Исследование и разработка алгоритмов временной синхронизации по косвенным переменным для систем подвижной сотовой связи

• Автор: Кондрашов, Сергей Федорович
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Описание и анализ моделей сигналов и каналов в сотовых системах связи
1.1. Модели сигналов
1.2. Анализ потерь из-за не идеальности тактовой синхронизации и определение требований к ее точности
1.3. Модели каналов в сотовых системах подвижной связи
1.4. Преобразование модели для приема синхропоследовательности с неизвестным временем прихода
1.5. Формулировка задач кадровой и тактовой синхронизации
1.6. Выводы
2. Тактовая синхронизация по косвенным переменным
2.1. Приведение модели к векторно-матричному виду
2.2. Оптимальное оценивание задержки синхропоследовательности
2.3. Косвенное оценивание задержки сигнала
2.3.1. Теория косвенного оценивания
2.3.2. Разработка косвенной модели
2.3.3. Выбор аппроксимирующих функций и а»ййй5д|(чр.ости аппроксимации
2.3.4. Оптимальное оценивание косвенных переменных
2.3.5. Оптимальное оценивание задержки по косвенным переменным
2.4. Квазиоптимальные алгоритмы тактовой синхронизации
2.5. Выводы
3. Совместный алгоритм кадровой и тактовой синхронизации в системах сотовой связи с временным разделением
3.1. Синтез совместного алгоритма тактовой и кадровой синхронизации
3.2. Квазиоптимальные алгоритмы совместной косвенной тактовой и кадровой синхронизации
3.3. Выводы
4. Исследование характеристик синтезированных алгоритмов и вопросов их
практической реализации
4.1. Исследование методов упрощенного вычисления коэффициентов алгоритма временной синхронизации
4.2. Статистическое моделирование и сравнение характеристик разных вариантов алгоритмов тактовой синхронизации
4.3. Анализ сложности реализации алгоритмов тактовой синхронизации и поиск путей их дальнейшего упрощения
4.4. Корреляционный косвенный алгоритм временной синхронизации
4.5. Оптимизация аппроксимирующих функций
4.6. Статистическое моделирование алгоритмов совместной полной временной синхронизации
4.7. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ
А1 .ОКраткие характеристики стандартов
ВВЕДЕНИЕ.
Состояние вопроса. Постановка проблемы и ее актуальность. К числу наиболее перспективных систем сотовой связи относятся системы с цифровыми методами передачи информации. В настоящее время можно выделить три основных цифровых стандарта сотовой связи второго поколения: GSM, D-AMPS, JDC. Общим для этих стандартов является то, что они используют временное разделение каналов (TDMA - Timing Division Multiple Access).
Проблема повышения эффективности цифровых сотовых систем неразрывно связана с проблемой повышения эффективности системы временной синхронизации.От эффективной и качественной работы этих подсистем в значительной степени зависит не только скорость и надежность вхождения в связь, но и эффективность других систем, используемых для выделения информации (эквалайзера, демодулятора и декодера). Особенно актуально эта задача стоит в системах использующих сигналы оптимальные по критерию Найквиста [40], [89] (известные как сигналы ’приподнятого косинуса’ или сигналы ’с косинусным скруглением спектра’). Их особенность состоит в том, что при точной синхронизации межсимвольная помеха в отсчетах сигнала отсутствует. Однако при ошибке синхронизации не только уменьшается мощность полезного информационного символа, но и резко увеличивается мощность межсимвольной помехи.
При разработке устройств временной синхронизации используются различные методы формального синтеза. Среди них можно выделить теорию оптимальной нелинейной фильтрации марковских процессов, которая была предложена Р.Л.Стратоновичем [ 1 ],[2]. Свое дальнейшее развитие и практические приложения эта теория получила в работах российских и зарубежных ученых [3]-[11].
Теория оптимальной нелинейной фильтрации основана на представлении вектора оцениваемых параметров в виде марковского процесса, который в дискретном времени описывается стохастическим разностным уравнением
ХгГШп-Х )+ (D
где X - вектор параметров, подлежащих фильтрации; с,п
последовательность независимых векторных случайных величин; п=1,2,3
аргумента.
Принимаемый сигнал, вообще говоря, является нелинейной функцией от фильтруемых параметров:
=ФЯ(Д - (2)
где Yn - вектор наблюдений; п(Хп) - вектор-функция векторного аргумента; ц - последовательность независимых векторных случайных величин.
Задача нелинейной фильтрации заключается в нахождении
апостериорной плотности вероятности p(XTYn) (где B=jV}F
последовательность наблюдений, полученных к n-му шагу фильтрации). Зная эту плотность, можно найти оценку фильтруемого параметра, оптимальную по какому-либо критерию, например, минимума среднеквадратической ошибки (СКО) или максимума апостериорной плотности вероятности. Апостериорная плотность является решением рекуррентного уравнения Стратоновича:

Г-т)5и+т] і
(12)

где 51п=8п8о - преобразованные символы, которые в данном случае
будут известными, и определяться соотношением

Бпп-хп п= 1,Ы3
Введем следующие векторно-матричные обозначения: Т
УУ2---Уі---Ущ наблюдения;
15і...5й...5л,
-мерный вектор-столбец комплексных отсчетов
(ЛН-1) -мерный вектор-столбец известных
символов синхропоследовательности; т

Л1Л2--.Л| —л М
-мерный вектор-столбец комплексных отсчетов
шума наблюдения с нулевыми математическими ожиданиями и
корреляционной матрицей Я ;
g(Al-x)
8(-Т-х)
КШ-Т-Х)
Е(:-МТ-х)
8(М~МТ-х)
матрица импульсных
Я((М- 1)Д7-т)я((М-)М-Тх)... И((М-)ММТ-х)
откликов размера Мх(ЛМ-1) с элементами (?(*>пт)=g(iAt-п Т-т)
С учетом введенных обозначений скалярное уравнение (12) можно
записать в векторно-матричном виде
У=2ОД5+Я
(13)