Исследование и разработка итеративных методов обработки сигналов для высокоскоростных модемов КВ диапазона

• Автор: Малютин, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 176 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОГЛАСОВАНИЕ КОДИРОВАННОЙ МОДУЛЯЦИИ С КАНАЛОМ СВЯЗИ ПРИ ИТЕРАТИВНЫХ МЕТОДАХ ПРИЁМА
1.1 Манипуляционные коды для систем с итеративной обработкой принимаемого сигнала
1.1 Л Введение
1.1.2 Известные манипуляционные коды
1.1.3 Критерии выбора метода манипуляционного кодирования для итеративных систем
1.1.4 Способы формального описания манипуляционного кодирования и подход на основе метода EXIT chart
1.1.5 Алгоритмы построения манипуляционных кодов для систем с итеративной обработкой
1.1.6 Краткое описание алгоритма BSA и его формализация для рассматриваемой задачи
1.1.7 Построение целевой функции стоимости для алгоритма BSA
1.1.8 Начальная инициализация алгоритма BSA
1.1.9 Предлагаемый критерий ранжирования сигнальных точек для алгоритма BSA
1.1.10 Вывод аналитических выражений для безусловной и условной передаточных функций демодулятора
1.1.11 Методы приближённого вычисления передаточной функции демодулятора
1.1.12 Результаты поиска оптимальных манипуляционных кодов и их анализ
1.2 Использование прекодеров в модемах с итеративной обработкой принимаемого сигнала
1.2.1 Ведение и постановка задачи выбора прекодера
1.2.2 Известные варианты схем прекодеров
1.2.3 Предлагаемый подход к выбору и оптимизации прекодера
1.2.4 Результаты моделирования работы прекодера
Выводы
ГЛАВА 2. ИТЕРАТИВНЫЕ АЛГОРИТМЫ ПРИЁМА ДЛЯ
МНОГОЛУЧЕВЫХ КАНАЛОВ С НЕТОЧНО ИЗВЕСТНЫМИ
ПАРАМЕТРАМИ
2.1 Помехоустойчивость итеративных алгоритмов приёма в многолучевых каналах с неточно известными параметрами
2.1.1 Введение
2.1.2 Формальная постановка задачи
2.1.3 Результаты моделирования
2.2. Разработка робастных итеративных алгоритмов приёма для каналов с неточно известными параметрами

2.2.1 Итеративные робастные алгоритмы обработки сигнала во временной области при неточном оценивании характеристик канала связи
2.2.2 Постановка и формальное математическое описание рассматриваемой задачи
2.2.4 Оценка вычислительной сложности алгоритма и методы её уменьшения
2.2.5 1-й упрощённый вариант робастного алгоритма
2.2.6 2-й упрощённый вариант робастного алгоритма
2.2.7 Результаты моделирования
2.3 Способ итеративной обработки сигнала с использованием контрольных сумм для сегментов кодового слова
2.3.1 Формальное описание задачи
2.3.2 1-й вариант
2.3.3 2-й вариант
2.3.4 Моделирование работы. Анализ помехоустойчивости и экономии вычислительных затрат
Выводы
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ МНОГОЛУЧЕВОГО КАНАЛА СВЯЗИ ПРИ ИТЕРАТИВНЫХ АЛГОРИТМАХ ПРИЁМА
3.1 Введение
3.2 Классификация алгоритмов оценки параметров канала
3.3 Общий подход к проблеме оценки информационных символов при неточно известных параметрах канала с МСИ. Оптимальные по различным критериям алгоритмы
3.4 Субоптимальный алгоритм совместного оценивания канала и информационных символов
3.5 Субоптимальный алгоритм раздельного оценивания канала и информационных символов
3.6 Модель системы и формальная постановка задачи
3.7 Особенности методов оценивания канала при итеративных алгоритмах приёма
3.8 Алгоритмы оценки параметров канала с использованием точно известных (пилотных) и неизвестных информационных символов
3.8.1 Оценка наименьших квадратов (LS) и взвешенная оценка по минимуму квадратов ошибок (WLS)
3.8.2 Алгоритм оценки по минимуму CKO (minimum mean-squared error,
MMSE)
3.8.30ценка по максимуму апостериорной вероятности (maximum а posteriori, МАР)
3.9 Методы оценки канала связи при итеративных способах обработки сигнала на приёме
3.9.1 Максимально правдоподобный (ML) алгоритм
3.10 ЕМ алгоритм оценивания вектора отсчётов импульсной характеристики

3.10.1 Способы уменьшения вычислительной сложности оценивания с помощью ЕМ алгоритма
3.10.2 Субоптимальный алгоритм итерационного оценивания канала и информационных символов на основе ЕМ алгоритма
3.11 Линейная несмещённая оценка с минимальной дисперсией (best linear unbiased, BLU)
3.12 Линейная оценка по минимуму среднего квадрата ошибки (LMMSE)
3.13 Методы оценки дисперсии шума
3.14 Моделирование и анализ результатов
Выводы
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫСОКОСКОРОСТНОГО КВ МОДЕМА
4.1 Результаты лабораторных испытаний
4.1.1 Введение
4.1.2 Краткое техническое описание макетов и опытных образцов разработанных модемов
4.1.3 Результаты лабораторных испытаний
4.2 Результаты трассовых испытаний
4.2.1 Результаты трассовых испытаний Москва-Краснодар
4.2.2 Результаты трассовых испытаний Москва-Воронеж
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

1.1.9 Предлагаемый критерий ранжирования сигнальных точек для алгоритма BSA
Критерий переключения пар в алгоритме BSA требует расчёта вклада каждого символа в итоговое значение целевой функции. В [44], где предлагается схожий вид целевой функции, также основанный на взаимной информации, данный критерий строится при помощи расчёта спектра евклидовых расстояний манипуляционного кода. Как уже упоминалось, этот подход затруднительно реализовать для неэквидистантных сигнальных созвездий, поэтому предложим вариант, основанный на символьной взаимной информации. В качестве критерия ранжирования списка будет выбираться величина отклонения символьной передаточной характеристики от значения передаточной характеристики внешнего помехоустойчивого кода при I = 1, т.е. 7'(l|x ).
Расчёт передаточной функции демодулятора как для каждого символа, так и в среднем может быть произведён аналитически или при помощи моделирования его работы.
Достоинством экспериментального измеренния передаточной функции является автоматический учёт погрешностей реализации алгоритмов обработки. Однако в данной задаче его затруднительно использовать по причине больших вычислительных затрат.
1.1.10 Вывод аналитических выражений для безусловной и условной передаточных функций демодулятора
Вместо экспериментального определения передаточной функции демодулятора на символьном уровне (т.е. зависимости взаимной информации на выходе от взаимной информации на входе для символов) для неё легко может быть получено аналитическое выражение на основе следующего подхода.
В [46] был предложен метод описания систем с многопозиционной модуляцией на основе взаимной информации и концепции т.н. эквивалентных каналов, согласно которой взаимная информация I(Y,X) о передаваемом символе сообщения X, после приёма сигнала Y, соответствующего данному передаваемому символу, может быть представлена как: