techniques (IEE Conf. Publ. No. 474), Guildford, UK, 2000.

66. Willink, T.J., Davies, N.C., Clarke, J. and Jorgenson, M.B., Validation of HF channel simulators, IEE colloquium on frequency selection and management techniques for HF communications, London, UK, 7-8 February 1996.

67. W.N. Furman and J.W. Nieto, Understanding HF channel simulator requirements in order to reduce HF modem performance measurement variability, Nordic HF Conference, Sweden, 2001.

68. Y.M. Le Rowt.G. Savidan.G.Du Chaffaut.P GourvezJ.P.Jolivet, "A Combined Evaluation and Simulation System of the HF Channel", ICAP 87,pp 171-175

69. O.J.Mooney, Implementation of an HF Ionospheric Channel Simulator, using a Digital Signal Processor" .Third International Conference on HF Communication Systems and Techniques,26-28 Feb. 1985, p.27-31

70. J.Dawson, "An H.F. Simulator for use with Real Time Channel Evaluation Systems", Propagation Influences on Digital Transmission Systems Problems and Solutions (AGARD-CP-363), 4-8 June 1984, p.24/1-15

71. Leonard Ehnnan, Leslie B. Bates, John F. Eschle and James M. Kates, "Real-Time Software Simulation of the HF Radio Channel", IEEE Transactions on Communications, Vol.Com-30,No.8,August 1982

72. R.Girault, J.Thibault, B. Durand, "Software Ionospheric Channel Simulator", Fourth International Conference on HF Radio Systems and Techniques, 11-14 April 1988, London, p. 321-5

73. W.Malley, R.E.H. Bywater, "A Digital High Frequency Multipath Propagation Simulator", The Radio and Electronic Engineer, Vol.47, No.7, pp.305314, July 1977

74. J.D.Ralphs, F.M.E. Sladen, "An H.F. Channel Simulator using a new Rayleigh Fading Method", The Radio and Electronic Engineer, Vol.46, No. 12, pp. 579-587, December 1976

75. Joseph M. Peri, "Simulator Simplifies Real Time Testing of HF Channels", Defence Electronics, Vol. 16, 8, 103-108, August 1984

75. Fred David, Albert G. Franco, Harry Sherman, Leonard B. Shucavage. "Correlation Measurements on an HF Transmission Link", IEEE Transactions on Communications Technology, Vol. Corn-17, No 2, April 1969

77. Armel Picquenard, "Radio Wave Propagation", New York , Wiley 1974

78. J. Serrat-Fernandez, J.A. Delgado-Penin, E. Munday and P.O. Farrell, "Measurement and Verification of an HF Channel Model", Third International Conference on HF Communication Systems and Techniques, 26-28 Feb. 1985, London, p.52-60

79. Dimitrios Makrakis and P. Takis Mathoiopoulos, "Prediction/Cancellation Techniquees for Fading Broadcasting Channels", IEEE transactions on broadcasting vol. 36, No. 2, June 1990

80. Bello P.A. and Nelin B.D., "The influence of fading spectrum on the binary error probabilities of incoherent and differentially coherent matched filter receivers", IRE Transactions on Communications Systems, Vol. CS-10, 2. pp. 160168, 1962

81. CCIR,"Use of High Frequency Ionospheric Channel Simulator", Recommendation 520-1, Recomendations and Reports of the CCIR, 1986, Volume III, pp 57-58 ITU, Geneva

82. CCIR, "Path Time-Delays and Shifts caused by Multipadi Propagation on Radio Circuits", Report 203-1, Recommendations and Reports of the CCIR, 1986, Volume III, pp 273-77 ITU, Geneva

83. Maslin N.M., "HF Communications. A systems Approach", Pitman Publishing 1987, p. 78

84. Skaug R., "Experiment with Spread Spectrum Modulation on an HF Channel", IEE Proceedings, Vol. 131, Pan F, No. 1, February 1984

85. B.D. Perry, "MegaHenz Bandwidth HF Skywave Communications Techniques", Second Conference on HF Communication Systems and Techniques, 15-17 Feb. 1982, London, p.91-5

86. L.S. Wagner. J.A. Goldstein and W,D. Meyers, "Wideband Probing of the Transauroral HF channel: Solar minimum", Radio Science, Volume 23, Number 4, pp 555-568, July-August 1988

87. Vogler, L. and Hoffmeyer, J., 1988, "A new approach to HF channel modeling and simulation - Part I: Deterministic model", NTIA report 88-240, National Technical Information Service, PB 89-203962/AS Springfield, VA, USA 22161.

88. Robert W. Pinto, Phillip A. Bello, "HF Channel Simulation", CNR Report No. 14 , 14 May 1974, prepared for Naval Research Laboratory, Washington, D,C. 20375, prepared by CNR, Inc. 20 Wells Avenue, Newton, Massachusetts 02159.

89. The Technical Co-operation Program, Technical Panel STP-8, Terrestrial Communications, Proceedings of the Thirteenth Meeting, Salisbury, South Australia, 16-18 November 1992

90. STANAG 4539, «Technical Standards for Non-Hopping HF Communications Waveforms»», North Atlantic Treaty Organization, Ratification Request 2000, Edition 1.

91. STANAG 5066, «Profile for High Frequency (HF) Radio Data Communications», North Atlantic Treaty Organization, Ratification Request 2000, (Annex G waveforms no longer specified in final version of STANAG)

92. Timothy J. Riley Third Generation HF Modem Testing. 2003

93. S. Salous (1), L. Bertel (2) Modelling of Wideband HF Radio Channels. University Of Manchester Institute Of Science And Technology Manchester, Great Britain University Of Rennes I France 2002

94. John W. Nieto Iterative Equalization And Decoding Of Stanag 4539 9600 Bps Hf Waveforms Harris Corporation, RF Communications Division 1680 University Avenue Rochester, New York 14610 2002

95. W.N.Furman. J. W. Nieto Harris Corporation RF Communications Division. HFIA Position Paper on HF Channel Simulator / Modem Testing. 2003

96. William N. Furman. John W. Nieto. Doppler Spectrum Measurement of HF Channel SimulatorsHarris Corporation RF Communications Division. 2003.

97. W.Furman & J. Nieto. Requirements for HF Channel Simulators; Fading Characteristics. HFIA Presentation June 2000. Harris Corporation.

98. W.Furman and J. Nieto. Understanding HF channel simulator requirements in order to reduce HF modem performance measurement variability. Proceedings of HF01, the Nordic HF Conference, August 2001. Harris Corporation.

99. Paul S. Cannonl,2, Matthew J. Anglingl, and Bengt Lundborg Characterization and Modeling of the HF Communications Channel Centre for Propagation and Atmospheric Research, QinetiQ, Malvern, WR14 3PS, UK. 2003

100. Малютин A.A. Имитатор КВ-УКВ радиоканалов / A.A. Малютин, Д.В. Меркулов, А.Г. Славчев // Радиолокация, навигация, связь / XIII Международная научно-техническая конференция. - Воронеж, 2007. Т. 2 - С. 1124-1130.

101. ITU, «HF Ionospheric Channel Simulators», CCIR Report 549-3, Recommendations and Reports of the CCIR, Annex to Vol. 3, pp. 47-58, Geneva, 1990

102. Recommendation ITU-R F.1487, «Testing of HF Modems with Bandwidths of up to about 12 kHz using ionospheric Channel Simulators», (Question ITU-R 213/9)

103. STANAG 4415, «Characteristics of a Robust, Non Hopping, Serial-Tone Modulator/Demodulator for Severely Degraded HF Radio Links»», North Atlantic Treaty Organization, Edition 1, Dec. 24 1997

104. STANAG 4285, «Characteristics of 1200/2400/3600 Bits per Second Single Tone Modulators/Demodulators for HF Radio Links», North Atlantic Treaty Organization, Brussels 1989

105. W. N. Furman and J.W. Nieto. Understanding Hf Channel Simulator Requirements In Order To Reduce Hf Modem Performance Measurement Variability. Harris Corporation, RF Communications Division 1680 University Avenue, Rochester, New York, 14610 U.S.A. 2002

106. Быков B.B. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. Изд-во «Советское радио», 1971, С. 328.

107. Кеннеди Р. Каналы связи с замираниями и рассеянием / Пер. с англ. под ред. И.А. Овсеевича. М.: Сов .радио, 1973.

108. Кириллов Н.Е. Помехоустойчивая передача сообщений по линейным каналам со случайно изменяемыми параметрами. М.: Связь 1971.

109. Хмельницкий Е.А. Оценка реальной помехозащищённости приёма сигналов в KB диапазоне М: Связь 1975.

110. Шустов C.JL, Иванов А.П., Жуков С.В., Кашлов В.В. Имитатор коротковолнового радиоканала (г. Пенза) 3-я Международная Конференция DSPA-2000.

111. Хазан В .Л. Математические модели дискретных каналов связи декаметрового диапазона радиоволн: Учеб. пособие / В.Л.Хазан. - Омск, 1998. -107 с.

112. F. Brannstrom, L. Rasmussen, and A. Grant. Convergence analysis and optimal scheduling for multiple concatenated codes. IEEE Transactions on Information Theory, 51:3354-3364, September 2005.

113.1. Land, Analytical results for EXIT charts for simple and LDPC codes,

2004.

114. Нечаев Ю.Б. Методы оценки параметров многолучевого канала связи при итеративных алгоритмах приёма /Ю.Б. Нечаев, А.А. Малютин // Техника средств связи, сер. ТРС, 2009. -№2.

115. A. Liavas, On the robustness of the finite-length MMSE-DFE with respect to channel and second-order statistics estimation errors. IEEE Trans. Signal Processing, vol. 50, pp. 2866-2874, Nov. 2002.

116. Otnes R, Tiichler, Block SISO linear equalizers for turbo equalization in serial-tone HF modems. 2004, http://citeseerx.ist.psu.edu.

117. Otnes, R, Tiichler, M. On iterative equalization, estimation, and decoding. 2008, http://citeseerx.ist.psu.edu

118. S.-J. Lee, A. Singer, N. Shanbhag. Linear turbo equalization analysis via BER transfer and EXIT charts. IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 53, No. 8, pp. 2883-2897, Aug. 2005.

119. R. G. Gallager, Low Density Parity Check Codes. Cambridge, MA: MIT Press, 1963.

120. S. Benedetto, D. Divsalar, G. Montorsi, F. Pollara. Serial concatenation of interleaved codes: Performance analysis, design, and iterative decoding. IEEE Transactions on Information Theory, 44:909-926, May 1998.

121. H. E. Gamal and J. A. R. Hammons, "Analyzing the turbo decoder using the Gaussian approximation," IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 47, pp. 671686, Feb. 2001.

122. P. Alexander, A. Grant, M. Reed. Iterative detection and code-division multiple-access with error control coding. European Transactions on Telecommunications (ETT), 9:419-425, September-October 1998.

123. M. Reed and C. Schlegel. An iterative receiver for the partial response channel. In IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT), page 63, Cambridge, USA, August 1998.

124. K. Narayanan. Effect of precoding on the convergence of turbo equalization for partial response channels. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 19:686-698, April 2001.

125. J. Hagenauer. The EXIT chart - introduction to the extrinsic information transfer in iterative processing. In 12th European Signal Processing Conference (EUSIPCO), Vienna, Austria, September 2004.

126. Designing iterative decoding schemes with the extrinsic information transfer chart,. AEÛ Int. J. Electron. Commun., vol. 54, no. 6, pp. 389.398, Nov. 2000.

127. Code characteristics matching for iterative decoding of serially concatenated codes,. Ann. Télécommun., vol. 56, no. 7-8, pp. 394.408, 2001. Germany, Jan. 2002, pp. 53.60.

128. S. ten Brink. Code characteristic matching for iterative decoding of serially concatenated codes. Annals of Telecommunications, 56:394-408, April 2001.

129. M. Tuchler, R. Koetter, and A. C. Singer, "Turbo equalization: principles and new results," IEEE Trans. Commun., vol. 50, pp. 754-767, May 2002.

130. J. W. Lee and R. E. Blahut, "Generalized EXIT chart and BER analysis of finite-length turbo codes," in Proc. IEEE Global Telecommun. Conf. (GLOBECOM'03), Dec. 2003, pp. 2067-2072.

131. J. W. Lee and R. E. Blahut, "Lower bound on BER of finite-length turbo codes based on EXIT characteristics," IEEE Commun. Lett., vol. 8, pp. 238240, Apr. 2004.

132. S.Hagkin Adaptive Filter Thecry Thind edition. -990p.

133. J. N. Laneman, D. N. C. Tse, and G. W.Wornell, "Cooperative diversity in wireless networks: Efficient protocols and outage behavior," IEEE Trans. Information Theory, vol. 50, no. 12, pp. 3062-3080, Dec. 2004.

134. J. N. Laneman and G. W. Wornell, "Distributed space-time coded protocols for exploiting cooperative diversity in wireless networks," IEEE Trans. Information Theory, vol. 49, no. 10, pp. 2415-2425, Oct. 2003.

135. К. G. Seddik, A. S. Ibrahim, and K. J. R. Liu. Trans-modulation in wireless relay networks. IEEE Communications Letters, 121(3): 170-172, March 2008

136. K.J. Rayliy, A.K. Sadek, Weifeng Su, A. Kwasinski. Cooperative Communications and Networking. Cambridge University Press, 2009, 627 p.

137. Томас X. Кормен, Чарльз И. Лейзерсон, Рональд JI. Ривест, Клиффорд Штайн Алгоритмы: построение и анализ — 2-е изд. — М.: Вильяме, 2006. — 1296 с.

138. Дональд Кнут Искусство программирования: том 1. Основные алгоритмы — 3-е изд. — М.: Вильяме, 2006. — 720 с.

139. Батищев Д.И. Генетические алгоритмы решения экстремальных задач / Д.И.Батищев; под ред. Львовича Я.Е.. - Воронеж: ВГУ, 1995.

140. Нечаев Ю.Б. Манипуляционные коды для систем с итеративной обработкой принимаемого сигнала / Ю.Б.Нечаев, А.А.Малютин// Инфокоммуникационые технологии. - 2009. - № 1. - С. 7 - 17.

141. F. Schreckenbach, N. Gortz, J. Hagenauer, G. Bauch. Optimization of symbol mappings for bit-interleaved coded modulation with iterative decoding. IEEE Communications Letters, 7:593-595, December 2003.

142. R. Battiti, G. Tecchiolli. The reactive tabu search. ORSA Journal on Computing, 6:126-140, 1994.

143. Y. Huang, J. Ritcey. Optimal constellation labeling for iteratively decoded bit-interleaved space-time coded modulation. IEEE Transactions on Information Theory, 51:1865-1871, May 2005.

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы Радько П.Н. «Методы моделирования и программно-аппаратные имитаторы многолучевых каналов связи»

Настоящий акт подтверждает использование результатов диссертационной работы Радько П.Н. «Методы моделирования и программно-аппаратные имитаторы многолучевых каналов связи» в следующих ОКР, проводимых ООО «Инновационная фирма «ИНРИ»: «Имитатор КВ и УКВ каналов», «Имитатор многолучевых каналов связи».

Использование результатов диссертационной работы Радько П.Н. позволило разработать и организовать мелкосерийное производство имитаторов многолучевых каналов радиосвязи КВ диапазона.

Директор ООО «Инновационная фирма «ИНРИ»

/

Шамаев И.И.

V, /

Утверждаю щральный директор

к«Вега», д. э. н., к. т. н.

Штефан В. И.

i ПУКИ) I г"

vm

VWí^ 2012 г.

АКТ

реализации ОАО «ВНИИ «Вега» результатов диссертационной работы Радько Павла Николаевича «Моделирование и оптимизация параметров систем связи, использующих многолучевую среду распространения сигналов».

Комиссия в составе: зам. генерального директора по науке, к.т.н., с.н.с. Нехорошева Г.В., начальника отдела, к.т.н. Степанова H.H. и зам. начальника НТО Кисленко В.В., составила настоящий акт в том, что научно-теоретические результаты диссертационной работы Радько Павла Николаевича «Моделирование и оптимизация параметров систем связи, использующих многолучевую среду распространения сигналов», в части:

- моделей многолучевого многомерного канала связи для исследования режимов разнесенного приема, в том числе и MIMO, дуплексного режима и ретрансляции, а также алгоритмов функционирования программно-аппаратного имитатора канала связи;

- оптимизации манипуляционного кодирования для КВ систем связи с кооперативным MIMO и трансмодуляцией;

- результатов вычислительных экспериментов по оценке характеристик помехоустойчивости систем и сетей КВ связи, методики оптимизации территориального размещения узлов ретрансляции

реализованы в ОКР «Интеграция-2» и «Пихта», выполняемых в интересах Министерства обороны и Федеральной службы охраны РФ, что позволило более полно использовать потенциальные возможности систем связи с подвижными объектами и улучшить тактико-технические характеристики разрабатываемых аппаратных комплексов.

Председатель комиссии ¿T^f^ Нехорошев Г.В.

Члены комиссии Степанов H.H.

•""'Z^ У 7 Кисленко В.В.

УТВЕРЖДАЮ Первый заместитель Генерального директора ОАО «Концерн «Созвез-

член-корреспондент РАН,

В.И. Борисов

2011 г.

внедрения результатов диссертационной работы Радько П.Н. «Методы моделирования и программно-аппаратные имитаторы многолучевых каналов

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной работы Радько П.Н. «Методы моделирования и программно-аппаратные имитаторы многолучевых каналов связи» внедрены в следующие работы, проводившиеся на предприятии ОАО «Концерн «Созвездие»: «Азарт», «Экспресс», «Модем - КВ-1» и ряд других, проводимых по заказам МО РФ, МЧС РФ и других ведомств.

Результаты диссертационной работы использовались при: 1) разработке и испытаниях высокоскоростных модемов декаметрового диапазона; 2) выявлении особенностей влияния трактов существующей каналообразующей аппаратуры на новые виды сигналов; 3) формировании требований к аппаратуре следующего поколения. Данные результаты способствовали повышению помехоустойчивости и пропускной способности разрабатываемой аппаратуры связи декаметрового диапазона.

Председатель комиссии по результатам внедрения диссертационной работы, начальник НТО-31,

доктор технических наук, профессор ^ Толстых H.H.

связи»

/ /

«_» ноября 2011 г.

Члены комиссии: Начальник НТК-63

Дрюченко A.A. «_» ноября 2011 г.

Начальник НТО-80

С

Малютин A.A. « » ноября 2011 г.

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по научной работе, инновациям и информатизации федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет» доктор биологических наук, профессор

О^ В.Н. Попов

«__2011 г.

Акт

о реализации результатов диссертационной работы Радько Павла Николаевича в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный

университет»

Комиссия в составе: декана, д.ф.-м.н., профессора Э.К. Алгазинова, доцента кафедры, к.ф.-м.н. H.H. Винокуровой и доцента кафедры, к.т.н., доцента Д.Н Борисова, составила настоящий акт в том, что результаты диссертационной работы Радько Павла Николаевича использованы учебном процессе ФГБОУ ВПО «ВГУ» для лекционных курсов по дисциплинам «Мобильные телекоммуникационные системы», «Основы

телекоммуникационных систем», «Основы теории радиотехнических систем», при курсовом и дипломной проектировании.

Члены комиссии:

Э.К. Алгазинов H.H. Винокурова Д.Н. Борисов