Развитие вычислительных методов определения частотной характеристики радиоканала

• Автор: Карпов, Иван Владимирович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1.АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИОКАНАЛА
1Л. Задача определения частотных характеристик
1.2. Особенности современных встраиваемых систем
1.3. Методы определения частотных характеристик на основе цифровой
обработки сигналов
Выводы по главе 1:
ГЛАВА 2.МЕТО ДИКИ И АЛГОРИТМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИОКАНАЛОВ
2.1 Расчёт АЧХ с использованием преобразования Фурье и Гильберта
2.2 Цифровой метод компенсации динамических искажений при расчёте амплитудно-частотной характеристики
2.3 Особенности расчёта КПХ с использованием линейчатого спектра
2.4 Разработка быстрого алгоритма расчёта ККП для реализации средствами ПЛИС
2.5 Корреляционный алгоритм синхронизации
2.6 Синтез испытательного сигнала на основе линейчатого спектра
2.7 Особенности расчёта КПХ и восстановления спектра сигнала для их реализации средствами ПЛИС
Выводы по главе 2:
3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДИК АНАЛИЗА ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КАНАЛА СВЯЗИ, А ТАКЖЕ ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ В
ПРОМЫШЛЕННОСТИ И УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
3.1 Моделирование методики определения частотной характеристики с использованием качающейся частоты
3.2. Моделирование методики определения частотной характеристики с использованием линейчатого спектра
3.3. Сравнительные характеристики методик
3.4. Реализация методики определения КПХ в цифровом OFDM модеме
3.5. Моделирование методики расчёта КПХ и восстановления спектра для реализации на языке описания аппаратуры
3.6. Реализация цифрового измерителя АЧХ
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Введение.
Актуальность темы
Современная радиоэлектронная аппаратура (РЭА) становится все более интеллектуальной, она содержит встроенные микропроцессорные и вычислительные средства для решения задач самоконтроля, самодиагностики и обработки радиосигналов. Встроенные интеллектуальные системы реализуют не только функции цифровой обработки сигналов, но также функции адаптивного управления РЭА с учетом состояния радиоканала передачи данных. Для этого применяются специализированные алгоритмы и программные средства, позволяющие осуществлять оценку характеристик радиоканала в режиме реального времени.
Современные быстродействующие микроконтроллеры (МК) и программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) с наименьшими аппаратными затратами обеспечивают высокое качество, точность и достоверность получаемой информации. Совершенствуются технологии цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования, позволяя работать с цифровыми сигналами высокой разрядности, с минимальными искажениями и погрешностями в режиме реального времени. Всё большее число задач решается не на аппаратном, а на алгоритмическом и программном уровне. Использование встроенных вычислительных средств обеспечивает гибкость, надёжность, низкую стоимость и высокое быстродействие цифровых радиоустройств и радиосистем.
Как показывает практика, при передаче широкополосных сигналов часто возникает необходимость коррекции амплитудно-частотной (АЧХ) и фазочастотной характеристик (ФЧХ) радиоканала. В зависимости от стационарности канала его частотная характеристика может корректироваться только по амплитуде или как комплексная, только в начале сеанса работы, периодически или в реальном времени.
Современные алгоритмические подходы позволяют быстрее и с меньшими затратами проводить оценку частотных характеристик в реальном

времени, что даёт возможность использования этих данных в цифровых модемах для адаптивной корректировки влияния радиоканала.
Большой вклад в разработку методов и создание аппаратуры для оценки частотных характеристик внесли творческие коллективы ряда российских высших учебных заведений и научно-исследовательских институтов. Активно в данной области работает ряд зарубежных фирм, таких как Fujitsu, Intel, Huawei, National Instruments и др. Вопросам цифровой обработки посвящены работы известных зарубежных и отечественных учёных, среди которых: Котельников В.А., Кнут Д., Байков В.Д., Андрака Р., Гантмахер В.E., Крухмалёв В.В., Раушер К., Меерсон А.М., Рашич A.B. и многие др. В настоящее время опубликованы сотни работ, освещающие различные теоретические и практические вопросы цифровой обработки сигналов (ЦОС).
Анализ публикаций по применению методов ЦОС в РЭА показывает, что задачам реализации алгоритмов оценки параметров радиоканалов в реальном времени уделено недостаточно внимания. Вместе с тем, в связи с быстрым развитием средств вычислительной техники методология, алгоритмизация и программное обеспечение обработки дискретизированных сигналов отстают в своём развитии от возможностей современных встраиваемых в РЭА одноплатных компьютеров, МК и ПЛИС.
Таким образом, в настоящее время существует актуальная техническая и научная задача разработки и создания эффективных алгоритмических средств определения частотных характеристик радиоканала, реализующих современные методы цифровой обработки.
Целью исследования является разработка вычислительных методик, алгоритмов и программных средств определения частотных характеристик радиоканалов на основе методов цифровой обработки массива данных мгновенных значений, функционирующих в режиме реального времени и имеющих точностные характеристики, достаточные для практических приложений.

корректировать влияние радиоканала и восстанавливать спектр принятого сигнала. В зависимости от того, насколько стабилен канал с течением времени, принимается решение о посылке очередной тестовой последовательности для периодического перерасчёта КПХ.
Выводы по главе 1:
1) Современные системы беспроводной передачи данных требуют наличия качественного радиоканала с компенсацией искажений. Для реализации компенсации необходима информация о параметрах радиоканала и его характеристиках.
2) Оперативная оценка параметров радиоканала необходима для решения задачи выбора оптимального режима работы устройств и используемой полосы рабочих частот.
3) Актуальна задача создания распределённых систем мониторинга качества радиоканала на больших территориях, что обуславливает использование цифровых систем с функциями сбора данных, статистической обработки и возможности их анализа в реальном времени.
4) С точки зрения требований рынка и конкурентоспособности устройства для решения данных задач должны соответствовать следующим требованиям: низкая стоимость, возможность изменения функциональных особенностей, модульность и универсальность, совместимость с другими устройствами и устройствами ранних серий, простота обслуживания.
4) Нецелесообразно использовать аналоговые устройства, так же, как и громоздкие комплексы автономных приборов. Перспективным является реализация цифровых анализаторов на основе перепрограммируемых встроенных систем, содержащих программируемый источник тестового сигнала (ИТС) и вычислительный анализатор АЧХ. В качестве ИТС используются быстродействующие цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), реализующие в режиме реального времени непрерывный управляемый синтез испытательного сигнала с заданными спектральными характеристиками.
5) Использование цифровых встраиваемых систем является одним из оптимальных решений, однако данный подход предъявляет ряд требований