Разработка алгоритмов повышения эффективности систем с ортогональным частотным уплотнением и прерывистой передачей данных тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Андрианов, Иван Михайлович

• Андрианов, Иван Михайлович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Андрианов, Иван Михайлович

Содержание

Стр.

Список сокращений

Введение

1. Системы с ОЧУС. Оценка параметров сигналов с ОЧУ

1.1. Постановка задачи

1.2. Принципы формирования систем с ортогональным частотным уплотнением сигналов

1.3. Имитационное моделирование систем передачи данных на основе ОЧУС

1.4. Алгоритм оценки параметров ОЧУ-сигнала, оптимальный по критерию максимума правдоподобия

1.5. Выводы к главе

1

2. Использование прерывистой передачи в беспроводных системах передачи и обработки информации

2.1. Постановка задачи

2.2. Принципы прерывистой передачи данных

2.2.1. Поиск оптимального значения уровня порога для прерывистой передачи в каналах с замираниями с распределением Рэлея

2.2.2. Особенности помехоустойчивости приема сигналов в канале с обобщенными рэлеевскими замираниями

2.3. Разработка эффективного алгоритма прерывистой передачи данных

2.4. Анализ помехоустойчивости систем передачи данных в канале

с замираниями с распределением Накагами

Стр.

2.5. Выводы к главе 2

3. Применение алгоритмов прерывистой передачи данных совместно с ОЧУС

3.1. Постановка задачи

3.2. Разработка алгоритма прерывистой передачи данных в системах с ОЧУС

3.3. Имитационное моделирование алгоритма прерывистой передачи данных в системах с ОЧУС

3.4. Выводы к главе 3

4. Комплексирование прерывистой передачи данных и разнесенного приема

4.1. Постановка задачи

4.2. Анализ помехоустойчивости при комплексировании прерывистой передачи данных и разнесенного приема при объединении ветвей по алгоритму автовыбора

4.3. Анализ помехоустойчивости при комплексировании прерывистой передачи данных и разнесенного приема при объединении ветвей по алгоритму оптимального сложения

4.4. Поиск оптимального значения уровня порога при комплексировании прерывистой передачи данных и разнесенного приема с оптимальным сложением ветвей разнесения в каналах с замираниями с распределением Накагами

4.5. Выводы к главе 4

Общие выводы

Список литературы

Стр.

Приложение 1. Вычисление порогового уровня через уровень

1ЯЧ

мощности сигнала ±0°

Приложение 2. Плотности вероятности распределения ОСШ в канале с замираниями по закону обобщенного Рэлея

Приложение 3. Вывод формулы вероятности ошибочного приема в канале с обобщенным распределением Рэлея при непрерывной передаче

Список сокращений

АС - абонентская станция;

БС - базовая станция;

БГШ - белый гауссов шум;

БПФ - быстрое преобразование Фурье;

ДПФ - дискретное преобразование Фурье;

ЗИ - защитный интервал;

ИХ - импульсная характеристика;

МСИ - межсимвольная интерференция;

ОБПФ - обратное быстрое преобразование Фурье;

ОСШ - отношение сигнал / шум;

ОЧУ - ортогональное частотное уплотнение;

ОЧУС - ортогональное частотное уплотнение сигналов;

ПРВ - плотность распределения вероятности;

СПМ - спектральная плотность мощности;

ФП - функция правдоподобия;

DVB-T - Digital Video Broadcasting-Terrestrial (европейский стандарт эфирного (наземного) цифрового вещания).

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка алгоритмов повышения эффективности систем с ортогональным частотным уплотнением и прерывистой передачей данных»

Введение

Актуальность темы

Для систем беспроводной передачи данных, функционирующих в условиях мультипликативных помех, актуальным является повышение их эффективности. Повышение помехоустойчивости систем передачи и обработки информации, как одного из показателей эффективности, вступает в противоречие с задачами по увеличению другого показателя эффективности, а именно спектральной эффективности. Проблема увеличения помехоустойчивости может быть решена методами системного анализа, при минимизации потерь спектральной эффективности.

В современных каналах передачи данных с замираниями значительное ослабление сигналов вызывает резкое снижение отношения сигнал/шум (ОСШ) на входе приемника. Это приводит к резкому снижению точности синхронизации и помехоустойчивости. Для борьбы с замираниями применяются алгоритмы разнесенного приема/передачи сигналов, символьное перемеже-ние с помехоустойчивым кодированием.

При прохождении сигналов по каналам передачи данных, возникает межсимвольная интерференция (МСИ), значительно искажающая форму сигнала. Одним из эффективных способов борьбы с МСИ является применение систем с ортогональным частотным уплотнением сигналов (далее ОЧУС; англ. OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Подканалы в системах с ОЧУС практически не испытывают влияние МСИ, однако, могут иметь значительные локальные затухания, возникающие вследствие многолучевости (ТО дБ и более).

Алгоритмы ОЧУС широко используются в:

1. Системах беспроводной передачи данных стандарта WiFi (IEEE 802.11), работающих в диапазоне 2.4-5 ГГц.

2. Системах беспроводной передачи данных стандарта WiMAX (IEEE

802.16 [33]), работающих в диапазоне от 2 до 6 ГГц.

3. Системах цифрового телевидения стандартов DVB-T и DVB-T2 (47 — 862 МГц).

Алгоритмы разнесенного приема/передачи помимо стандартов WiFi и WiMAX используются в базовых станциях систем сотовой связи стандарта GSM, работающих в диапазоне 800 — 900 МГц.

Для борьбы с локальными затуханиями сигналов целесообразно применять алгоритмы прерывистой передачи данных, разработке которых посвящена данная диссертация.

Применение алгоритмов прерывистой передачи накладывает на беспроводные системы передачи данных следующие ограничения:

1. по несущей частоте (/нес от 30 МГц до 30 ГГц);

2. по полосе сигнала /нес/А/ > 80 - 100, где А/ - ширина полосы;

3. по среднему значению ОСШ на входе приемника (больше 8-10 дБ);

4. функционирование в каналах с медленными неселективными по частоте замираниями.

Исследованиям повышения помехоустойчивости передачи данных с использованием прерывистой передачи в беспроводных каналах посвящено ограниченное число работ. Одним из первых прерывистую передачу данных в каналах с замираниями предложили использовать А.Г. Зюко [5] и Д.Д. Клов-ский [6]. B.C. Мельников и др. разработали алгоритмы прерывистой передачи данных для систем с обратной связью [18]. Л. Ханзо, С. Вонг [53] предложили использовать многопороговые системы прерывистой передачи данных. Однако, проводимые ранее исследования помехоустойчивости передачи данных касались только одиночного приема, не затрагивали каналов, отличных от рэлеевских и метеорных.

Большой вклад в исследования систем передачи данных с разнесенным приемом/передачей внесли JI.M. Финк, И.С. Андронов [2] и У.К. Ли [24],

классифицировав виды разнесения и разработав различные алгоритмы объединения ветвей разнесения. Однако, в литературе отсутствуют исследования по комплексированию прерывистой передачи данных и разнесенного приема.

Принцип ОЧУС впервые предложили С.Б. Вайнштейн и П.М. Эберт [31]. Практическая реализация современного алгоритма ОЧУС была предложена П.Х.Мусом [35]. Ж.Ж. Ван де Бик [36], Т.М. Шмидл [45], P.A. Пачеко разработали алгоритмы оценки параметров сигналов в системах с ОЧУС. А.И. Фалько, В.И. Носов предложили алгоритмы комплексирования разнесенного приема сигналов с ОЧУС. В.М. Вишневский, И.В. Шахнович, С.Л. Портной [14] в своих работах классифицировали и исследовали системы беспроводной передачи данных на основе ОЧУС. Однако, в литературе отсутствуют исследования по применению алгоритма прерывистой передачи данных в системах с ОЧУС.

Таким образом, данная диссертационная работа является актуальной с научной и инженерной точек зрения.

Цель и задачи диссертации

Целью диссертационной работы является синтез эффективных алгоритмов передачи и обработки информации по критерию минимума вероятности ошибочного приема.

В соответствии с целью диссертационной работы были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Разработка алгоритма прерывистой передачи для систем передачи информации в каналах с замираниями, эффективного по критерию минимума вероятности ошибочного приема;

2. Разработка алгоритма прерывистой передачи данных для систем с ОЧУС, эффективного по критерию минимума вероятности ошибочного приема;

3. Комплексирование алгоритмов прерывистой передачи данных и разне-

сенного приема/передачи сигналов в каналах с замираниями;

4. Разработка алгоритма оценки параметров сигнала с ортогональным частотным уплотнением (ОЧУ), оптимального по критерию максимума правдоподобия.

Методы исследования базируются на общих методах системного анализа, в частности на использовании теории вероятностей, математической статистики, случайных процессов, оптимального приема, численного и имитационного моделирования.

Научная новизна диссертации:

1. Разработан алгоритм прерывистой передачи данных для систем передачи и обработки информации в каналах с замираниями, эффективный по критерию минимума вероятности ошибочного приема.

2. Предложен алгоритм прерывистой передачи данных для систем с ОЧУС, эффективный по критерию минимума вероятности ошибочного приема.

3. На основе системного анализа показано преимущество в помехоустойчивости для систем комплексирования прерывистой передачи данных с разнесенным приемом перед системами одной прерывистой передачи.

4. Показано преимущество в помехоустойчивости и спектральной эффективности при комплексировании прерывистой передачи данных с разнесенным приемом при объединении ветвей разнесения по алгоритму оптимального сложения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Эффективный алгоритм прерывистой передачи данных для систем передачи и обработки информации в каналах с замираниями;

2. Алгоритм оценки параметров сигнала с ОЧУ, оптимальный по критерию максимума правдоподобия;

3. Результаты анализа рабочих характеристик когерентного приема при

прерывистой передаче данных;

4. Эффективный алгоритм прерывистой передачи данных для систем с

ОЧУС;

5. Результаты вероятностного анализа когерентного приема при комплек-сировании прерывистой передачи данных с разнесенным приемом;

6. Сравнительные характеристики помехоустойчивости и спектральной эффективности при комплексировании прерывистой передачи данных с разнесенным приемом.

Личный вклад автора

Основные результаты, выводы и рекомендации, приведенные в диссертации, получены автором лично.

Практическая значимость работы:

1. В диссертации разработан алгоритм прерывистой передачи данных. Алгоритм позволяет повысить помехоустойчивость и дальность связи, либо при сохранении указанных параметров снизить мощность излучения передатчика. Например, в канале с замираниями огибающей сигнала с распределением Накагами, с параметром замираний т = 0,7, при прерывистой передаче вероятность ошибки достигает 10~3 при среднем значении ОСШ 10 дБ, в то время как без применения прерывистой передачи только при 37 дБ.

2. Разработан алгоритм прерывистой передачи данных для систем с ОЧУС. Алгоритм применим в существующих и перспективных системах передачи данных с ОЧУС (например, стандартов IEEE 802.16 и 802.11).

3. Комплексирование прерывистой передачи данных с разнесенным приемом позволяет помимо увеличения помехоустойчивости повысить спектральную эффективность передаваемых данных. Например, при четырехкратном разнесенном приеме выигрыш в спектральной эффектив-

ности достигает 2,3 раза в сравнении с одиночным приемом.

4. Разработаны имитационные модели, позволяющие рассчитать выигрыш от использования прерывистой передачи данных, комплексирования прерывистой передачи с ОЧУС, с разнесенным приемом/передачей.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. ЬХ1У Научная сессия, посвящённая Дню радио. - М.: 2009.

2. 12-я Международная научно-техническая конференция «Цифровая обработка сигналов и ее применение». - М.: 2010.

3. 53-я Всероссийская научная конференция МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук». - М.: 2010.

4. 63-я Международная студенческая научная конференция в Санкт-Петербургском государственном университете аэрокосмического приборостроения. - С-Пб.: 2010.

5. 13-я Международная научно-техническая конференции «Цифровая обработка сигналов и ее применение». - М.: 2011.

6. ЬХУ1 Научная сессия, посвящённая Дню радио. - М.: 2011.

7. IX Международная научная конференция ПТСПИ-2011. - Владимир-Суздаль: 2011.

8. 64-я Международная студенческая научная конференция в Санкт-Петербургском государственном университете аэрокосмического приборостроения. - С-Пб.: 2011.

Внедрение результатов диссертации:

1. Результаты диссертации использованы в НИР [58], что подтверждено актом о внедрении.

2. Результаты диссертации использованы в НИР в рамках проекта РФФИ 11-07-00697а, что подтверждено актом о внедрении.

3. Результаты диссертации использованы в НИР в ОАО «Концерн «Созвездие», что подтверждено актом о внедрении.

4. Результаты диссертации внедрены в учебный процесс на кафедре «Автономные информационные и управляющие системы» МГТУ им. Н.Э. Баумана, что подтверждено актом о внедрении.

5. Результаты диссертации внедрены в учебный процесс в Санкт-Петербургском государственном университете аэрокосмического приборостроения, что подтверждено актом о внедрении.

6. Результаты диссертации внедрены в учебный процесс в Институте криптографии, связи и информатики (ИКСИ) Академии ФСБ РФ.

7. Результаты диссертации опубликованы в учебных пособиях [13], [56] и [57], что подтверждено актом о внедрении.

Публикации

Результаты диссертации опубликованы в 3 статьях по перечню ВАК, 3 учебных пособиях, представлены в 5 тезисах докладов на международных конференциях, 3 тезисах докладов на всероссийских конференциях.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (63 наименования), трех приложений и изложена на 139 страницах, включая 51 рисунок.

1. Системы с ОЧУС. Оценка параметров сигналов с ОЧУ

1.1. Постановка задачи

В последнее время наблюдается бурное развитие систем на основе ортогонального частотного уплотнения сигналов (ОЧУС) как ведущей технологии в высокоскоростных системах передачи данных. Это происходит, поскольку применение технологии делает возможной высокоскоростную передачу данных и препятствует межсимвольной интерференции (МСИ), появляющейся в канале с замираниями.

С другой стороны, использование систем на основе ОЧУС с большим количеством поднесущих имеет недостатки. Главный из них заключается в высокой чувствительности к синхронизации рассогласований между гетеродинами передатчика и приемника [30]. В частности, некорректная временная синхронизация может привести к интерференции между соседними символами и стать причиной резкого ухудшения характеристик системы передачи данных. Кроме того, сдвиг несущей частоты приводит к снижению амплитуды полезного сигнала и способствует возникновению интерференции между смежными поднесущими.

Кроме того, ОЧУС-системы, имея отличную от систем с единственной несущей структуру, располагают иными ресурсами, и к ним предъявляются другие требования. Так, например, вследствие большей длительности символа и наличия защитного интервала, они имеют меньшую чувствительность к ошибкам временной синхронизации. Требования, предъявляемые к частотной синхронизации, напротив, являются более жесткими из-за узости полосы, занимаемой каждой из поднесущих. Вместе с тем структура ОЧУС-систем позволяет использовать новые методы осуществления синхронизации, недо-

ступные для систем с одной несущей.

1.2. Принципы формирования систем с ортогональным частотным уплотнением сигналов

Ортогональное частотное уплотнение сигналов (ОЧУС, англ. - Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)) представляет собой специальный случай одновременной передачи потока цифровых данных по многим частотным каналам (со многими несущими или поднесущими колебаниями). Данная технология передачи в настоящее время рассматривается как одна из наиболее перспективных для построения широкополосных систем цифровой радиосвязи по многолучевым каналам, обеспечивающая достаточно высокую спектральную эффективность этих систем. Одним из привлекательных свойств данной технологии считается относительно высокая устойчивость по отношению к частотно-селективным замираниям и узкополосным помехам. В системах с одним несущим колебанием замирание на данной частоте или узкополосная помеха, попадающая на эту частоту, могут полностью прервать передачу данных. В многочастотных системах в аналогичных условиях оказывается подавленной лишь незначительная часть поднесущих колебаний. Помехоустойчивое кодирование может обеспечить восстановление данных, потерянных на подавленных поднесущих [13].

При ОЧУС высокоскоростной поток данных разбивается на большое число низкоскоростных потоков, каждый их которых передается в своем частотном канале (на своей поднесущей частоте), таким образом, в частотных каналах длительность канальных символов может быть выбрана достаточно большой, значительно превышающей время расширения задержки сигнала в канале. Следовательно, межсимвольная интерференция (МСИ) в каждом частотном канале поражает лишь незначительную часть канального символа,

которую можно исключить из последующей обработки в приемнике за счет введения временного защитного интервала (ЗИ) между соседними канальными символами при контролируемом снижении скорости передачи.

Высокая спектральная эффективность обеспечивается достаточно близким расположением частот соседних поднесущих колебаний, которые генерируются совместно так, чтобы сигналы всех поднесущих были ортогональны [37,38]. Это достигается благодаря использованию дискретного преобразования Фурье (ДПФ) [31], которое может быть эффективно выполнено с применением алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ) [28]. Следует отметить, что такое преобразование используется в приемнике данной системы передачи при демодуляции принимаемого сигнала. Благодаря этому абонентское оборудование оказывается сравнительно простым, поскольку исключается необходимость использования наборов генераторов гармонических поднесущих колебаний и когерентных демодуляторов, которые необходимы при обычном частотном разделении каналов.

Концепция использования параллельной передачи данных и частотного разделения с мультиплексированием была предложена в середине 1960-х гг. [32]. Особенность ее, в отличие от классического способа частотного разделения каналов, состояла в том, что использовались существенно перекрывающиеся частотные каналы, в каждом из которых предлагалось организовать цифровую передачу с длительностями элементарных символов Т при частотном разнесении соседних каналов на интервал А/ = 1 /Т. Сигналы в разных каналах оказываются ортогональными, так что межканальные помехи отсутствуют. Правда, ортогональность между сигналами возможна только в том случае, если между частотами поднесущих гармонических колебаний имеет место математически точное соотношение. Например, если на интервале Т укладывается целое число полупериодов каждой используемой

поднесущей [13]

fk = fo + f = 0,1,...,N-1, (1.1)

где /о частота низшей поднесущей.

Технология ОЧУС в настоящее время используется в широкополосных цифровых системах передачи данных подвижным абонентам, высокоскоростных цифровых линиях передачи со скоростями от 1, 6 до 100 Мбит/с, в цифровом радиовещании и телевидении [14]. Основными достоинствами ОЧУС считаются следующие [32]:

- в относительно медленно изменяющихся во времени каналах, в которых характеристики канала можно считать постоянными на интервале времени передачи одного блока данных, позволяет значительно увеличить пропускную способность посредством адаптации скорости передачи на каждой поднесущей в соответствии со значением отношения сигнал/помеха в этом частотном канале (при больших значениях отношения можно увеличивать число бит, переносимых одним элементарным символом);

- при фиксированном значении расширения задержки сложность реализации значительно ниже сложности аналогичных систем с одним несущим колебанием с эквалайзером;

- возможность использования в сетях с одним несущим колебанием, что особенно удобно для радио- и телевещания.

С другой стороны, данной технологии присущи и некоторые недостатки [32]:

- высокая чувствительность к смещению частоты и флуктуациям фазы принимаемого сигнала относительно опорного гармонического колебания приемника;

- относительно высокое значение отношения пиковой мощности радиосигнала к ее среднему значению, что заметно снижает энергетическую эффективность радиопередатчиков [57].

1.3. Имитационное моделирование систем передачи данных на основе ОЧУС

В данном разделе описывается имитационное моделирование системы передачи цифровой информации на основе технологии ОЧУС. Моделирование выполнено, в пакете прикладных программ MATLAB.

В качестве примера системы был выбран стандарт DVB (Digital Video Broadcasting) Европейской системы наземного цифрового телевидения. Модель состоит из трех блоков: передатчик (рис. 1.1), канал связи (рис. 1.3) и приемник (рис. 1.2).

V

Источник информации

Сопоставление

Добавление. . пилот« 'сигналов

Балансный модулятор-,

-S-

Рис. 1.1. Схема имитационной модели передатчика OFDM

\1/

[ ДЙ МОД/ЛРТОр

! М Удаление[К

р ы ь,

Рис. 1.2. Схема имитационной модели приемника OFDM

V

Из предатчика

V

Рис. 1.3. Схема имитационной модели канала связи

Формирование ОЧУ-сигнала происходит по описанной выше схеме с применением алгоритма БПФ. Высокоскоростной цифровой поток, поступающий от источника информации, разделяется на N низкоскоростных потоков (А/" - число поднесущих в системе). Расмотрим г-ый поток (г = 1... ЛГ). Каждым последовательно приходящим битам информации [М{ - спектраль-

ная эффективность модуляции на г-ой поднесущей) ставится в соответствие комплексный коэффициент а^ + гЩ , заданный по известному правилу.

Таким образом, получается массив из N комплексных чисел. Этот массив подвергается ОБПФ (рис. 1.4 а). Массив комплексных чисел на выходе ОБПФ представляет собой дискретный ОЧУ-сигнал на длительности одного символа (рис. 1.4 б). Перед ОБПФ при необходимости происходит добавление пилот-сигналов - сигналов с заведомо известными на приемной стороне параметрами (амплитуда, частота и начальная фаза). Далее происходит добавление защитного интервала (ЗИ) (рис. 1.4 в). Защитный интервал представляет собой часть ОЧУ-символа, добавленную перед его началом. Добавление ЗИ позволяет избежать потери ортогональности поднесущих на приемной стороне за счет влияния многолучевости в канале. Сам ЗИ не несет полезной информации и на приемной стороне удаляется. Размер ЗИ выбирается большим, чем длительность замираний в канале, и составляет обычно 1/16, 1/8, 1/4 от длительности символа.

Далее полученный дискретный сигнал подвергается цифро-аналоговому преобразованию (ЦАП) (рис. 1.4 г - осциллограммы реальной и мнимой частей ОЧУ-сигнала на выходе ЦАП), при помощи баллансного модулятора переносится на несущую частоту (рис. 1.4 д - осциллограмма и модуль спектральной плотности мощности (СПМ) высокочастотного ОЧУ-сигнала на выходе из передатчика) и излучается в канал связи.

В модели канала связи имитируется прохождение ОЧУ-сигнала на промежуточной частоте через канал с многолучевым распространением, канал с АБГШ, канал с нелинейными искажениями.

На приемной стороне происходят операции, аналогичные операциям на передающей. Исключение составляют блоки «Оценка канала» и «Эквалайзер». В блоке «Оценка канала» происходит оценка параметров принятых пилот-сигналов (значения их амплитуд и начальных фаз). Эти значения пе-

Л)

Рис. 1.4. Формирование ОЧУ-сигнала. (а - разделение высокоскоростного потока данных на низкоскоростные, сопоставление значениям бит каждого потока комплексного коэффициента а^ + Щ , ОБПФ; б - массивы реальной и мнимой составляющих комплексных коэффициентов на выходе ОБПФ; в - добавление к ОЧУ-символу ЗИ; г - ОЧУ-символ на выходе ЦАП; д - осциллограмма и модуль спектральной плотности мощности (СПМ) высокочастотного ОЧУ-сигнала на выходе передатчика)

редаются в эквалайзер - адаптивный фильтр, импульсная характеристика которого обратна характеристике канала связи. Информацию о характеристике канала эквалайзер получает, сравнивая значения параметров принятых

пилот-сигналов с эталонными значениями, заранее известными на приемной стороне. При прохождении через эквалайзер, в принятом сигнале корректируются амплитуды и начальные фазы сигналов на каждой из поднесущих, тем самым в значительной степени устраняется влияние многолучевости. Процесс «выравнивания» спектра в эквалайзере изображен на рис. 1.5.

Амгдаиудный спветр сиг«адя на входе эквалайзера

нИ1,1Ь„|11и,litn.it,1.1

1. I

Час'¡ста, Гц

Фаэо&нй сп*щ смнмю на входе зксада^ерл

, * ♦

[ т тх Ц г , ! 1 1 | « ^ * -хг1.| 1 1

Частота, Г'ц Ампй-.иудяыА сп«.*тр сигнала еы*од?

. ! ' .

:: • и

и_

о 1

" пС_

7 8

1 -,

-г-—р-р

! И [I

Рис. 1.5. Процесс «выравнивания» спектра в эквалайзере

Эквалайзер и пилот-сигналы эффективно работают лишь в каналах с неглубокими замираниями. В каналах с замираниями более 40 дБ значения пилот-сигналов будут искажаться настолько, что сравнение их с эталоном не будет приносить полезной информации.

На рис. 1.6 представлено изменение канала с многолучевостью во времени.

На рис. 1.7 сравнивается модуль СПМ ОЧУ-сигнала на выходе передатчика с модулем СПМ ОЧУ-сигнала на входе приемника после прохождения канала с многолучевостью. Параметры модели: Модуляция - 16(¿АМ, Промежуточная частота - Рпр = 60 МГц, Количество поднесущих - = 52, Ширина спектра сигнала - ГЬапй = Ю МГц, Длительность сигнала без защитного интервала - Ти = 5.2 мкс, Длительность защитного интервала -Тд = 1/4 • Ти, Длительность сигнала с защитным интервалом - Т3 = 6.5 мкс,

(*

НиФт;

Рис. 1.6. Изменение канала с многолучевостью во времени

Количество пилот-сигналов в одном кадре равно 4.

С'. -,. и ,ч -1 и д,- я С?ОМ шмм

(в Ш "<й »365 5558 Ой. ВШ а® 5К СХЗ 0»

ЧзешР\1

(жщт мм» т*т Ш он»»шт е атщтм

1 ) 1 I 1 : | ...............!..................¡. л- ,, ^ 1 1

I ■ 1 ; : ! IV .....................1.............._,

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Андрианов, Иван Михайлович

Общие выводы

Полученные и представленные в данной работе результаты расширяют возможности повышения эффективности систем передачи данных. Результаты и рекомендации могут быть использованы при расчете и построении систем передачи и обработки информации, в том числе систем радиоуправления, систем беспроводной передачи данных, наземных и спутниковых телекоммуникационных систем. В соответствии с целью диссертации и поставленными задачами получены следующие основные результаты.

1. Разработан алгоритм повышения помехоустойчивости систем передачи данных (ППД) в каналах с замираниями при применении прерывистой передачи данных, оптимальный по критерию минимизации вероятности ошибки. Например, в канале с замираниями огибающей сигнала с распределением Накагами, с параметром замираний т — 0,7, при прерывистой передачи данных вероятность ошибки достигает 10~3 при среднем значении ОСШ 10 дБ, в то время как без применения прерывистой передачи только при 37 дБ.

2. Найдено оптимальное значение уровня порога при прерывистой передаче данных в канале с замираниями с распределением Рэлея и Накагами, при постоянной мощности передатчика.

3. Разработан алгоритм повышения помехоустойчивости систем передачи данных при комплексировании прерывистой передачи данных и ОЧУС в каналах с замираниями, оптимальный по критерию минимизации вероятности ошибки.

4. Предложено и исследовано комплексирование алгоритмов прерывистой передачи данных с разнесенным приемом (РП) при различном объединении ветвей разнесения на предмет влияния на помехоустойчивость, в каналах с замираниями. Например, при комплексировании ППД с

РП при объединении ветвей разнесения по алгоритму автовыбора при М = 4 вероятность ошибки достигает Ю-7 при среднем значении ОСШ 13 дБ, в то время как при РП без ППД только при 25 дБ.

5. Получены оценки параметров сигнала с ОЧУ, оптимальные по критерию максимального правдоподобия.

6. Найдено оптимальное значение уровня порога при комплексировании прерывистой передаче данных с разнесенным приемом при оптимальном сложении ветвей разнесения, в канале с замираниями с распределением Накагами, при постоянной мощности передатчика.

7. Установлено, что при комплексировании прерывистой передачи данных и разнесенного приема с оптимальным сложением ветвей разнесения коэффициент использования радиолинии г] (при возрастании М) увеличивается быстрее, чем при указанном комплексировании с автовыбором.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Андрианов, Иван Михайлович, 2012 год

Список литературы

1. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. 2-е изд. пер. и доп. — М.: Советское радио, 1966. — 678 с.

2. Андронов И.С., Финк Л.М. Передача дискретных сообщений по параллельным каналам. — М.: Советское радио, 1971. — 406 с.

3. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. - М.: Сов. радио, 1963. - 576 с.

4. Справочник по специальным функциям / Под ред. М. Абрамовича, И. Стиган. - М.: Наука, 1979. - 832 с.

5. Зюко, А.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. - М.: Свя-зьиздат, 1963. - 320 с.

6. Кловский Д.Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам. -М.: Связь, 1969. - 376 с.

7. Дальняя тропосферная связь / И.А. Гусятинский [и др.] - М.: Связь, 1968. - 248 с.

8. Киселев И.Г., Андрианов М.Н. О повышении помехозащищенности передачи дискретных сообщений в каналах с замираниями // Мобильные системы. - 2007. - № 4. - С. 13-16.

9. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963. - 1100 с.

10. Прудников А.П., Брычков Ю.А., Маричев О.И. Интегралы и ряды. Дополнительные главы. - М.: Наука, 1986. - 800 с.

11. Свириденко С.С. Основы синхронизации при приеме дискретных сигналов. - М.: Связь, 1974. - 144 с.

12. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1998. - 239 с.

13. Тихонов В.И., Шахтарин Б.И., Сизых В.В. Случайные процессы. Примеры и задачи. - М.: Горячая линия-Телеком, 2009. - Т.5. - 400 с.

14. Широкополосные беспроводные сети передачи информации / В.М.Вишневский [и др.] - М.: Техносфера, 2005. - 592 с.

15. Заездный A.M. Основы расчетов по статистической радиотехнике. Издание 2-е. - М.: Связь, 1981. - 448 с.

16. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. - М.: Наука, 1986. - 544 с.

17. Фалько А.И., Носов В.И. Адаптивный разнесенный прием сигналов OFDM // Радиотехника, 2011. - № 11. - С. 13-19.

18. Быховский М.А. Круги памяти: очерки истории развития радиосвязи и вещания в XX столетии. - М.: Информ.-техн. центр "Мобильные коммуникации", 2001. - 223 с. - (История электросвязи и радиотехники; Вып.1).

19. Окунев Ю.Б. Теория фазоразностной модуляции. - М.: Связь, 1979. -215 с.

20. Пономарев Г.А., Куликов А,М. Распространение УКВ в городе. - Томск: МП «Раско», 1991. - 222 с.

21. Комарович В.Ф., Сосунов В.Н. Случайные радиопомехи и надежность KB связи. - М.: Связь, 1977. - 136 с.

22. Прокис Дж. Цифровая связь. - М.: Радио и связь, 2000. - 800 с.

23. Скляр Б. Цифровая связь. - М.: Вильяме, 2003. - 1104 с.

24. Уильям К. Ли. Техника подвижных систем связи. - М.: Радио и связь, 1985. - 392 с.

25. Связь с подвижными объектами в диапазоне СВЧ. / Под ред. У.К. Джейкса: пер. с англ. / Под ред. М.С. Ярлыкова, М.В. Чернякова. - М.: Связь, 1979. - 520 с.

26. Стейн С. и Джонс Дж. Принципы современной теории связи и их применение к передачи дискретных сообщений. - М.: Связь, 1971. - 376 с.

27. Феер К. Беспроводная цифровая связь: пер. с англ. / Под ред. В.И. Журавлева. - М.: Радио и связь, 2000. - 520 с.

28. Рабинер Л., Голд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов.

- М.: Мир, 1978. - 848 с.

29. Ergen М. Mobile Broadband. Including WiMAX and LTE. - Berkeley, USA, 2009. - 513 p.

30. Fusco T. Synchronization technics for OFDM systems: Dissertation Degree.

- Naples, Italy, 2004-2005. - 119 p.

31. Weinstein S.B., Ebert P.M. Data Transmission by Frequency Division Multiplexing Using the Discrete Fourier Transform // IEEE Trans. Comm. -1971. - Vol. COM-19, № 5. - P. 628-634.

32. van Nee R., Prasad R. OFDM in wireless multimedia communications. -L.: Artech House, 2000. - 260 p.

33. IEEE Std. IEEE 802.16-2004 (Revision of IEEE Std. IEEE 802.16-2001): IEEE Standard for Local and metropolitan area networks. - New York, NY, USA, 2004. - Part 16. - 857 p.

34. Keller T., Hanzo L. Orthogonal Frequency Division Multiplex Synchronization Techniques for Wireless Local Area Networks // Proceedings of the International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC'96). - Taipei, Taiwan, 1996. - P. 963-967.

35. Moose P. A technique for orthogonal frequency-division multiplexing frequency offset correction // IEEE Trans. Comm. - 1994. - Vol.42. -P. 2908-2914.

36. Van de Beek J.J., Sandell M., Borjesson P.O. ML Estimation of Timing and Frequency Offset in OFDM Systems // IEEE Trans, on Sign. Proc. - 1997. -Vol. 45. № 7. - P. 1800-1805.

37. Bahai A.R., Saltzberg B.R. Multi-Carrier Digital Communications. Theory and Applications of OFDM. - New York, NY, USA: Kluwer Academic Publishers, - 1999. - 216 p.

38. Fechtel S.A., Blaickner A. Efficient FFT and Equalizer Implementation for OFDM Receivers // IEEE Trans, on Cons. Electronics. - 1999. - Vol.45. -№ 4. - P. 1104-1107.

39. Mtiller S. On the Optimality of Metrics for Coarse Frame Synchronization in OFDM // Proceedings of the International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC'98). - Boston, USA, 1998. -P. 100-125.

40. Oh J.S., Chung Y.M., Lee S.U. A carrier synchronization technique for OFDM

on the frequency-selective fading environment // VTC: Conf. Rec. - 1996. -P. 1574-1578.

41. Pollet T., Bladel M.V., Moeneclaey M. BER sensitivity of OFDM systems to carrier frequency offset and wiener phase noise // IEEE Trans. Comm. -1995. Vol.43. - P. 191-193.

42. Prasad R. OFDM for Wireless Communications Systems. - L.: Artech House, 2004. - 280 p.

43. Roh H., Cheun K., Park J. An MMSE fine carrier frequency synchronization algorithm for OFDM systems // IEEE Trans. Consumer Electron., 1997. -Vol.43. - P. 761-766.

44. Santella G. A frequency and symbol synchronization system for OFDM signals: Architecture and simulation results // IEEE Trans. Comm., 2000. - Vol.49. - P. 254-275.

45. Schmidl T.M. Cox D.C. Robust Frequency and Timing Synchronization for OFDM // IEEE Trans. Comm., 1997. - Vol.45. - P. 1613-1621.

46. Speth M., Classen F., Meyr H. Frame synchronization of OFDM systems in frequency selective fading channels //In Proceedings of the Vehicular Technology Conference (VTC'97). - Phoenix, Arizona, USA, 1997. - P. 18071811.

47. Kang K.H., Ann J.F., LeeH.R. Decision-directed maximum-likelihood estimation of OFDM frame synchronization offset // Electronics letters. -1994. - Vol.30, № 25. - P. 2787-2795.

48. Zhang H.R., Xia X.F., Cimini L.K. Synchronization Techniques and Guard-Band-Configuration Scheme for Single-Antenna Vector-OFDM Systems // IEEE Trans, on Wireless comm. - 2005. - Vol.4, № 5. - P. 321-335.

49. Zhou H.A., Huang Y.R. Fine Timing Synchronization Using Power Delay Profile for OFDM Systems // IEEE Trans. Comm. - 2005. - Vol.21. - P. 12341245.

50. Coulson A.F. Maximum Likelihood Synchronization for OFDM Using a Pilot Symbol // IEEE journal on selected areas in commun. - 2001. - Vol.19, № 12.

- P. 1665-1675.

51. Cheng M.G., Chou C.D. Maximum-Likelihood Estimation of Frequency and Time Offsets in OFDM Systems With Multiple Sets of Identical Data // IEEE Trans, on signal proc. - 2006. - Vol.54, № 7. - P. 2786-2792.

52. Pantos G.D. A Numerical Technique for Blind Estimation of Carrier Frequency Offset in OFDM Systems // IEEE Trans, on broadcasting. - 2006. -Vol.52, № 4. - P. 2979-2982.

53. Hanzo L., Wong C.H. Adaptive wireless tranceivers. - L.: Willey, 2002. -721 p.

54. Андрианов И.М. Повышение спектральной эффективности систем связи с ортогональным частотным уплотнением в каналах со случайными параметрами // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Приборостроение. - 2010.

- № 4. - С. 70-77.

55. Шахтарин Б.И., Андрианов М.Н., Андрианов И.М. Применение прерывистой связи в каналах со случайными параметрами для передачи узкополосных сигналов и сигналов с ортогональным частотным разделением // Радиотехника и электроника. - 2009. - Т.54, № 10. - С. 1237-1244.

56. Основы моделирования случайных процессов. Лабораторный практикум. / И.М. Андрианов [и др.] - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. -4.1. -77 с.

57. Синхронизация в радиосвязи и навигации: Учебн. пособие / Б.И. Шахта-рин [и др.] - М.: Горячая линия-Телеком, 2011. - 278 с.

58. Исследование алгоритмов синхронизации в системах связи: Научно-технический отчет о НИР «Фундаментальные проблемы создания АУИС». Шифр «КЕДР-5». / НИИ СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана. Рук. темы Шахтарин Б.И. Исп. Андрианов И.М. [и др.]: ГР 012-009-648-25.

- М.: 2010. - Раздел 2.4. - 246 с.

59. Андрианов И.М., Себекин Ю.Н., Шахтарин Б.И. Исследование методов повышения помехоустойчивости в системах с ортогональным частотным разделением сигналов // Труды РНТОРЭС им. A.C. Попова. - М. 2009.

- Вып. № 64. - С. 274-275.

60. Андрианов И.М. Анализ эффективности систем связи с ортогональным частотным уплотнением в каналах со случайными параметрами // Цифровая обработка сигналов и ее применение: Тез. докл. 12-й Междунар. научно-технической конф. - М.: 2010. - С. 63-64.

61. Андрианов И.М. Влияние алгоритмов синхронизации на эффективность систем связи с ортогональным частотным уплотнением в каналах со случайными параметрами // Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук: Труды 53-й Всерос. научной конф. МФТИ. - Долгопрудный: 2010. - 4.1, Т.2 - С. 66-67.

62. Андрианов И.М. Анализ точности синхронизации систем связи в каналах с замираниями // Цифровая обработка сигналов и ее применение: Тез. докл. 13-й Междунар. научно-технической конф. - М.: 2011. - С. 17-19.

63. Андрианов И.М. Синхронизация сигналов в системах связи в каналах с замираниями по закону Накагами // Труды РНТОРЭС им. A.C. Попова.

- М.: 2011. - Вып. № 66. - С. 162-164.

Приложение 1. Вычисление порогового уровня через уровень мощности сигнала

На странице 48 было отмечено, что на практике затруднительным оказывается вычислить значение ОСШ на входе приемника, и целесообразно определять уровень огибающей сигнала \с1\.

Так как прием сигналов в рассматриваемых системах передачи информации происходит при высоком значении ОСШ (более 8 дБ), то при этих условиях, целесообразно осуществлять включение/выключение передатчика не по сравнению текущего значения ОСШ 7 с, уровнем порога 7^ а, сравнивая уровень мощности сигнала с пороговым уровнем мощности. При этом мощность сигнала будет определяться через измеренное значение смеси оги-

* п Т> (Цс+Цщ)2

бающей сигнала и шума _гсш = -—^— •

Определим погрешность измерения первого способа относительно второго в зависимости от текущего значения ОСШ на входе приемника. Зададимся уровнем мощности шума, равным 1 (0 дБ), а значения уровня мощности сигнала будут варьироваться (относительно уровня мощности шума) в пределах от 10~3 до 106 (от —30 до 60 дБ). В первом способе вычисленные значения ОСШ, выраженные в дБ, линейно изменяются от значения ОСШ на входе приемника (так как равны им)

где ис - уровень огибающей сигнала; Рт - мощность шума на входе приемника; БN11 - значение ОСШ на входе приемника; Б N1^1 - измененное значение ОСШ. Во втором способе вычисленные значения уровня мощности, выраженные в дБ, составят

(П.1.1)

Рсш = 10 ^

(С/с + ишу

= 1016

и? + VI + 2 исиш

(П.1.2)

где Рсш - измеренный уровень мощности смеси сигнала с шумом; IIт -уровень шума. Поскольку уровень мощности шума, равен 1 (0 дБ), то выражение П. 1.2 можно переписать как

Рп

1016

VI + и1 + 2 исик

2 Рт

= 10^(1+ + = (П.1.3)

Зависимости значений ЯЛТЯх и 5от представлены на рис. П. 1.1, а погрешность измерения второго способа относительно первого на рис. П. 1.2.

дБ

........-...............

--------50

..................................'40

30

- 20 1

БОТ 7 , *»" * ОТ

30 20 10 0 0 :0 Ю ■0 ¡0 <

....................-......---то

^^^ | ........................--20 —...........—30

Рис. П.1.1. Зависимости значений и от ЗТУД

Полученные зависимости показывают, что относительная погрешность измерения, например, при уровне ОСИ! 8 дБ равна 2 (2, 91 дБ).

Д =SNR_2-SNR_1, дБ

Рис. П.1.2. Погрешность измерения второго способа (SNR2) относительно первого (SNRi)

Поэтому для измерения уровня огибающей сигнала целесообразно выполнить согласованную фильтрацию сигнала после демодулятора, что эквивалентно накоплению выходного сигнала. Полоса согласованного фильтра А/Сф должна быть меньше полосы сигнала Д/с, но при этом больше частоты замираний сигнала /зам в канале связи, учитывая при этом, что частота замираний в канале с распределением Рэлея составляет примерно /зам = 50 Гц.

Например, если при скорости передачи данных 10 Мбит/с, и полосе сигнала А/с = 10 МГц, уровень огибающей сигнала измерять на выходе согласованного фильтра с полосой /сф = 1 кГц (время накопления смеси сигнала с шумом 1 мс), то уровень ОСШ в данном случае составит не 8 дБ, а 48 дБ, и, соответственно, относительная погрешность измерения составит 1, 008 (0,035 дБ).

Приложение 2. Плотности вероятности распределения ОСШ в канале с замираниями по закону обобщенного Рэлея

В канале с обобщенным Рэлеем при приближении к 70 (ОСШ для регулярной составляющей сигнала к среднему ОСШ)

Л =

1

70 -1а

■ ехр

7 +7а \ г р • У7 • 1а 70 -1а) 0 V 70 - 7а ,

(П.2.1)

значение аргумента в экспоненте и модифицированной функции Бесселя неограниченно возрастают. Поэтому [4]

_ ехр г

ехр г

1

(¿¿-1)0^-3) (1Л- 1)(/х-3)(/л-25)

--1--/о \2 от (о чЗ

82

\fbTz

-1 ^-^ОО

1 — 2^г=1

2!-(8г) оо Щ=1(2*-1)2

ехр г у/2ж-г

3!-(8г)"

+

тг^оо 2"Т(г+2 ~~ г!.(8г)4-7г

2"!

(П.2.2)

где /и — 4, и = 0. Предел

ию - 22Т(г + |) = г\ • (80) -тг

поэтому формула П.2.1 преобразуется в

А

70-7а

ехр

ехр

7+7а

70-

2-(7-7а)4

70—Га

•>/27Г-|(7о-7а)

ехр

7р ~7а У _

70—/а

(П.2.4)

Определив а2 = \ (70 — 1а), и произведя замену переменной получим

у/1 1

у/Та л/27Г • (72

ехр

с

(Ут->/%)'

2а2

(П.2.5)

или

г = /А 1 ех 1к V т ' х/2^2 ехр

При стремлении 70 к 7« функция в точке к = т, или 7 = 7а стремится к бесконечности, во всех других точках принимает нулевое значение, становится ¿-функцией.

(к — т)' 2а2

(П.2.6)

5 (7 - Та) =

оо при О при

7 = 1а

1^1 а

(П.2.7)

Приложение 3. Вывод формулы вероятности ошибочного приема в канале с обобщенным распределением Рэлея при непрерывной передаче

, Ч 1 Г , Л 1 ( 7 + 7а\ Г ,

Рпс (То) = т: ехр(с*7)-ехр--У0 - «7

УпсУШ; 2 У0 ^ ТО Та \ ТО "Та/ \T0-T а У

7а

1 е то-7а />°° , , / 7 --/ ехр(—сгу)ехр--

2 70 - 7а Уо V То-Та,

/0 (2^-) ¿7= (П.3.1)

V То-Та/

X е ТО-7а

2 То - Та Уо

-•оо

ехр

- а +

1

ТО - Та,

1

7о 2 V™

V То - Та/

Интеграл в (П.3.1) является табличным [9]

ехР(}?) Г(г/ + 1)

/ /—\ ^ V 2 е у

^ + 1)

М

I) • (п'3'2)

где М\>/Л(г) - функция Уиттекера, которую можно выразить как [9]

МА,м(г) = ехр Ф (V - А + 2М + 1; ^ , (П.3.3)

где Ф(£;т; А =1 ¿О " вырожденная гипергеометрическая функция.

Функция Уиттекера в (П.3.2) с учетом (П.3.3) составит [10]

1)*К

(П.3.4)

Принимая во внимание, что = ехр(^) [9], получим

^оо

I

а

7а

Подставляя (П.3.5) в (П.3.1), с учетом того, что (3 = (7о_7а)2 получим

(П.3.5)

и £ = сН—-—,

1ех;

Р(——) ехр(|)

2 70 - 7а С

^ ехр

70-7а

7а \ ехр

(7р~7а)

а+

1

70-7а

2 7о - 7а

а

ехр

7а

70-7а 7а

[1+а(7о-7а)](7о-7а) 70~7а

1 + а(7о - 7а) с*7 а

1 ехр

1+а(7о-7а)

2 1 + а(7о - 7а)

(П.3.6)

«УТВЕРЖДАЮ» Первый зам. Ген. директора ОАО «Концерн «Созвездие» «^-корреспондент РАН ^"^технических наук

.И.Борисов

2012г.

АКТ

о внедрении в НИОКР, проводимые в ОАО «Концерн «Созвездие», результатов диссертационной работы Андрианова Ивана Михайловича на

тему «Разработка алгоритмов повышения эффективности систем с ортогональным частотным уплотнением и прерывистой

передачей данных»

Комиссия в составе заместителя начальника научно-технического центра Романова С.К. и начальника отдела Рахманина Д.Н. под председательством начальника научно-технического центра Тихомирова Н.М. установила, что результаты диссертационной работы И.М. Андрианова, связанные с проведением синтеза эффективных алгоритмов повышения помехоустойчивости систем передачи данных по критерию минимизации вероятности ошибочного приема, использованы в проектно-конструкторской деятельности разрабатывающих подразделений ОАО «Концерн «Созвездие» при разработке перспективной техники.

При этом к числу основных научных результатов исследований Андрианова И.М., использованных на предприятии относятся следующие:

1. Алгоритм прерывистой передачи для систем передачи данных в каналах с замираниями;

2. Алгоритм оценки параметров сигнала в системах с ортогональным частотным уплотнением сигналов (ОЧУС), оптимальный по критерию максимума правдоподобия;

3. Аналитические зависимости вероятности ошибки когерентного приема при прерывистой передаче данных;

4. Алгоритм комплексирования прерывистой передачи данных и систем с ОЧУС;

5. Аналитические зависимости вероятности ошибки когерентного приема при комплексировании прерывистой передачи с разнесенным приемом;

6. Сравнительные характеристики помехоустойчивости и спектральной эффективности при комплексировании прерывистой передачи с разнесенным приемом при двух алгоритмах объединения ветвей разнесения.

Внедрение практических результатов диссертации Андрианова И.М. в опытно-конструкторские образцы систем передачи информации по темам «Кречет» и «Перспектива» позволило:

1. Повысить помехоустойчивость и дальность связи, либо при сохранении основных параметров снизить мощность излучения передатчика (В радиоканале с замираниями огибающей сигнала с распределением Накагами, с параметром замираний m = 0,7, при прерывистой передаче была достигнута вероятность ошибки 10~3 при среднем значении ОСШ 8 дБ, в то время как без применения прерывистой передачи только при 37 дБ);

2. Использовать алгоритм комплексирования прерывистой передачи данных с ОЧУС, который применим в существующих и перспективных системах передачи данных с ОЧУС (для стандартов IEEE 802.16 и 802.11);

3. Повысить спектральную эффективность передаваемых данных помимо увеличения помехоустойчивости (При четырехкратном разнесенном приеме достигнут выигрыш в спектральной эффективности более 2,3 раз в сравнении с одиночным приемом);

4. Рассчитать выигрыш в системах от использования прерывистой передачи данных, комплексирования прерывистой передачи данных с ОЧУС, с разнесенным приемом/передачей.

Председатель комиссии:

Начальник НТЦ, д.т.н.

Г ¿^

Члены комиссии:

Зам. начальника НТЦ, к.т.н. Начальник отдела, к.т.н.

^^ Романов С.К.

«УТВЕРЖДАЮ» ^^^Зям. липектопа ИРЭ РАН

АКТ

о внедрении в НИР, проводимую в Институте радиотехники и электроники

им. В.А. Котельникова Российской академии наук (ИРЭ РАН), результатов диссертационной работы Андрианова Ивана Михайловича на

тему «Разработка алгоритмов повышения эффективности систем с ортогональным частотным уплотнением и прерывистой

передачей данных»

Комиссия в составе д.т.н., в.н.с. Андреева Г.А., д.ф-м.н., гл.н.с. Пожидаева В.Н., к.т.н., н.с. Корбакова Д.А. установила, что результаты диссертационной работы Андрианова И.М., связанные с разработкой эффективных алгоритмов повышения помехоустойчивости систем передачи данных в каналах со случайными параметрами миллиметрового диапазона волн по критерию минимума вероятности ошибочного приема, использованы в рамках проекта РФФИ 11-07-00697-а «Разработка и имитационное моделирование телекоммуникационных систем высокоскоростной передачи данных по атмосферному радиоканалу на миллиметровых волнах в интегрированных цифровых системах связи».

При этом к числу основных научных результатов исследований Андрианова И.М., использованных в проекте, относятся следующие:

1. Алгоритм прерывистой передачи для систем передачи данных в каналах с замираниями миллиметрового диапазона радиоволн;

2. Аналитические зависимости вероятности ошибки когерентного приема при прерывистой передаче данных в каналах с логнормальными замираниями;

3. Алгоритм прерывистой передачи данных для систем с ОЧУС;

4. Имитационные модели систем передачи данных в каналах с различными типами замираний сигналов.

Использование практических результатов диссертации Андрианова И.М. в проекте РФФИ позволило:

1. Рассчитать помехоустойчивость и дальность связи в каналах миллиметрового диапазона радиоволн при различных типах замираний;

2. Использовать алгоритм прерывистой передачи данных в системах с ОЧУС для уменьшения динамического диапазона передаваемых сигналов;

3. Значительно повысить спектральную эффективность передаваемых денных при комплексировании прерывистой передачи с разнесенным приемом.

д.т.н., в.н.с.

д.ф-м.н., гл.н.с.

К.Т.Н., н.с.

Андреев Г.А.

Пожидаев В.Н.

Корбаков ДА.

«УТВЕРЖДАЮ»

Руководитель НУК СМ

МГТУ им. Н.Э.'Баумана

/

I/ х , -А

- / . В .В.,Зеленцов 1< »( Ils/Jisf' jz012 г\

Г г?S г, 1

Т /"\ с , ' ' ' / I

\ ^ \ / , ' и

\ 1 ' "I/ < J

\ ' ~ " 1......

/

АКТ

о внедрении в НИР кафедры антономных информационных и управляющих систем (СМ.-5) результатов диссертационной работы Андрианова И.М. «Разработка алгоритмов повышения эффективности систем с ортогональным частотным уплотнением и прерывистой передачей данных»

Комиссия в составе председателя - заведующего кафедрой СМ-5 д.т.н., проф. Борзова А.Б. и членов комиссии - к.т.н., доц. Лихоеденко К.П. и к.т.н., доц. Павлова ГЛ. подтверждает, что результаты диссертационной работы Андрианова И.М. использованы в НИР кафедры СМ-5

1. Исследование алгоритмов синхронизации в системах связи: Научно-технический отчет о НИР «Фундаментальные проблемы создания АУИС». Шифр «КЕДР-5». / НИИ СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана. Рук. темы Борзов А.Б., Исп.: Андрианов И.М. [и др.]: ГР№ 012-009-648-25. - М.: 2010.-Раздел 2.4. - 246 с.

Председатель комиссии:

А.Б. Борзов

К.П. Лихоеденко

ГЛ. Павлов

«УТВЕРЖДАЮ» Декан факультдаЩ

а И Н л

<

о внедрении в учебный процесс кафедры

автономных информационных и управляющих систем (СМ-5) результатов диссертационной работы Андрианова И.М.

«Разработка алгоритмов повышения эффективности систем с ортогональным частотным уплотнением и прерывистой передачей данных»

Комиссия в составе председателя - заведующего кафедрой СМ-5 д.т.н., проф. Борзова А.Б. и членов комиссии - к.т.н., доц. Лихоеденко К.П. и к.т.н., доц. Павлова Г.Л. подтверждает, что результаты диссертационной работы Андрианова И.М. использованы в учебном процессе кафедры СМ-5

1. В учебном пособии: Основы моделирования случайных процессов. Лабораторный практикум: Учеб. пособие. 4.1. / Шахтарин Б.И., Андрианов И.М., Иванов A.A. [и др.] - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. -77 с.

2. В учебном пособии: Синхронизация в радиосвязи и навигации: Учебн. пособие / Шахтарин Б.И., Сизых В.В., Сидоркина Ю.А., Андрианов И.М. [и др.] - М.: Горячая линия-Телеком, 2011. - 278 стр. (Глава 2. Синхронизация систем с ортогональным частотным разделением каналов.)

3. В учебном пособии: Случайные процессы. Примеры и задачи. Т.5. Оценка сигналов, их параметров и спектров. Основы теории информации: Учеб. пособие для вузов / Тихонов В.И., Шахтарин Б.И., Сизых B.B. - М.: Горячая линия-Телеком, 2009. - 400 стр. (Приложение 10. Системы с ортогональным частотным уплотнением сигналов.)

Председатель комиссии:

Члены комиссии:

Заведующий кафедрой С] д.т.н., проф.

к.т.н., доц.

К.П. Лихоеденко

А.Б. Борзов

Г.Л. Павлов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения»

ул. Большая Морская, д. 67, лит. А, Санкт-Петербург, 190000, Тел. [phone], факс [phone], E-mail: [e-mail] ОГРН 1027810232680, ИНН/КПП 7812003110/783801001

№ "V&^o/VCb СХУ На №

<г

«Утверждаю»

.„,........Первый проректор ГУАП

доктор техн. наук, профессор Заслуженный деятель науки РФ

В. И. Хименко

Акт -

о внедрении результатов диссертационной работы Андрианова Ивана Михайловича в учебный процесс Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения

Комиссия факультета вычислительных систем и программирования ГУАП в составе декана факультета д.т.н. проф. Шепеты А. П., профессора кафедры компьютерной математики и программирования д.т.н. Охтилева М. Ю. и доцента той же кафедры к.т.н. Матьяша В. А., рассмотрев материалы диссертационной работы Андрианова И. М. подтверждает, что отдельные результаты этой работы успешно используются в учебном процессе кафедры компьютерной математики и программирования ГУАП. Так, в частности:

- алгоритм прерывистой передачи данных для систем информационного обмена в каналах с замираниями;

- алгоритмы оценивания параметров сигналов в системах с ортогональным частотным уплотнением;

— методы анализа рабочих характеристик когерентного приема при прерывистой передаче данных;

— методы вероятностного анализа когерентного приема при комплексировании прерывистой передачи данных с разнесенным приемом,

позволяют выполнять исследования систем передачи, приема и обработки информации в условиях сложной помеховой обстановки, позволяют оценивать эффективность алгоритмов и определять потенциальные возможности систем прерывистой передачи данных.

Эти результаты используются при реализации образовательных программ магистерской подготовки по направлениям «Информатика и вычислительная техника», «Автоматизация и управление», «Системный анализ и управление».

Декан факультета д.т.н. проф.

Профессор, д.т.н.

Доцент, к.т.н.

A. П. Шепета М. Ю. Охтилев

B. А. Матьяш