Исследование адаптивных компенсаторов узкополосных помех в каналах радиосвязи
На правах рукописи
Архипов Сергей Николаевич
ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИВНЫХ КОМПЕНСАТОРОВ
УЗКОПОЛОСНЫХ ПОМЕХ В КАНАЛАХ РАДИОСВЯЗИ
Специальность: 05.12.13 – «Системы, сети и устройства телекоммуникаций»
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Новосибирск – 2006
Работа выполнена в ГУО ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики».
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Фалько Анатолий Иванович
Официальные оппоненты: д.т.н., профессор Пальчун Ю.А.;
к.т.н., доцент Чернецкий Г.А.
Ведущее предприятие: ФГУП «Научно-исследовательский институт электронных приборов».
Защита состоится « 27 » «июня» 2006г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д.219.005.01 в Сибирском государственном университете телекоммуникаций и информатики по адресу: 630102, Новосибирск, ул. Кирова 86.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СибГУТИ
Автореферат разослан « 21 » мая 2006 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Д.219.005.01
академик МАИ
к.т.н., профессор __________________ Б.И. Крук
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Развитие современных систем радиосвязи, радионавигации и радиоуправления, увеличение количества функционирующих радиоэлектронных средств ведут к постоянному усложнению сигнально-помеховой обстановки на входах приемных устройств и обострению проблемы помехоустойчивости. С проблемами помехозащищенности и помехоустойчивости тесно связаны задачи обеспечения электромагнитной совместимости и пропускной способности систем радиосвязи, поиска возможностей повторного использования доступных участков спектра, необходимых для развития инфраструктуры систем радиосвязи.
Рост производства средств радиосвязи, количества и качества предоставляемых услуг напрямую зависят от решения задач электромагнитной совместимости, снижения требований к источникам помех, и вместе с тем, совершенствования алгоритмов обнаружения и оценки параметров полезных сигналов в условиях действия помех различной природы.
Эффективность работы систем радиосвязи в значительной мере определяется не только мешающими воздействиями типа флуктуационного шума, но и взаимными помехами одновременно работающих радиосредств, среди которых большую долю составляют мощные узкополосные помехи (УП). Воздействие узкополосных помех приводит к существенному снижению помехоустойчивости приема полезных сигналов. Поэтому защита систем связи от влияния узкополосных помех, действующих в радиоканалах, является важной научно-технической задачей.
Теория помехоустойчивости и оптимального приема сигналов при любых, в том числе и негауссовских, помехах получила развитие в работах Р.Л. Стратоновича, Т. Кайлата, В.И. Тихонова, М.С. Ярлыкова, Ю.Г. Сосулина, Д.Д. Кловского, Г. Ван Триса и других авторов, которые разработали и развили аппарат марковских моделей в форме стохастических дифференциальных уравнений. Однако применение результатов исследований этих авторов сопряжено с многочисленными приближениями, при которых неизбежны существенные потери в показателях качества приема.
По этим причинам широкое практическое применение получили такие методы обработки сигналов, в основе которых лежат те или иные модификации общих методов с учетом специфики разных видов помех и принципы адаптации алгоритмов приема к реальным изменениям параметров канала и помеховой обстановки. Среди таких исследований выделяются работы Р.Л. Стратоновича, Б.Р. Левина, Л.М. Финка, И.С. Андронова, Н.С. Теплова, В.В. Шахгильдяна, В.Г. Репина, Г.П. Тартаковского, Д.Д. Кловского, Ю.С. Шинакова, А.П. Трифонова, А.И. Фалько, А.А. Сикарева, В.И. Коржика, И.А. Цикина, В.Ф. Комаровича и многих других авторов. Разработанные в этих работах методы приема обеспечивают достаточно эффективную защиту от УП на основе адаптивной режекции или компенсации.
Из известных в настоящее время работ, посвященных рассмотрению вопросов приема сигналов в условиях воздействия узкополосных помех, наиболее общий подход к решению задачи борьбы с узкополосными помехами развит в работах А. А. Сикарева и А. И. Фалько. В этих работах подчеркивается, что при существующем разнообразии помеховой обстановки основная сложность при построении оптимальных приемников заключается в преодолении априорной неопределенности относительно параметров узкополосных помех. Решение этой проблемы возможно на основе адаптивного подхода к преодолению априорной неопределенности.
Настоящая работа посвящена исследованию вопросов построения адаптивных систем приема дискретных сигналов в каналах с узкополосными помехами в условиях неполной априорной информации о статистических свойствах помех.
Рассматриваемые в данной работе адаптивные алгоритмы приема сигналов, основанные на подавлении узкополосных помех, действующих в канале, позволяют повысить помехоустойчивость систем связи, работающих в загруженных диапазонах частот.
Выполненные в работе исследования и полученные результаты актуальны для практических приложений при проектировании новых помехоустойчивых систем передачи информации и модернизации действующих. Проведенные исследования иллюстрируют эффективность применения полученных результатов в системах радиосвязи, радионавигации и радиоуправления, наиболее подверженных влиянию узкополосных помех.
Цель работы. Целью настоящей работы является исследование адаптивного приема сигналов с применением аналоговых и цифровых методов подавления узкополосных помех.
Основные задачи исследования. Поставленная цель исследований требует решения следующих основных задач:
- Анализ существующего состояния проблемы защиты от УП и обоснование выбора моделей узкополосных помех.
- Разработка и исследование аналоговых методов адаптивного приема сигналов с защитой от УП, в которых оценка параметров УП и формирование компенсирующего сигнала производится с применением дополнительного канала приема и учетом пространственных различий сигнала и помех.
- Анализ помехоустойчивости адаптивных алгоритмов, использующих для выделения компенсирующего сигнала дополнительный канал приема.
- Синтез цифрового адаптивного алгоритма приема сигналов в присутствии узкополосных помех с априорно неизвестными параметрами.
- Исследование методом компьютерного моделирования цифровых алгоритмов формирования оценок комплекса узкополосных помех с целью выбора оптимальных параметров адаптивного фильтра решетчатой структуры и определения остаточной ошибки фильтрации.
- Анализ помехоустойчивости цифровых алгоритмов приема сигналов на основе фильтров решетчатых структур.
- Анализ вопросов повышения эффективности корреляционного приема при использовании алгоритмов решетчатой фильтрации, а также реализации фильтров решетчатой структуры.
Методы исследования. Основные результаты работы получены на основе применения теории случайных процессов, теории статистических решений, цифрового спектрального анализа, методов компьютерного моделирования.
Научная новизна работы. Наиболее значимые новые научные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:
- Предложены и исследованы адаптивные алгоритмы приема сигналов с аналоговым подавлением узкополосных помех с априорно неизвестными параметрами при использовании алгоритмов оценки направления прихода помехи, а также с применением дополнительной весовой обработки в основном канале приема.
- Получено выражение для расчета вероятности ошибки приема сигналов в каналах с узкополосными и флуктуационными помехами для аналоговых алгоритмов защиты от помех, в которых для формирования компенсирующего сигнала применена ортогональная рамочная антенная система и дополнительный канал приема.
- Синтезированы адаптивные алгоритмы приема сигналов с цифровым подавлением узкополосных помех с априорно неизвестными параметрами.
- Проведено компьютерное моделирование авторегрессионных алгоритмов оценки УП на основе решетчатых структур. Результаты моделирования показали эффективность выбранного метода подавления УП и позволили оптимально выбрать параметры блока защиты от УП.
- Получено выражение для расчета вероятности ошибки приема сигналов в каналах с узкополосными и флуктуационными помехами для цифровых алгоритмов защиты от помех. Показано, что использование цифровых адаптивных фильтров и применение систолических процессоров позволяет реализовать устройство подавления и обеспечить обработку сигналов в реальном времени.
Практическая ценность. Результаты, полученные в работе, позволят разрабатывать адаптивные приемники для обнаружения и различения сигналов при воздействии узкополосных помех, использующие методы аналоговой компенсации УП с учетом пространственных различий сигнала и помех как разомкнутого типа, включающего оценку направления на источник помехи, так и замкнутого типа с применением весовой обработки принятой реализации в основном, и дополнительном каналах приема.
Выполненные исследования позволили выработать практические рекомендации для построения цифровых устройств приема с комплексным воздействием флуктуационных и узкополосных помех с применением алгоритмов адаптивной цифровой фильтрации на основе решетчатых структур.
Работоспособность предложенных алгоритмов подтверждена результатами компьютерного моделирования.
Рассмотренные в работе вопросы актуальны для практических приложений при проектировании новых помехоустойчивых систем передач информации и модернизации действующих. Проведенные исследования иллюстрируют эффективность применения полученных результатов в системах радиосвязи и радионавигации, наиболее подверженных влиянию узкополосных помех.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в Сибирском государственном университете телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ) на кафедре радиоприемных устройств (РПрУ) и подтверждены актами внедрения.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на ряде научно-технических конференций и семинаров, в частности:
- Российская НТК “Информатика и проблемы телекоммуникаций”, Новосибирск, 1993 г., 1996 г., 1997 г., 2004 г., 2005 г., 2006 г.
- Международная НПК “Информационные технологии и радиосети”, Омск, 1996 г.
- Всесоюзная НТК “Информационные методы повышения эффективности и помехоустойчивости радиосистем и систем связи”, Ташкент, 1990 г.
- Региональная научно-техническая школа-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные проблемы радиотехники (СПР-2005)»., Новосибирск, 2005 г.
Публикации. По результатам исследований и разработок, выполненных в диссертационной работе, опубликовано 21 печатная работа, в том числе 6 статей, 2 авторских свидетельства на изобретение.
Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие результаты исследований:
- Результаты исследований адаптивных алгоритмов приема сигналов в условиях воздействия узкополосных помех, с использованием процедуры оценки направления на источник помехи.
- Результаты исследований адаптивного алгоритма приема сигналов по критерию минимума среднеквадратической ошибки в условиях воздействия УП с весовой обработкой в основном и дополнительном каналах.
- Результаты исследования применения адаптивных цифровых фильтров решетчатой структуры для подавления узкополосных помех при приеме широкополосных сигналов.
- Результаты анализа помехоустойчивости адаптивных алгоритмов приема.
- Результаты моделирования на ЭВМ алгоритмов подавления УП.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, и списка литературы, включающего 142 наименования; изложена на 173 страницах машинописного текста, содержит 67 рисунков и графиков.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, приводится обзор публикаций по тематике диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, а также представлены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе проведен сравнительный анализ существующих моделей узкополосных помех и методов борьбы с ними. Современные системы передачи дискретной информации работают в условиях большого разнообразия помеховой обстановки, включающей как статистические свойства, так и структуру помех. Прием сигнала в этом случае затруднен вследствие недостаточной априорной информации о помеховой обстановке. В связи с этим большой интерес представляет построение адаптивных систем, которые обеспечивают максимально эффективное обнаружение или различение сигналов путем изменения своей структуры или параметров на основании оценки статистических характеристик узкополосных помех.
При выборе математической модели УП учитывалась степень соответствия реальной помеховой обстановке, а также получение конструктивных подходов к синтезу и анализу аналоговых и цифровых адаптивных систем защиты от УП.
При построении аналоговых устройств защиты от УП выбрана квазидетерминированная модель, характеризующая структуру помехи на интервале приема полезного сигнала и включающая ряд случайных параметров помехи. Согласно этой модели, входной сигнал приемника имеет вид
, (1)
где ur(t) и uпk(t) – функции, определяющие переданный сигнал и УП; 
и 
– функции, сопряженные им по Гильберту; с, s, спk, sпk – ортогональные составляющие коэффициента передачи канала для сигнала и k – й УП; n – число УП; (t) – реализация аддитивной флуктуационной помехи, аппроксимируемой белым гауссовым шумом с нулевым средним и известной спектральной плотностью мощности 
.
При анализе методов борьбы с узкополосными помехами на основе алгоритмов адаптивной цифровой фильтрации наиболее эффективными в вычислительном отношении являются методы оценивания на основе аппроксимации совокупности УП авторегрессионной моделью. Авторегрессионный процесс определяется как выходной сигнал линейной системы конечного порядка с дискретным временем, возбуждаемой белым шумом. В этой модели входная последовательность {xn} и выходная последовательность {yn}, которые используются для моделирования данных, связаны линейными разностными уравнениями вида
. (2)
Рассмотрены основные проблемы преодоления априорной неопределенности в каналах с УП. Выбран адаптивный подход к преодолению априорной неопределенности, как наиболее приемлемый для каналов с УП.
Сформулированы основные задачи дальнейшего исследования, которые решаются в последующих главах, а именно:
- исследовать возможности построения аналоговых (цифро-аналоговых) устройств защиты от УП с дополнительным каналом приема и применением замкнутого алгоритма адаптации (с весовой обработкой в основном и дополнительном каналах);
- исследовать возможности адаптивного подавления УП с применением разомкнутого алгоритма адаптации и оценкой направления на источник УП;
- исследовать помехоустойчивость аналоговых алгоритмов, работающих по принципу компенсации УП и использующих для формирования оценки помехи дополнительный канал приема;
- рассмотреть особенности построения и применения адаптивных цифровых алгоритмов работы приемного устройства, основанных на использовании фильтров решетчатой структуры, провести анализ их работы и рассчитать помехоустойчивость приема ШПС в присутствии УП;
- провести комплекс работ по моделированию исследуемых алгоритмов на ЭВМ;
- разработать на основе результатов проведенных исследований рекомендаций для внедрения аналоговых и цифровых методов подавления в устройствах защиты от УП.
Во второй главе исследуются вопросы приема дискретных сообщений на фоне узкополосных помех с неизвестными параметрами с применением аналоговых адаптивных алгоритмов защиты от УП, включающих процедуру формирования оценки совокупности УП с последующим вычитанием ее из смеси сигналов и помех основной реализации.
Проведен синтез адаптивного алгоритма приема сигналов при воздействии узкополосных помех с применением процедуры оценки направления на источник УП во временной и частотной области.
Предложено устройство подавления УП на основе двухэлементной антенной системы. Для формирования компенсирующего напряжения применен дополнительный канал приема для выделения помеховой составляющей, а также блок формирования оценки угла прихода УП, предназначенный для вычисления коэффициента передачи в канале компенсации. Устройство содержит: блок оценки (БО) направления прихода помехи 
; блок управления (БУ), который предназначен для преобразования числового значения оценки угла прихода помехи 
в управляющее напряжение для изменения коэффициента усиления 
регулируемого усилителя (РегУс) и вычитатель.
Таким образом, в дополнительном канале приема формируется компенсирующий сигнал, который вычитается из временной реализации основного канала, осуществляя процедуру компенсации на интервале принятия решения
, (3)
Так как значение угла прихода помехи, как правило, априорно неизвестно, оценка весового коэффициента 
формируется по классифицированной обучающей выборке:
,
где xi(t) = Sп(t)Fi(п)+I(t), i = 1,2 – сигналы на выходах основной и дополнительной антенн); Fi(п) – коэффициенты усиления антенн.
В этом случае задача приема широкополосного сигнала в присутствии узкополосной помехи с неизвестными параметрами сводится к обнаружению помехи, оценке направления ее прихода и последующему формированию компенсирующего сигнала с целью вычитанию его из входной реализации.
На рисунке 1 показана структурная схема двухканального адаптивного подавителя УП с неизвестным углом прихода, которая содержит блок оценки (БО) направления прихода помехи 
; блок управления (БУ), который предназначен для преобразования числового значения оценки угла прихода помехи 
в управляющее напряжение для изменения коэффициента усиления 
регулируемого усилителя (РегУс); вычитатель.
Оценка параметров помехи может производиться на интервалах классифицированного обучения, что целесообразно производить при медленных замираниях в канале, с проведением анализа, как во временной, так и в частотной области с применением разомкнутых алгоритмов адаптации.
Показано, что для рамочных ортогональных антенн коэффициент передачи РУ можно определить из выражения
, (4)
где 
, (5)
Рисунок 1 – Устройство адаптивного подавления помехи с неизвестным углом прихода
x1(t) и x2(t) – обучающие выборки, представляющие собой реализации процессов на входе соответственно первой и второй антенн при классифицированном обучении;
= {-1,1} – параметр, характеризующий отсутствие или наличие инверсии фазы оценки помехи в дополнительном канале при соответствующем вычитании в компенсаторе.
Проведено математическое моделирование алгоритма оценки 
во временной и частотной области с целью определения необходимого объема выборки, погрешности измерений и условий работоспособности. Показано, что при использовании спектрального анализа и алгоритмов (4), (5) можно эффективно производить обнаружение и оценку параметров нескольких УП в частотной области.
Данное устройство относится к адаптивным компенсаторам разомкнутого типа и позволяет эффективно функционировать в условиях действия не только узкополосных, но и других (в том числе структурных) видов помех.
Вероятность ошибки оценивалась по формуле
, (6)
где 
- функция Крампа;
; (7)
- отношение энергии сигнала к спектральной плотности шума;
;
g0i – коэффициенты взаимного различия сигнала и помехи в частотно-временной области (i = 1,2);
N – число шагов обучения.
Предложено устройство адаптивной компенсации замкнутого типа, показанное на рисунке 2.
Рисунок 2 – Схема адаптивного компенсатора помех
В отличие от известной схемы адаптивного компенсатора, построенного по критерию минимума среднего квадрата ошибки, в схеме рисунка 2 применена весовая обработка не только в дополнительном, но и основном канале приема.
Выходной сигнал устройства определяется из выражения
, (8)
где весовой коэффициент W(t)
; (9)
коэффициенты a и b определяют уровень помехи соответственно в основном и дополнительном каналах.
Такая схема адаптивного подавителя позволяет увеличить скорость сходимости (особенно в случае, когда уровень помехи в дополнительном канале меньше, чем в основном), а также обеспечить работоспособность устройства в большем диапазоне изменения параметров УП при реализации устройства (с учетом ограничения коэффициента передачи в дополнительном канале, нелинейности передаточной характеристики).
Адаптивные устройства подавления УП с применением дополнительного канала приема не требуют специального генератора помехи для формирования компенсирующей составляющей, что не накладывает ограничений на форму и частотно-временные свойства помех. Вместе с тем, анализ помехоустойчивости приема дискретных сообщений с применением таких систем защиты показал, что при компенсации УП в основной канал вносятся дополнительные шумы, уровень которых зависит от коэффициента передачи в дополнительном канале. В случае увеличения коэффициента передачи уровень флуктуационного шума в основном канале также возрастает, что приводит к энергетическому проигрышу от применения адаптивного фильтра по сравнению с оптимальным приемником в белом шуме, то есть уменьшает положительный эффект от применения компенсатора. Так, для двухканального адаптивного подавителя, использующего ортогональные рамочные антенны, получены кривые вероятности ошибки, из которых следует, что применение адаптивного фильтра будет эффективно, если угол прихода УП составляет 15° - 20° по отношению к углу прихода полезного сигнала (либо при приеме более мощной УП). В качестве иллюстрации на рисунке 3 приведены кривые помехоустойчивости, где жирными линиями показаны зависимости вероятности ошибки приема дискретных сигналов (Рош) от отношения энергии сигнала к спектральной плотности шума (h2), соответственно без УП и при наличии УП без применения компенсатора, а тонкими линиями – с применением компенсатора при различных углах прихода помехи. Поученные выводы можно распространить на любые способы реализации адаптивных компенсаторов, использующих для формирования оценки помехи дополнительный канал приема.
Рисунок 3 – Сравнительный анализ помехоустойчивости при использовании адаптивного компенсатора с дополнительным каналом приема.
Третья глава посвящена способам построения устройств защиты от УП с применением методов адаптивной цифровой фильтрации (АЦФ) и в первую очередь цифровых фильтров решетчатой структуры, которые имеют ряд практических преимуществ перед фильтрами прямой реализации (в виде линии задержки с отводами). Синтезирован адаптивный цифровой алгоритм приема сигналов при воздействии смеси сигнала, узкополосных помех и шума, которая после дискретизации и квантования представляется последовательностью комплексных чисел
n N (10)
где N=T/t = 2FcT; t – интервал дискретизации; 2Fc – ширина полосы сигнала.
Алгоритм приема сигналов по правилу максимального правдоподобия определяется выражением
(11)
Для исследования свойств алгоритмов решетчатой структуры проведено компьютерное моделирование алгоритмов АЦФ без нормирования и с нормированием по дисперсии и экспоненциальным взвешиванием, а также с оцениванием по совместному процессу.
Для анализа помехоустойчивости цифрового адаптивного алгоритма приема получено выражение для вероятности ошибок:
, (12)
где 
,
– отношение энергии элемента принятого сигнала к спектральной плотности мощности шума;
– отношение дисперсии шума квантования к дисперсии входного шума;
– отношение дисперсии ошибки оценивания совокупности УП к дисперсии входных шумов;
– средняя мощность последовательности 
(r=1,2);
– коэффициент, характеризующий вид используемых сигналов ( = -1 для противоположных сигналов; = 0 для ортогональных сигналов);
– коэффициент, характеризующий взаимное различие r-го (r=1,2) сигналов и УП ((
; 
– для противоположных сигналов, 
= 0 для ортогональных сигналов).
С целью проверки точности и адекватности разработанных моделей получены временные характеристики ошибок предсказания РФ различного порядка; оценки спектров и корреляционных функций, полученные на моделях элементарных воздействий, что позволяет с уверенностью судить о работоспособности моделей оценивания и наглядно интерпретировать результаты исследований.
Рассчитаны графики зависимости Рош от отношения сигнал/щум при воздействии одной и двух УП. Дисперсии ошибок оценивания, необходимые для определения 
, получены с использованием компьютерного моделирования.
В качестве иллюстрации на рисунке 4 приведены зависимости вероятности ошибки Рош от hc при действии одной синусоидальной узкополосной помехи при 
(g1 = 0,01). Пунктиром показаны зависимости вероятности ошибки Рош от hc при действии марковской УП (g1 = 0,1). Кривые рассчитаны при 
; 
; = -1 (противоположные сигналы).). Кривая 1 на рисунке 4 соответствует потенциальной помехоустойчивости когерентного приема в отсутствие УП (
), кривая 6 - соответствует отсутствию подавляющего фильтра (Р = 0), остальные кривые приведены для различных порядков фильтра (Р = 2...6).
Рисунок 4 – Зависимость вероятности ошибки приема сигналов от отношения сигнал/шум для РФ различного порядка (пунктиром показаны кривые помехоустойчивости при марковской УП)
Анализ результатов позволяет сделать вывод, что с увеличением порядка фильтра вероятность ошибки уменьшается в соответствии с уменьшением дисперсии ошибки фильтрации УП. Причем в случае одной УП при hc = 4 вероятность ошибки уменьшается более, чем в 100 раз для порядка фильтра Р = 2, а энергетический выигрыш при Рош = 10-3 достигает 20 дБ. При двух УП и порядке фильтра Р = 4 энергетический выигрыш при Рош = 10-3 достигает 16 дБ. При повышении порядка фильтра до 8 энергетический выигрыш возрастает до 20 дБ.
Рассмотрен вопрос эффективности корреляционного приема при различном положении узкополосной помехи в спектре полезного сигнала с применением алгоритмов решетчатой фильтрации. На основании результатов компьютерного моделирования сделан вывод, что после РФ величина корреляционного интеграла будет иметь минимальное значение, если частота УП близка к частоте несущей полезного сигнала. Если частота УП находится на краях частотного диапазона ШПС, адаптивный цифровой фильтр значительно меньше искажает форму сигнала и его корреляционную функцию, что приводит к увеличению.
Предложен метод повышения эффективности корреляционного приема, который заключается в изменении формы опорного сигнала (введения предыскажений) при расчете корреляционного интеграла, пропуская опорный сигнал через дополнительный решетчатый фильтр с параметрами, аналогичными параметрам основного РФ. Таким образом, согласовывается форма полезного и опорного сигналов, что приводит к увеличению основного пика взаимокорреляционной функции.
Для реализации РФ предлагается использование систолических структур. Таким образом, решетчатый фильтр m-го порядка может быть реализован с использованием мультипроцессорной архитектуры, имеющей более высокую производительность, чем однопроцессорная реализация, за счет применения параллельной или конвейерной обработки. Приведена схема вычислителя с реализацией j – й секции адаптивного РФ
В заключении кратко сформулированы основные результаты диссертационной работы, которые сводятся к следующему:
- Предложено устройство адаптивной пространственной фильтрации УП разомкнутого типа с дополнительным каналом приема, в котором компенсирующее напряжение формируется с учетом пространственных различий сигнала и помех, направленных свойств приемной антенны и оценки направления на источник помехи.
- Предложен замкнутый аналоговый адаптивный алгоритм компенсации УП с применением дополнительного канала приема, включающий весовую обработку принятой реализации не только в дополнительном, но и в основном канале, что позволяет уменьшить время адаптации, а также обеспечить работоспособность компенсатора в большем диапазоне изменения параметров помехи при реализации устройства, чем известные алгоритмы, работающие по критерию минимума среднего квадрата ошибки.
- Проведен анализ помехоустойчивости приема полезных сигналов при наличии УП с применением блоков защиты, использующих разомкнутые и замкнутые алгоритмы пространственной фильтрации, а также дополнительный канал приема для формирования компенсирующего напряжения. Показано, что для двухэлементной антенной системы предложенные алгоритмы будут эффективны при наличии пространственных различий сигнала и помех.
- Синтезированы адаптивные алгоритмы приема сигналов с цифровым подавлением узкополосных помех с априорно неизвестными параметрами.
- Проведено исследование цифровых адаптивных алгоритмов фильтрации УП на основе решетчатых структур, включая определение дисперсии остаточной ошибки фильтрации при различном порядке фильтра; оптимального значения коэффициента экспоненциального взвешивания, влияние на структуру и корреляционные свойства полезного широкополосного сигнала.
- Проведен анализ помехоустойчивости приема полезных сигналов при наличии УП и использовании алгоритмов решетчатой фильтрации.
- Исследована возможность применения оптимального приема путем введения предыскажений в опорный сигнал с учетом импульсной характеристики РФ.
- Рассмотрены особенности реализации адаптивного цифрового фильтра решетчатой структуры.
Результаты, полученные в работе, позволят разрабатывать адаптивные приемники для обнаружения и различения сигналов при воздействии узкополосных помех, использующие методы аналоговой компенсации УП с учетом пространственных различий сигнала и помех как разомкнутого типа, включающего оценку направления на источник помехи, так и замкнутого типа с применением весовой обработки принятой реализации в основном, и дополнительном каналах приема.
Выполненные исследования позволили выработать практические рекомендации для построения цифровых устройств приема с комплексным воздействием флуктуационных и узкополосных помех с применением алгоритмов адаптивной цифровой фильтрации на основе решетчатых структур.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на нескольких научно-технических семинарах и конференциях.
Рассмотренные в работе вопросы актуальны для практических приложений при проектировании новых помехоустойчивых систем передач информации и модернизации действующих. Проведенные исследования иллюстрируют эффективность применения полученных результатов в системах радиосвязи и радионавигации, наиболее подверженных влиянию узкополосных помех.
Список публикаций по теме диссертационных исследований
- Архипов С.Н. Исследование адаптивного компенсатора узкополосной помехи.//Труды третьей региональной школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные проблемы радиотехники СПР-2005», Новосибирск, 2005, с.18-22.
- Архипов С.Н. Исследование временных алгоритмов пеленгации источника узкополосной помехи.// Российская НТК “Информатика и проблемы телекоммуникаций”, тезисы доклада, Новосибирск, 2004.
- Архипов С.Н. Компенсация узкополосной помехи с применением алгоритмов пеленгации.//Труды третьей региональной школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные проблемы радиотехники СПР-2005», Новосибирск, 2005, с.14-18.
- Архипов С.Н. Модификация устройства адаптивного подавления помехи.// Российская НТК “Информатика и проблемы телекоммуникаций”, тезисы доклада, Новосибирск, 2005.
- Архипов С.Н. Исследование эффективности алгоритмов решетчатой фильтрации для подавления узкополосных помех.// Российская НТК “Информатика и проблемы телекоммуникаций”, тезисы доклада, Новосибирск, 2006.
- Архипов С.Н., Костюкович А.Е., Сединин В.И., Чухров А.С. “Комплекс аппаратуры для обнаружения и подавления узкополосных и структурных помех в радионавигационном канале”.//Российская НТК “Информатика и проблемы телекоммуникаций”, тезисы доклада, Новосибирск, 1993.
- Архипов С.Н., Костюкович А.Е., Сединин В.И., Чухров А.С. “Цифровой анализатор помеховой обстановки в радионавигационных каналах”.//Российская НТК “Информатика и проблемы телекоммуникаций”, тезисы доклада, Новосибирск, 1993.
- Архипов С.Н., Сединин В.И. Применение адаптивных антенных систем для подавления структурных помех.//В кн. “Системы и средства передачи информации по каналам связи”, сб. научн. тр. учебных институтов связи.- Л., 1990.
- Архипов С.Н., Сединин В.И. Устройство для обнаружения импульсных сигналов. / А.С. № 1706301, 1991.
- Архипов С.Н., Сединин В.И., Штанюк А.М. Устройство цифровой фазовой автоподстройки частоты. /А.С. № 1732466, 1992.
- Архипов С.Н., Чухров А.С. Адаптивные алгоритмы подавления помехи, использующие решетчатые структуры.// Российская НТК “Информатика и проблемы телекоммуникаций”, тезисы доклада, Новосибирск, 2005.
- Архипов С.Н., Чухров А.С. Воздействие узкополосных помех телеграфного типа на оптимальный приемник дискретных сигналов. /Российская НТК “Информатика и проблемы телекоммуникаций”, тезисы доклада, Новосибирск, 1996.
- Архипов С.Н., Чухров А.С., Фалько А.И. Сравнительный анализ способов защиты от узкополосных помех в условиях априорной неопределенности.// Российская НТК “Информатика и проблемы телекоммуникаций”, тезисы доклада, Новосибирск, 2004.
- Сединин В.И., Архипов С.Н. Математическая модель реальной помеховой обстановки в каналах подвижных систем радиосвязи.// Материалы доклада на Российской НТК “Информатика и проблемы телекоммуникаций”, Новосибирск, 1997.
- Фалько А.И., Сединин В.И., Архипов С.Н. Применение адаптивных антенных систем для подавления внутрисистемных помех в радионавигационных каналах.// Всесоюзная НТК “Информационные методы повышения эффективности и помехоустойчивости радиосистем и систем связи”, тезисы доклада, Ташкент, 1990 г.
- Фалько А.И., Сединин В.И., Архипов С.Н. “Реализация адаптивного блока защиты от узкополосных помех”// Российская НТК “Информатика и проблемы телекоммуникаций”, тезисы доклада, Новосибирск, 1997.
- Фалько А.И., Сединин В.И., Костюкович А.Е., Архипов С.Н. Особенности реализации адаптивных алгоритмов подавления узкополосных помех в цифровом виде. / СибГАТИ-Новосибирск, 1997–Деп. ВИНИТИ 16с.
- Фалько А.И., Сединин В.И., Костюкович А.Е., Архипов С.Н. Цифровая обработка сигналов в каналах с узкополосными помехами//Радиотехника. 1998. № 5.
- Чухров А.С., Архипов С.Н. Адаптивный алгоритм компенсации коррелированных помех.//Труды третьей региональной школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные проблемы радиотехники (СПР-2005)», Новосибирск, 2005, с.25-29.
- Чухров А.С., Архипов С.Н. Синтез адаптивного алгоритма идентификации параметров узкополосных помех.//Материалы Международной НПК “Информационные технологии и радиосети”, Омск, 1996.
- Чухров А.С., Архипов С.Н., Фалько А.И. Прием сигналов при скачкообразном изменении помеховой обстановки.// Российская НТК “Информатика и проблемы телекоммуникаций”, тезисы доклада, Новосибирск, 2004.
Архипов Сергей Николаевич
ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИВНЫХ КОМПЕНСАТОРОВ
УЗКОПОЛОСНЫХ ПОМЕХ В КАНАЛАХ РАДИОСВЯЗИ
Специальность: 05.12.13 – «Системы, сети и устройства телекоммуникаций»
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Подписано в печать ___.05.2005,
формат бумаги 60х84/16, отпечатано на ризографе, шрифт №10,
изд. л. 1,2, заказ №, тираж 100. СибГУТИ
630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86
