Синтез и анализ алгоритмов обработки сверхширокополосных сигналов, прошедших многолучевой канал распространения

• Автор: Зайцев, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 162 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Технологии и архитектура беспроводных сетей

1.1. Архитектура беспроводных систем

1.2. Существующие сверхширокополоспые технологии связи

1.3. Совместимость СШП систем с традиционными радиотехническими системами

2. Модели СШП сигналов и каналов

2.1. Модели кодированных сигналов для СШП связи

2.2. Кодовые законы модуляции

2.3. Обобщенная функция неопределенности импульсной последовательности

2.4. Спектрально-корреляционные свойства кодированных сигналов

2.5. Модели капала связи. Классификация каналов
3. Алгоритмы многоальтернативного обнаружения сигналов
3.1. Модуляция и множественный доступ в СШП системах
3.2. Общие положения многальтернативного обнаружения сигналов как задачи проверки гипотез
3.3. Субоптимальная обработка сигналов в неизвестных каналах
3.4. Оптимальная обработка сигналов с известной многолучевостью
3.5. Оптимальная обработка сигналов с неизвестной многолучевостью
3.6. Обработка сигналов на выходе каналов с неопределенной структурой
3.7. Обработка сигналов в канале с «плотной» многолучевостью
4. Характеристики многоальтернативного обнаружения сигналов
4.1. Многоальтернативное обнаружение-различение ортогональных сигналов
4.2. Вероятности ошибок асинхронного субоптимального обнаружения-различения М сигналов с неизвестной многолучевостью (однолучевой
приемник)
4.3. Вероятности ошибок асинхронного оптимального обнаружения-различения
М сигналов с кластерной многолучевостью (Яаке-прием)
4.4. Вероятности ошибок асинхронного оптимального обнаружения-различения
М сигналов с неизвестной многолучевостью (Ііаке-прием)
4.5. Вероятности ошибок асинхронного субоптимального обнаружения-различения М сигналов в канале с неопределенной структурой (модель
потока Бернулли)
4.6. Вероятности ошибок асинхронного оптимального обнаружения-различения М кластерных сигналов в канале с «плотной» многолучевостью (Яаке-
прием)
4.7. Вероятности ошибок асинхронного субоптимального обнаружения-
различения М кластерных сигналов в канале с «плотной» многолучевостью
4.8. Сравнительный анализ алгоритмов обработки многолучевых сигналов
Заключение
Библиографический список использованных источников
Приложения
1. Идентификация СШП канала
1.1. Алгоритмы разрешения сигналов и оценки числа лучей
1.2. Характеристики идентификации канала связи
2. Оценка скорости передачи информации по СШП многолучевому каналу
3. Излучение и прием СШП сигналов
4. Статистическое моделирование обнаружения-различения
Введение
Актуальность работы. Для современных телекоммуникационных систем весьма актуальным является повышение емкости системы, скорости передачи мультимедийной информации. Бурное развитие беспроводных персональных сетей передачи данных привело к потребности беспроводного доступа в телекоммуникационную сеть большого числа пользователей на ограниченной территории. Появившиеся компактные мобильные устройства, часто подключаемые как друг к другу, так и к стационарным компьютерам выдвинули новые требования к устройствам соединения. Методы, при помощи которых решаются указанные проблемы, имеют ограничения в виде стандартов на радиоканалы, электромагнитную совместимость.
Одним из новых направлений повышения эффективности информационных систем является применение импульсных сверхширокополосных (СШП) сигналов без несущей. Сверхширокополосньте сигналы без несущей, обладая высоким временным разрешением, применяются в локации, пригодны для радиосвязи вне выделенного диапазона и создания беспроводных персональных сетей большой емкости. В системе связи, использующей подобные сигналы, все пользователи работают в общей спектральной полосе, что диктует использование кодового метода разделения абонентов. В таком случае они представляют собой последовательности сверхкоротких импульсов, модулированные выбранными кодовыми последовательностями.
Работа любой системы связи с множественным доступом начинается с поиска абонента (установления факта его работы) и его идентификации. Что и приводит к задаче совместного обнаружения-различения сигналов от многих пользователей. В отличие от традиционной радиосвязи, где большую роль играют замирания, в данном случае основной проблемой, возникающей при приеме СШП сигналов, является многолучевой характер распространения от передатчика к приемнику. Реальные экспериментальные исследования СШП сигнала внутри здания показали, что он обладает сложной многолучевой струк-
турой, образованной'кластерами лучей с неизвестными параметрами, как то: неизвестным временем прихода кластеров, как целого, неизвестными временными задержками лучей в кластере и кластеров друг относительно друга, а также неизвестными амплитудами: Однако высокая временная разрешающая способность таких сигналов делает актуальной*задачу синтеза и анализа алгоритмов обработки:сигнала, обусловленного разделяющейся многолучевостью. Практическая: реализация таких алгоритмов в СШП диапазоне предъявляет весьма жесткие требования-к быстродействию системы, поэтому также представляет интерес определение эффективности обработки сигналов в системах без компенсации многолучевости.
Цель работы. Целью работы является синтез и анализ алгоритмов обработки СШП сигналов, используемых в многопользовательских сетях передачи данных, прошедших многолучевой канал распространения. Для- реализации этой цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:
1. Развитие феноменологической модели< многолучевого канала распространения, учитывающей, как физические характеристики канала, так и его вероятностные характеристики. Классификация каналов по данным признакам для формализации моделей СШП сигналов на входе приемной системы.
2. Исследование кодовых законов, модулирующих позиции и амплитуды импульсов в СШП последовательности с целью создания ансамбля сигналов с «хорошими» авто- и взаимокорреляционными свойствами, пригодными для высокоскоростной передачи информации в многопользовательских системах
3. Синтез асимптотически оптимальных и суббптимальных алгоритмов многоальтернативного обнаружения кодированных СШП сигналов на выходе каналов с комбинированной многолучевостью: когда каждый кластер, образован разрешаемой («разреженной») и неразрешаемой («плотной») многолучевостью.
4. Разработка методики анализа характеристик многоальтернативного обнаружения кодированных СШП сигналов с неизвестным временем прихода на

где Л - среднее число кластеров в единицу времени, X - среднее число лучей в кластере в единицу времени.
Амплитуды лучей представляют собой независимые случайные величины, распределенные по логнормальному закону [61, 77]
|%| = 10(Рй+"1+"2)/20, (2.5.7)
где и, и п2 - гауссовские случайные величины с нулевым средним значением и
дисперсиями СТ] и <т2 [61,77].
(|%|2) = О0 ехр(-2} /Е- х1к/О, (2.5.8)
где Е - коэффициент затухания кластеров, С, - коэффициент затухания лучей в кластере. Выражение для р1к дается следующей формулой [61, 77]
. 1О1п(П0)-10Г/ /Н-10т№/С, (а2+а2)1п(10) „ с т
р1к~ ыт 20
Такое задание многолучевого сигнала может быть приведено к обобщению потока Пуассона, а именно к потоку Бернулли [38], для которого на интервале [0,7],] имеется не более (Б+1)( + 1) точек. Таким образом, вектор неизвестных параметров сигнала в общем случае принимает вид X = (х,Т0
Выражение для сигнала на выходе многолучевого канала (2.5.5) позволяет написать импульсную характеристику данного канала. Она имеет следующий вид

т = 2>/ X Ц/*4*5('-Г/ - т№), (2.5.10)
1=0 к
где 5(() - дельта-функция Дирака.

Представленная в виде выражений (2.5.5) и (2.5.10) модель канала распространения сигнала внутри здания основана на модели Салеха-Валепсуэла, используемой в [57, 61, 65, 77], и представляет ее обобщение. Обобщение состоит в том, что учитывается вероятностное наличие кластера в сигнале, а также луча в кластере.