Повышение эффективности передачи информации в цифровых системах технологии CDMA тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.17, кандидат технических наук Скребкова, Юлия Викторовна

• Скребкова, Юлия Викторовна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Скребкова, Юлия Викторовна

Содержание.

Глава 1. Состояние вопроса. Обзор и анализ литературных источников по системам железнодорожной радиосвязи.

1.1. Эксплуатируемые системы технологической железнодорожной радиосвязи.

1.2. Внедряемые железнодорожные цифровые системы радиосвязи второго поколения TDMA.

1.3. Известные системы связи с ШПС.

1.4. CDMA-третье поколение цифровых систем связи.

1.5. Выводы по главе 1.

Глава 2. Повышение частотной эффективности передачи ШПС.

2.1. Формирователь ШПС с увеличенной в два раза базой в заданной полосе частот.

2.2. Метод деления полосы частот речевого сигнала (PC).

2.3. Выигрыш в показателях качества за счет увеличения в 2 раза базы сигнала.

2.4. Метод формирования фазоманипулированного ШПС.

2.5. Выводы по главе 2.

Глава 3. Повышение помехоустойчивости приема ШПС.

3.1. Приемник ШПС с увеличенной базой сигнала.

3.2. Оптимальная нелинейная обработка ШПС в приемнике.

3.3. Исследование нелинейных и переходных искажений при амплитудном ограничении ШПС.

3.4. Исследование помехоустойчивости приема сигналов ЧИМ-ШПС

3.5. Энергетические потери при приеме ШПС.

3.6. Выводы по главе 3.

Глава 4. Повышение частотной эффективности временной синхронизации ШПС.

4.1. Система синхронизации ШПС.

4.2. Частотно-модулированный автогенератор на LC-контуре.

4.3. Частотно-модулированный автогенератор, минимизирующий энергопотери системы передачи информации ШПС.

4.4. Стабилизация модуляционной характеристики частотно-модулированного автогенератора.

4.5. Оптимальный квазикогерентный приемник с поиском ШПС по времени и по частоте.

4.6. Выводы по главе 4.

Глава 5. Повышение скрытности передачи ШПС.

5.1. Анализ скрытности передачи ШПС.

5.2. Скрытность широкополосных передач в реальных каналах связи.

5.3. Увеличение числа скрытных каналов с ШПС в заданной полосе частот.

5.4 Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности передачи информации в цифровых системах технологии CDMA»

Этим определяется актуальность работы.

Целью работы является повышение показателей эффективности систем с ШПС за счет увеличения их базы в заданной полосе частот для обеспечения высоконадежной обработки информации в информационных коммуникациях.

Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи:

-разработка метода увеличения базы ШПС в заданной полосе частот.

- уточнение расчета значений погрешностей в определении параметров движения объекта с помощью ШПС, в скрытности передачи ШПС и других показателей эффективности.

- разработка более эффективных по сравнению с известными систем ШПС.

- уменьшение погрешности временной синхронизации ШПС.

Научная новизна диссертации определяется следующими результатами:

- предложен способ и устройство увеличения в два раза базы ШПС в заданной полосе частот, новизна которых защищена патентами РФ;

- уточнены формулы определения погрешностей параметров движения объекта, увеличения скрытности передачи ШПС, позволившие определить численные значения выигрышей по этим показателям за счет увеличения в два раза базы ШПС.

- определен выигрыш в помехоустойчивости предложенной системы с увеличенной в два раза базой ШПС и частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ-ШПС).

-получена формула и экспериментальное значение модуляционной характеристики частотно-модулированного автогенератора (ЧМГ), с помощью которого осуществляется синхронизация ШПС.

Практическая значимость работы определяется следующим:

- разработаны модели передатчика и приемника ШПС с увеличенной в два раза базой сигнала в заданной полосе частот, в которых реализованы выигрыши в 1,41 раза и больше.

-для нелинейной фильтрации помех на выходе приемника ШПС разработано микроконтроллерное устройство с набором перестраиваемых нелинейностей, каждая из которых обеспечивает максимальное отношение сигнал-шум при определенной плотности распределения вероятностей (ПРВ) помех. Подавление помех с помощью такого устройства составляет более 1,41 раза.

- Для минимизации энергетических потерь системы с ШПС предложен и разработан гармонический частотно-модулированный автогенератор (ЧМГ) с максимально стабильной и линейной модуляционной характеристикой.

Исходная основа диссертации. Диссертация основывается на результатах:

-фундаментальных работ теории информации Агеева Д.В., Котельникова В.А., Шеннона К. и других;

-теоретических и прикладных исследований ШПС ВаракинаJI.E., Калмыкова В.В., Петровича Н.Т., Смирнова Н.И. и других;

- исследований средств и систем передачи цифровой информации с помощью ШПС Баранова J1.A., Бенедиктова М.Д., Волкова А.А., Горелова Г.В., Журавлева В.И., Миронова К.В., Фомина А.Ф. и других.

Методы исследования. В работе использованы методы математического анализа, имитационного и математического моделирований, положения теории помехоустойчивости приема информации и теории случайных сигналов.

Апробация результатов работы выполнена на заседаниях кафедры «Радиотехника и электросвязь» МИИТа, а также - на конференциях:

- Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиотехника, электроника и энергетика». Москва, МЭИ, 2005 г.;

-Научно-техническая конференция «Неделя науки-2005». Москва, МИИТ, 2005 г.;

-Научно-техническая конференция «Неделя науки-2006». Москва, МИИТ, 2006 г.

Реализация результатов работы. Основные теоретические и практические результаты, полученные в диссертационной работе, использованы в компаниях ООО «АКСИОН-РТИ», ООО «Фирма ИБП ТРАНС» и в учебном процессе на кафедрах «Радиотехника и электросвязь» МИИТа и «Транспортная связь» РГОТУПС, что подтверждено соответствующими актами.

Публикации. По результатам диссертации получено 4 патента на полезные модели и опубликовано 8 статей, в которых изложено основное содержание диссертации.

Заключение диссертации по теме «Теоретические основы информатики», Скребкова, Юлия Викторовна

5.4 Выводы по главе 5

- показано, что за счет увеличения базы сигнала в два раза возможно существенно повысить скрытность передачи ШПС;

-показано, что предложенное увеличение базы ШПС в два раза позволяет увеличить число одновременно работающих станций с сигналами ниже уровня помех при заданной вероятности ошибки их приема.

Заключение

На основании проведенных в диссертационной работе исследований и разработок получены следующие основные результаты:

- разработаны способ и устройство увеличения базы шумоподобных сигналов (ШПС) в два раза в заданной полосе частот за счет сжатия в два раза полосы частот речевого сигнала, что позволяет увеличить помехоустойчивость приема ШПС в два раза. Новизна разработки защищена патентом РФ на полезную модель [12];

- уточнены формулы определения показателей эффективности системы с ШПС, на основании которых определены численные значения выигрышей по этим показателям за счет увеличения базы ШПС в два раза предложенным способом. Погрешность в определении координаты объекта уменьшилась в 4г раз, в определении скорости движения объекта уменьшилась в раз, длительность обнаружения ШПС увеличилась в два раза;

- разработана схема пассивного апериодического фазового манипулятора ШПС на 180°, новизна которого защищена патентом РФ на полезную модель [10];

-предложено для повышения помехоустойчивости приема ШПС использовать набор переключаемых нелинейных четырехполюсников (НЧП), обеспечивающих выбор максимального отношения мощности сигнала к мощности шума при различных плотностях распределения вероятностей (ПРВ) помех в канале. Подавление помех в этом случае увеличивается более чем в два раза;

- для увеличения помехоустойчивости приема информации предложено преобразовывать аналоговую ЧМ в приемнике сигналов ЧМ-ШПС в частотно-импульсную модуляцию (ЧИМ-ШПС);

-предложена методика определения помехоустойчивости приема ЧИМ-ШПС;

- предложено в системе автоматической подстройки времени (АПВ) синхронизатора приема ШПС использовать частотно-модулированные автогенераторы (ЧМГ), в которых управляющий элемент подключен к колебательной системе через коммутируемые диоды. Такие ЧМГ обеспечивают высокую стабильность модуляционной характеристики и тем самым уменьшают погрешность временной синхронизации ШПС и энергетические потери системы;

-показано, что предложенное увеличение базы ШПС в два раза позволяет увеличить число одновременно работающих станций с сигналами ниже уровня помех при заданной вероятности ошибки их приема.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Скребкова, Юлия Викторовна, 2007 год

1. Агеев Д.В. Основы теории линейной селекции. -Научно-технический сборник ЛЭИС, 1935, №10.

2. Алексеев А.И., Шереметьев А.Г, Тузов Г.И., Глазов Б.И. Теория и применение псевдослучайных сигналов. М.: Наука, 1969 - 365 с.

3. Артым А.Д. Теория и методы частотной модуляции. -М.: Энергия, 1961, С. 34-43.

4. Борисов В.И., Зинчук В.М., Лимарев А.Е., Мухин Н.П., Нахмансон Г.С. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью. / Под ред. В.И. Борисова. М.: Радио и связь, 2003. -640 с.

5. БыковС.Ф., Журавлев В.И., Шалимов И.А. Цифровая телефония. Учебное пособие для ВУЗов М.: Радио и связь, 2003. - 144 с.

6. Варакин Л.Е. Системы связи с щумоподобными сигналами.- М.: Радио и связь 1985, 1985.-384С.

7. Варакин Л.Е. Теория систем сигналов,- М.: Сов. радио, 1978. 304 с.

8. Величкин А.И. Теория дискретной передачи непрерывных сообщений. -М.: Сов. Радио, 1970. -296 с.

9. Верзунов М.В. Однополосная модуляция в радиосвязи. М.: Воениздат, 1972. - 296 с.

10. Волков А.А. Радиопередающие устройства. М.: Маршрут, 2002. А.С. 1506506 (СССР) МКИ НОЗс 1/52 Формирователь однополосного сигнала / А.А. Волков Приоритет от 10.02.87.

11. Волков JI.H., Немировский М.С., Шинаков Ю.С. Системы цифровой радиосвязи, базовые методы и характеристики // Экотрендз, 2005.

12. Волков А.А, Курганова Ю.В. Нелинейная обработка шумоподобных сигналов // http ://www.miit.ru/institut/isute/faculties/re/public/s3 .doc

13. Волков А.А., Кузнецов С.Н., Курганова Ю.В. Передатчик шумоподобных сигналов // Патент на полезную модель №53521

14. Волков А.А., Кузнецов С.Н., Курганова Ю.В. Цифровая система связи с фазоманипулированными ШПС. // Патент на полезную модель №47603.

15. Волков А.А., Курганова Ю.В. Идеальный полосовой ограничитель амплитуды шумоподобных сигналов // Патент на полезную модель № 50357

16. Волков А.А., Курганова Ю.В., Тихонов Е.П. Пассивный апериодический фазовый манипулятор на 180° // Патент на полезную модель №51806

17. Волков А.А., Скребкова Ю.В. Помехоустойчивость цифровой системы с кодовым разделением каналов с использованием частотно-импульсной модуляции // BKCC-Connect. 2007. № 2, с. 148-151.

18. Волков А.А., Скребкова Ю.В. Приемник нестандартных шумоподобных сигналов // Автоматика, связь, информатика, 2007, №8, с. 24.

19. Гаранин М.В., Журавлев В.И., Кунегин С.В. Системы и сети передачи информации. М.: Радио и связь, 2001. - 336 с.

20. Горелов Г.В, Подворый П.В. CDMA основа высокоскоростного беспроводного доступа // ВКСС. Connect! - 2006. - №2. - С. 22-23.

21. Горелов Г.В., Волков А.А., Шелухин В.И. Каналообразующие устройства ж.д. телемеханики и связи. М.: Транспорт, 1994.

22. Горелов Г.В., Фомин А.Ф., Волков А.А., Котов В.К. Теория передачи сигналов на ж.д. транспорте. М.: Транспорт, 2001. С. 162-169.

23. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. М.: Эко-Трендз, 1997.

24. Диксон Р.К. Широкополосные системы. Пер. с англ./Под ред. В.И. Журавлева. М: Связь, 1979. -304с.

25. Исследование перспективных методов формирования широкополосных сигналов для достижения защищенности передачи информации // В.В. Калмыков, А.С. Кислицын, Е.М. Сухарев и др. Отчет по НИР «Перспектива-МН», МНИИС, 1999.

26. Калмыков В.В., Борисов С.А. О специальном классе нелинейных псевдослучайных исследований для системы мобильной связи с широкополосными сигналами // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана, сер. Приборостроение 1997, № 4, с. 37-47.

27. Кантор Л.Я., Дорофеев В.М. Помехоустойчивость приема ЧМ сигналов. М.: Связь, 1977. - 336 с.

28. Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости. -М.:Госэнергоиздат, 1956. 150 с.

29. Курганова Ю.В. ЧертокВ.В. Приемник ШПС с удвоенной базой в заданной полосе частот. Материалы НТК «Неделя науки 2005». -М:. МИИТ, 2006, VI-42.

30. Курганова Ю.В., Беликова И.А. Формирователь ШПС с увеличенной в 2 раза базой в заданной полосе частот. Материалы НТК «Неделя науки 2005». -М:. МИИТ, 2006, VI-5.

31. Левин Б.Р. Теоретические основы статической радиотехники // Радио и связь, 1966.

32. М.Д.Венедиктов, А.А.Волков, Г.В.Горелов Управляемое слоговое компандирование сигналов в системах связи и вещания // Учебное пособие, МТУ СИ, МИИТ. Москва, 2003.

33. Маковеева М.М. Сигналы и помехи в системах подвижной радиосвязи. Учебное пособие. М.: МТУ СИ, 1999. -35 с.

34. Миронов К.В., Вековищев В.М. Фазовые модуляторы с большим индексом. 56-я студенческая НТК. Тезисы сообщений. -М.:МТУСИ, апрель 2001.- 104 с. С. 60-61.

35. Невдяев J1.M. CDMA: технологии доступа // Сети, 2000, №6.

36. Невдяев JI.M. Мобильная связь 3-го поколения. М.: Связь и бизнес, 2000. - 208 с.

37. Немировский А.С., Рыжков Е.В. Системы связи и радиорелейные линии. М.: Связь, 1980. -432 с.

38. Пестряков В.Б., Афанасьев В.П., Гурвиц B.JI. и др.; под ред. Пестрякова В.Б. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. -М.: Сов. радио, 1973. -424 с.

39. Петрович Н.Т. Размахнин М.К. Системы связи с шумоподобными сигналами,- М.: Сов. радио, 1969.- 232 с.

40. Прокис Д.Ж. Цифровая радиосвязь. / Пер. С англ. Под ред. Д.Д. Кловского. М.:Радио и связь, 2000. -798 с.

41. Пышкин И.М., Дежурный И.И., Талызин В.Н., Чвилев Г.Д.; под редакцией Пышкина И.М. Системы подвижной радиосвязи. М.: Радио и связь, 1986. -328 с.

42. Радиотехнические системы передачи информации / Под ред. В.В.Калмыкова. М.: Радио и связь, 1990.-304 с.

43. Семенов A.M., Сикарев А.А. Широкополосная радиосвязь // ОТКЗ Военное издательство Министерства обороны СССР, Москва, 1970

44. Сикарев А.А., Фалько А.И. Оптимальный прием дискретных сообщений. М.: Связь, 1978. - 328 с.

45. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. / Пер. С англ. М.: Издательский дом "Вильяме", 2003.- 1104 с.

46. Скребкова Ю.В., Писарева С.Н. Широкополосная нагрузка для цифровой системы CDMA. Материалы НТК «Неделя науки 2007». -М:. МИИТ, 2006, VI-5.

47. Смирнов М.И., Горгадзе С.Ф. Оценка эффективности использования мощности нелинейного бортового ретранслятора в системах передачи информации и с кодовым разделением каналов // Электросвязь, 1995, с. 2124.

48. Смирнов Н.И. Мобильная сеть России на пути к переходу к 3G. Программа и тезисы докладов конференции "Телекоммуникационные и вычислительные системы" 27 ноября 2002 г., Москва, РИО МТУСИ. С. 126-128.

49. Смирнов Н.И. Проектирование микроэлектронных устройств обработки шумоподобных сигналов. Часть 1. Корреляционные свойства ШПС. Учебное пособие. М/.МЭИС. 1988. -40с.

50. Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. -М.:Сов. радио, 1977 400 с.

51. Тузов Г.И., Сивов В.А., Прытков В.И. и др.; под ред. Тузова Г.И. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами. -М.: Радио и связь, 1985. -256 с.

52. Уткин Г.М. и др. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ. Учебное пособие. -М.:Сов. радио, 1979г.-320с.

53. Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра. / Пер. с англ. Под ред. В.П. Журавлева. М.: Радио и связь, 2000, -520 с.

54. Финк JI.M. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Сов радио, 1970. 728 с.

55. Фомин А.Ф., Ваванов Ю.В. Помехоустойчивость систем ж.д. радиосвязи. -М.: Транспорт, 1987.

56. Шалягин Д.В, Волков А.А. и др. Устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. М.: Маршрут, 2006, ч. 2.

57. Шахнович И. Современные технологии беспроводной связи. М.: Техносфера, 2004. - 166 с.

58. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике.-М.: ИЛ, 1963, с. 243-332.

59. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации/ Под ред. В.Б Пестрякова. М.: Сов. Радио, 1973. 424 с.

60. Ju.V.Kurganova Nelinearne spracovanie signalov podobnych sumu. Advances in Electrical and Electronic Engineering Faculty of Electrical1. V V t

61. Engineering, Zilina University, Zilina, Slovakia, 2005.64. www.wireless.ru65. www.cdma.ru