Разработка и исследование цифровых алгоритмов подавления помех в мобильных системах связи

• Автор: Сединин, Алексей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 157 с. : ил.

1 СТАТИСТИКА ЗАТЕНЕНИЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
• РАДИОВОЛН МОБИЛЬНЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ
В УСЛОВИЯХ ГОРОДА
Общие замечания
1Л Методика и структурная схема исследования
1.2 Зависимость средней интенсивности принимаемого сигнала
от дальности и частоты
1.3 Экспериментальные закономерности и расчетные методы
2 МОДЕЛИ КАНАЛОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН
Общие замечания
2.1 Математические модели каналов с многолучевостью
2.2 Детерминированная модель радиоканала
2.3 Статистическая модель радиоканала
** 2.4 Типы моделей распространения
2.5 Шестилучевая модель радиоканала
Выводы по второй главе
3 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАБОТЫ ЦИФРОВОГО ОБЕЛИВАЮЩЕГО ФИЛЬТРА ДЛЯ БОРЬБЫ С МНОГОЛУЧЕВОСТЬЮ
Общие замечания
3.1 Обзор методов борьбы с многолучевостью и техники приема
разнесенных сигналов
3.2 Математическая модель многолучевого сигнала
3.3 Синтез алгоритма цифрового обеливающего фильтра для
пространственного разнесенного приема
Выводы по третьей главе
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИВНЫХ
АЛГОРИТМОВ ПОДАВЛЕНИЯ ОТРАЖЕННЫХ СИГНАЛОВ Общие замечания
4.1 Оценка вероятности ошибки в системах связи с разнесенным
приемом
4.2 Моделирование многолучевого канала сотовой связи
4.3 Анализ эффективности подавления многолучевых помех
с помощью пространственно разнесенного эквалайзера
Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение
Актуальность работы: Обеспечение высоких качественных показателей современных систем мобильной связи, связано с увеличением пропускной способности используемых каналов радиосвязи.
Одним из факторов, сдерживающие увеличение реальной скорости передачи потока цифровых сообщений является наличие межсимвольных искажений в принимаемом сигнале. Причем возникновение этих искажений достаточно велико, однако при использовании в системе связи, радиоканала наиболее существенным фактором является наличие в канале связи многолучевого распространения радиоволн. Существующие мобильные системы связи уже используют различные методы борьбы с межсимвольными искажениями. Однако, достигаемые в этих системах скорости передачи дискретных сообщений уже недостаточны для нужд потребителей. В настоящие время речь идет об увеличении в мобильных системах связи скорости передачи в десятки раз. Такую задачу можно решить, используя оптимальные методы приема сигналов с использованием методов разнесенного приема и адаптивной, обеливающей фильтрации многолучевых помех.
Первыми работами по этому направлению можно считать теорию потенциальной помехоустойчивости В.А.Котельникова и теорию оптимального кодирования, основы которой заложены К.Шенноном. Результаты, полученные этими исследователями, а так же отраженные в работах
А.Н.Колмогорова, Н.Винера, С.О.Райса, Д.Миддлтона и других, по праву считающиеся классическими, в основном получены с использованием гауссовских моделей сигналов и помех.
Однако наличие в канале радиосвязи многолучевого распространения радиоволн приводит к тому, что принимаемый приемником сигнал отличается от гауссовской модели. В этих условиях эффективным подходом при разработке алгоритмов обработки сигналов является применение теории обеливающей фильтрации, а также адаптация известных алгоритмов приема к реальным изменениям параметров канала связи и помеховой обстановки в нем.
Наиболее важные результаты в этом направлении отражены в работах зарубежных и отечественных ученых: Д.Миддлтона, Р.Кеннеди, Ван Трис Т., Б.Р.Левина, И.С.Андропова, Л.М.Финка, Д.Д.Кловского, А.И.Фалько,
А.А.Сикарева, Ю.С. Шинакова и многих других. Большинство представленных в них методов обработки сигналов обеспечивают довольно эффективную защиту от различных типов помех, присутствующих в реальных каналах связи. Однако они становятся мало эффективными в случае присутствия в канале связи структурно-подобных (многолучевых) помех, возникающих за счет многолучевого распространения радиоволн. В этом случае, для эффективной борьбы с многолучевыми помехами целесообразно применять цифровую обе-ливающую фильтрацию, с адаптацией под реальные параметры помеховой обстановки в совокупности с методами теории разнесенного приема.
Бурное развитие в последнее десятилетие микропроцессорной техники и методов цифровой обработки сигналов, создают необходимые предпосылки для технического решения этой проблемы. Благодаря этому становится возможным проводить адаптивную обработку как в спектральной так и во временной области.
Решение поставленной задачи составляет основную часть представленной работы, которая лежит в русле многолетних исследований в области разработки адаптивных систем связи в каналах с межсимвольными искажениями, замираниями и сложной помеховой обстановкой, выполняемых в СибГУТИ.
Цель работы. Разработка и исследование новых, более эффективных методов приема и обработки сигналов в каналах мобильной связи с многолучевым распространением радиоволн.
Задачи исследования:
1 Экспериментальное исследование статистики затенений распространения радиоволн в мобильных системах радиосвязи;
2 Анализ моделей каналов распространения радиоволн в мобильных системах связи;
2.4 Типы моделей распространения
В этом разделе обобщим и охарактеризуем различные модели распространения радиоволн, наиболее часто применяемые на практике. В разделе
1.1 рассмотрена статистика распространения радиоволн для мобильных сетей связи с учетом городской застройки. Для выполнения расчетов затухания на трассе, уровня принимаемого сигнала, или напряженности поля в точке приема (Е), необходимо выбрать наиболее подходящую модель распространения радиоволн с учетом всех внешних факторов влияющих на распространение радиоволн. В связи с этим рассмотрим ряд моделей расчета напряженности поля. Поскольку мобильные системы связи наиболее интенсивно начали разрабатывать в зарубежных странах, то они получили наибольшее распространение там же. Наиболее распространенные применяемые модели : Okumura (Hata) [18], COST 231 - Hata [18], Hata/Davidson/Epstein-Peterson Diffraction [16], TIREM [17]
При применении каждой из этих моделей можно определить значение затухания на земной поверхности с учетом внешних факторов (городская застройка, водная поверхность, леса и т.д.). Это потери, которые происходят на трассе добавляются к потерям в свободном пространстве. Рассмотрим эти модели.
Модель Okumura (Hata). Метод (модель) Okumura был разработан на основе данных измерений уровней сигнала от передатчика в нескольких частотных диапазонах в Токио и его пригородах. Выбор этого метода, наиболее предпочтителен для урбанизированных областей и городов, где анализируемые расстояния относительно невелики (меньше чем 30 км), эффективная высота передающей антенны - меньше чем 200 м, эффективная высота приемной антенны - меньше чем 10м, и местность относительно плоская. Использование этого метода для других случаев или при больших расстояниях, как правило, оказаться неприемлемым. Используя метод Okumura(Hata), который учитывает типы наземных помех. Основные потери на трассе для городских зон определяется следующим выражением