Снижение удельных затрат полосы частот путем оптимизации формы спектрально-эффективных сигналов с квадратурной фазовой манипуляцией

• Автор: Сюэ Вэй
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 157 с. : ил.

1. ВВЕДЕНИЕ
2. Характеристики спектрально-эффективных сигналов с квадратурной фазовой манипуляцией
2.1 Удельные затраты полосы частот и энергетические затраты
2.2 Энергетические спектры случайных последовательностей сигналов с квадратурной фазовой манипуляцией
2.2.1 Спектральные характеристики сигналов с синусоидальными законами изменения частоты
2.2.2 Спектральные характеристики сигналов с полиномиальными законами изменения частоты
2.3 Критерии синтеза сигналов и методы решения оптимизационной задачи
2.3.1 Критерий обеспечения минимума уровня внеполосных излучений
2.3.2. Критерий обеспечения максимума концентрации энергии в заданной полосе частот
2.3.3. Критерий обеспечения максимальной помехоустойчивости приема
2.4 Алгоритмы формирования и приема спектрально-эффективных сигналов
2.4.1 Квадратурный метод формирования спектрально-эффективных сигналов
2.4.2. Алгоритмы приема спектрально-эффективных сигналов
2.4.3. Оценка помехоустойчивости приема путем определения евклидова расстояния
2.5 Цель работы и постановка задач исследования
3. Синтез сигналов при наличии ограничений на форму энергетического спектра, пик-фактор колебаний и корреляционные свойства последовательности сигналов
3.1 Численный метод решения оптимизационной задачи синтеза формы комплексной огибающей спектрально-эффективных сигналов
3.2 Оптимизация формы огибающей сигналов при наличии ограничений на уровень внеполосных излучений и пик-фактор колебаний
3.2.1 Сигналы без межсимвольной интерференции в каждом квадратурном канале длительностью 2Т
3.2.2 Сигналы с межсимвольной интерференцией в каждом квадратурном канале длительностью 4Т
3.2.3 Сигналы с межсимвольной интерференцией в каждом квадратурном канале длительностью 6Т
3.3 Совместная оптимизация формы огибающей сигналов с межсимвольной интерференцией при наличии ограничений на уровень внеполосных излучений, пик-фактор колебаний и корреляционные свойства
3.4 Выводы
4. Формирование и прием спектрально-эффективных сигналов с квадратурной фазовой манипуляцией
4.1 Методы формирования спектрально-эффективных сигналов с квадратурной фазовой манипуляцией
4.2 Структуры демодуляторов и помехоустойчивость приема спектрально-эффективных сигналов
4.3 Результаты имитационного моделирования формирования и приема спектрально-эффективных квадратурных сигналов
4.4 Частотная и энергетическая эффективность спектрально-эффективных сигналов с квадратурной фазовой манипуляцией
4.5 Выводы
5. Заключение
Литература:

1. ВВЕДЕНИЕ
При поиске путей повышения эффективности использования отведенных существующим системам участков спектра наряду с такими мерами, как многократное использование частот за счет обеспечения пространственно-временного уплотнения каналов (многолучевые бортовые антенны, антенны с переключаемым лучом, применение поляризации и т. п.), необходимо решать задачи оптимизации видов сигналов, методов модуляции и кодирования, а также реализации соответствующих устройств формирования и обработки сигналов в каналах с ограниченной полосой частот [1,4,29,47].
Под каналом связи будем понимать совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сигнала между некоторыми точками системы связи, включая в понятие «канал» и линию связи, т.е. физическую среду распространения сигнала.
Вообще говоря, аппаратура любой радиотехнической системы передачи информации включает в той или иной форме устройства частотной селекции, ограничивающие полосу частот. С позиций эффективного использования спектра важным является ограничение полосы частот именно в передающем устройстве. Поскольку электромагнитная совместимость радиосредств является актуальной при создании любой радиосистемы, то всегда требуется выполнить определенные нормы по уровню внеполосных излучений, что и приводит обычно к необходимости применения фильтров, ограничивающих полосу частот при передаче сигналов. По существу эти фильтры и определяют значение полосы частот любого непрерывного канала [26,27], представляющего собой часть системы связи от выхода модулятора до входа демодулятора.
В тех случаях, когда удельная скорость передачи информации (т. е. скорость передачи информации, отнесенная к ширине полосы занимаемых каналом частот) далека от значения 2 (бит/с) • Гц'1, ограничение полосы частот практически не влияет на работу системы. Так, даже при
использовании классических методов амплитудной (АМ), частотной (ЧМ) или фазовой (ФМ) манипуляции, когда форма огибающей формируемого модулятором сигнала близка к прямоугольной, фильтр на выходе модулятора, являющийся составной частью непрерывного канала, не вносит заметных искажений в форму сигнала.
Ситуация резко меняется при стремлении удельной скорости передачи к значению 2 (бит/с) Гц'1 [8,9,10]. Импульсные сигналы с прямоугольной огибающей, имеющие длительность Т, претерпевают существенные искажения, так что уже на выходе фильтров, ограничивающих полосу частот излучаемых сигналов, длительность этих импульсных сигналов превышает Т и возникает явление межсимвольной интерференции. Именно такие каналы и относят к классу с ограниченной полосой частот. Таким образом, любой реальный канал при определенных, достаточно больших, значениях удельной скорости передачи информации должен рассматриваться как канал с ограниченной полосой.
Заметим, что упомянутое явление межсимвольной интерференции в каналах с ограниченной полосой может быть вызвано не только фильтрами непрерывного канала, существенно ограничивающими полосу частот классических АМ, ЧМ или ФМ сигналов, формируемых модулятором. Сигналы, длительность которых превышает Т, а полоса частот не шире полосы канала, могут быть сформированы непосредственно модулятором с помощью соответствующих функциональных устройств. Такая реализация больших значений удельной скорости передачи информации обладает определенными преимуществами перед ограничением полосы частот сигналов фильтрами канала. Действительно, этот метод, называемый далее методом формирования спектрально-эффективных сигналов с ограниченной полосой частот, позволяет реализовать сигналы практически любой формы, в том числе строго финитные.
При определении ширины спектра сигнала используют по существу те же критерии, что и при определении ширины полосы канала. Кроме того, в
Входные
данные
Формирователь
импульса
синусоидальной
формы
Передающий фильтр
СО5(2л^0
Последовательнопаралельный
преобразователь
Задержка для временного сдвига
^СВН
Фазо вращатель на 90‘
Формирователь
импульса
синусоидальной
формы
Передающий А. фильтр
Приемный
фильтр
Фазо-вращатель на 90'
Пороговая
решающая
схема
Задержка для временного сдвига
свтч
-чкъ
Белый Гауссовский шум
Приемный
фильтр
Последовательнопаралельный
преобразователь
Пороговая
решающая
схема
|?о(0
“V'”
передатчик
Канал передачи
приемник
2.19 Структурная схема квадратурного модулятора и когерентного демодулятора спектрально-эффективных сигналов
Анализируя рассмотренную выше структурную схему передачи сообщений можно видеть, что сохраняя идеологию построения квадратурного модулятора и демодулятора возможно реализовать передачу и прием спектрально-эффективных сигналов с произвольными законами изменения частоты сигнала, в том числе и при наличии межсимвольной интерференции, которая будет вводиться специально в блоки формирования импульса.
2.4.3. Оценка помехоустойчивости приема путем определения евклидова расстояния
Вычисление вероятности ошибочного приема символов канального алфавита при использовании спектрально-эффективных сигналов со сложными законами изменения частоты и фазы колебаний в большинстве случаев оказывается возможным лишь с использованием приближенных или численных методов [49].
В табл.2.4 приведены значения энергетического проигрыша в дБ при