CC BY
92
РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010
2. Черенкова, Е.Л. Распространение радиоволн [Текст] / Е.Л. Черенкова, О.В. Чернышов.—М.: Радио и связь, 1984. — 272 с.
3. Хазан, В.Л. Проблемы построения коротковолновых сетей радиосвязи в системах управления войсками и оружием [Текст] / В.Л. Хазан, Д.В. Федосов // Вестник академии военных наук. - 2009. - № 3 (28). - С. 27-33.
4. Исаков, Е.Е. Технологические проблемы построения транспортных сетей систем военной связи [Текст] / Е.Е. Исаков. -СПб.: На страже Родины, 2004. - 328 с.
5. Заявка 2009145078 Российская Федерация. Вибраторная антенна [Текст] / Федосов Д.В., Хорват В.Н., Хазан В.Л.; заявитель ОмГТУ; заявл. 04.12.09. - 3 с. : ил.
6. Заявка 2010116307 Российская Федерация. Транкинговая система связи с мобильной базовой станцией [Текст] / Березовский В.А., Фомин В.В., Хазан В.Л., Юрьев А.Н., Федосов Д.В.; заявитель ФГУП «ОНИИП»; заявл. 23.04.10. - 7 с. : ил.
ХАЗАН Виталий Львович, доктор технических наук, доцент кафедры « Средства связи и информационная безопасность».
ФЕДОСОВ Дмитрий Витальевич, кандидат технических наук, начальник управления инновационных проектов и коммерциализации технологий. КОРНЕЕВ Дмитрий Алексеевич, кандидат технических наук, инженер научно-исследовательской части. ХОРВАТ Владислав Николаевич, инженер кафедры «Средства связи и информационная безопасность». Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.
Статья поступила в редакцию 30.08.2010 г.
© В. Л. Хазан, Д. В. Федосов, Д. А. Корнеев, В. Н. Хорват
Краткие сообщения
УДК 621 391 1 И. Д. ЗОЛОТАРЁВ
Т. О. ПОЖАРСКИЙ
Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского
МЕТОД УМЕНЬШЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ВЗАИМНЫХ ПОМЕХ В СИСТЕМАХ СВЯЗИ С КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ
Разработан метод уменьшения влияния взаимных помех в системах связи с кодовым разделением каналов. Получена рекуррентная формула устранения мешающих сигналов из принимаемой смеси сигналов. Получены результаты математического моделирования и построены графики.
Ключевые слова: коррелятор, множественный доступ с кодовым разделением, взаимные помехи.
В настоящее время системы с применением широкополосных и сверхширокополосных сигналов получили широкое распространение. Это коснулось, прежде всего, систем радиосвязи, радиолокации и навигации. Во многом этому способствует технология, осуществляющая прямое расширение спектра. Основная идея состоит в том, что для придания сообщению свойств сложного сигнала известной формы с базой В >> 1 сообщение расширяется умножением исходного сигнала на псевдослучайную последовательность (ПСП) [1-4]. На приемной стороне сигнал выделяется согласованным фильтром, максимизирующим отношение сигнал/шум на выходе [1, 4-6]. Среди наиболее известных и часто применяемых видов ПСП можно отметить: коды Баркера, М-пос-ледовательности, последовательности Касами, Голда и т.д. Они обладают «хорошими» автокорреляционными свойствами, однако относятся к классу квази-ортогональных сигналов, т.к. для них не выполняется соотношение (1)
*0+Т
| х,. а) х, а )а=о. (1)
*0
Это приводит к взаимным помехам между сигналами абонентов. Лишены этого недостатка полностью ортогональные сигналы, например, последовательности Уолша и комбинированные коды на их основе [1,7-8].
Однако отметим, что ортогональным кодам присущ принципиальный недостаток, который заключается в том, что функция взаимной корреляции равна нулю лишь «в точке», т.е. при отсутствии временного сдвига между кодами. Поэтому такие сигналы используются лишь в синхронных системах и преимущественно в прямых каналах связи (от базовой станции к абоненту).
В некоторых случаях синхронизации можно достичь существенным усложнением построения системы и, как правило, увеличением ее стоимости.
Важность данной работы стоит подчеркнуть тем, что взаимные помехи при использовании кодового разделения являются один из самых опасных видов помех, т.к. их влияние невозможно уменьшить увеличением мощности сигналов. Это происходит из-за того, что увеличение энергии одного из сигналов ухудшает корреляционную картину для сигналов других абонентов. Чаще всего в таких ситуациях рекомендуется
а)
т
б)
Рис. 1. Вид корреляционной функции для самого слабого сигнала: а) до применения предлагаемого метода; б) после применения алгоритма
наращивать базу сигнала В [1, 4, 8]. Но это, в свою очередь, приводит к уменьшению скорости передачи полезной информации при прочих равных условиях.
Приведенный ниже способ построения системы обработки принятых сигналов позволяет значительно улучшить качество приема сигналов в рассматриваемых условиях. Это становится возможным благодаря тому, что для «сильных» сигналов в принимаемой смеси функция корреляции будет иметь хороший вид с малым уровнем боковых выбросов. Вычисляя значения параметров «сильного» сигнала, мы можем вычесть из принятой смеси сигнал от данного абонента, уменьшив тем самым его влияние на корреляционные функции сигналов других абонентов (скомпенсировать его сложением с инверсией предполагаемого шумоподобного сигнала). Эту процедуру можно повторить многократно по отношению к различным «сильным» сигналам и добиться значительного улучшения получаемых результатов. Отдаленно напоминает этот способ с компенсацией сигналов при приеме известный в литературе подход [5, 9], однако применяется он при операциях скремб-лирования, шифрования, постановки помех и основан на априорной известности параметров сигнала и структуры его кода.
Остановимся более подробно на реализации предлагаемого метода.
Пусть ег( ^ — эталонный сигнал г-го абонента, л({)—шум, «г({) — сигнал от г-го абонента на входе приемника с учетом затухания при распространении,
ио(г) = ^ (г) + п(г) — смесь полезных сигналов и шума на входе приемника, предполагаем также, что временная задержка между сигналом и эталоном известна.
В общем случае и0(£) — случайная величина, т.к. зату-хание, начальные фазы сигналов и шумы — случай-ные величины. Для г-го абонента коррелятор вычис-ляет величину корреляционного интеграла т
Я, =| ио(г)е,(г)&г, где Т — длительность сигналов (ПСП). о
Разложим величину на составляющие: тт
Я, = | ио(? )е, (г)& = | я, (г)е, (г+
оо
тт
+ | п(г )е, (г)& + £{ я. (г )е, (г )Ж. (2)
о ]*1 о
Первое слагаемое в этом разложении является полезным, и оно пропорционально энергии сигнала. Второе слагаемое — это вклад в значение корреляционного интеграла при наличии шумов, третье — обусловлено наличием мешающих сигналов.
Далее, предполагаем наличие в принятой смеси ц0(^ наличие сигналов с достаточно высокой мощностью по отношению к другим. При этом будет наблюдаться эффект «глушения» этими сигналами других. Но, с другой стороны, для этих мощных сигналов третье слагаемое будет существенно меньше первого. Вторым слагаемым тоже пренебрегаем, считая влияние шумов меньше взаимных помех. Следовательно, выражение (2) приводится к следующему виду: т
Я, »1 я, (г)е,(г)& . (3)
о
Поскольку эталонный сигнал является копией исходного сигнала, то можем записать:
(г) = а,е, (г), (4)
где а1 — неизвестный постоянный коэффициент, определяемый излучаемой мощностью и затуханием сигнала при распространении.
Из выражений (3) и (4) следует, что
тт Я. » |я,(г)е1 (г)& = а11е,(г)& = а1Е1, оо
где Е—энергия г-го эталонного сигнала, которая является известной величиной. Таким образом, ai = Ri / Е..
Далее, поскольку г-й сигнал оказывает значительное негативное влияние на корреляционную функцию других сигналов, мы устраняем его из принятой смеси:
и(г) = Е (г) + п(г) - акек(г), (5)
1
где {Ь} — последовательность номеров устраняемых сигналов.
Следуя данному алгоритму, можно значительно улучшить вид корреляционной функции по сравнению с первоначальным даже для самых слабых сигналов. Т.е. на каждом следующем г + 1 шаге из входной сме-си и.({) вычитается очередной «сильный» сигнал, что способствует улучшению КФ для других сигналов.
При практическом использовании предложенного метода необходимо применять схемы параллельного многоканального приема, т.к. необходимо
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ
РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010
отслеживать большое количество сигналов от различных абонентов одновременно. Это, в свою очередь, приводит к использованию большого количества корреляторов в блоке обработки сигналов приемной аппаратуры.
Нужно отметить, что применение исследуемого метода задействует несколько большие вычислительные мощности, чем при обычном подходе. Однако во многих случаях решающее значение имеет как раз надежность и качество приема, а некоторое увеличение объема вычислений отходит на задний план, принимая во внимание бурное развитие и увеличение производительности цифровых схем.
Для наглядности и подтверждения эффективности предложенного метода было произведено моделирование работы корреляционного приемника системы связи. В расчетах в качестве входной смеси взята сумма фазоманипулированные сигналы на основе М-последовательностей от 15 абонентов со случайным набором значений относительных амплитуд в интервале [1.0; 10] и начальных фаз от 0 до 2р. Длина последовательностей N выбрана равной 1023 символам.
Наихудшие условия для приема наблюдаются у сигнала с минимальным значением амплитуды на входе приемника, что можно видеть на рис. 1а, отображающем вид ВКФ входного сигнала и соответствующего эталона.
Производя действия в соответствии с приведенным алгоритмом, после устранения всех 14 мешающих сигналов корреляционная картина становится благоприятной и дает возможность вычисления параметров сигнала (рис. 1б), что явилось бы невозможным в первоначальной постановке задачи.
Таким образом, предлагаемый метод действительно позволяет существенно снизить влияние взаимных помех в условиях приема при наличии мешающих сигналов.
Поскольку минимизация взаимных помех в системах связи с кодовым разделением является одной из важных задач, предложенный метод может быть
использован при проектировании и реализации аппаратуры цифровой корреляционной обработки сигналов.
Библиографический список
1. Варакин, Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами [Текст] / Л.Е. Варакин. — М.: Радио и связь, 1985. — 384 с.
2. Тихонов, В.И. Статистическая радиотехника [Текст] / В.И. Тихонов. — М.: Радио и связь, 1982. — 624 с.
3. Теоретические основы радиолокации: учебн. пособие для вузов [Текст]/Под ред. В.Е. Дулевича. — М.: Сов. радио, 1978. — 608 с.
4. Скляр, Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение.—Изд. 2-е испр.: пер. с англ. [Текст]/Б. Скляр. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. — 1104 с.
5. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС [Текст]/Под ред. В.Н. Харисова, А.Ф. Перова, В.А. Болдина. - М.: ИПРЖР, 1998. - 400 с.
6. Диксон, Р.К. Широкополосные системы: пер. с англ. [Текст] / Р.К. Диксон; под ред. В.И. Журавлева. — М.: Связь, 1979. — 304 с.
7. Стиффлер, Дж. Дж. Теория синхронной связи [Текст] / Дж. Дж. Стиффлер. — М.: Связь, 1975. — 478 с.
8. Прокис, Дж. Цифровая связь: пер. с англ. [Текст]/Дж. Прокис; под ред. Д. Д. Кловского. — М.: Радио и связь, 2000. — 800 с.
9. Пат. 2114513 Российская Федерация, МПК7 H 04 K 3/00. Способ защиты информационного обмена в локальной системе радиосвязи [Текст] / Павлов Ю. С. ; заявитель и патентообладатель Самсунг Электроникс Ко., Лтд. (KR). — № 95112917/09 ; заявл. 25.07.95 ; опубл. 27.06.1998.
ЗОЛОТАРЁВ Илья Давыдович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры экспериментальной физики и радиофизики.
Адрес для переписки: e-mail: idzolotarev@navsystem.ru ПОЖАРСКИЙ Тимур Олегович, ассистент кафедры экспериментальной физики и радиофизики.
Адрес для переписки: e-mail: a_pozharsky@mail.ru
Статья поступила в редакцию 16.06.2010 г.
© И. Д. Золотарёв, Т. О. Пожарский
Книжная полка
621.396.6
Богачков, И. В. Основы радиоавтоматических систем [Текст]: учеб. пособие для вузов по специальности 210402 «Средства связи с подвижными объектами - Телекоммуникации» / И. В. Богачков, В. А. Майстренко; ОмГТУ.-Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009.-175 с.: рис., табл.-Библиогр.: с. 161-163.-ISBN 978-5-8149-0784-4.
Учебное пособие содержит основные сведения из теории радиоавтоматических систем. Изложены принципы действия основных радиоавтоматических систем, методы анализа их устойчивости, оценки точности, качества работы и инженерного синтеза. Приведены примеры расчета характеристик радиоавтоматических систем, контрольные вопросы, список рекомендуемой литературы, в приложении даны наиболее часто встречающиеся формулы
621.385
Нефёдов, Е. И. Устройства СВЧ и антенны [Текст]: учеб. пособие для вузов по специальности «Радиотехника»/ Е. И. Нефёдов.-М.: Академия, 2009.-375, [1] с.: рис., табл.-(Высшее профессиональное образование).-Библиогр.: с. 363-367.-Предм. указ.: с. 368-371.-3000 экз.-ISBN 978-5-7695-4710-2.
Изложены основы функционирования устройств СВЧ и антенн, описаны аналитические и численные методы их расчета и проектирования. Главное внимание уделено физическим принципам работы устройств и протекающих в них процессов. Рассмотрены типовые линии передачи, базовые элементы и функциональные узлы антенно-волноводных систем, их физические, математические и электрические модели.
