Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук: 05.12.13. – Системы, сети и устройства
телекоммуникаций. — Казанский государственный технический
университет им. А.Н. Туполева (КГТУ- КАИ). — Казань, 2011. — 55 с.
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Чабдаров
Ш.М.
Цель исследования — повышение помехоустойчивости и
системной емкости широкополосных CDMA-систем с негауссовскими
каналами.
Научная новизна
Разработан комплексный подход к совместному исследованию, синтезу, анализу и моделированию посткорреляционных моделей и методов помехоустойчивой обработки сигналов и реализующих их мультипроцессорных структур, позволяющий оптимизировать общий многоэтапный процесс проектирования устройств помехоустойчивой обработки сигналов в мобильных CDMA-системах с негауссовскими каналами.
Разработаны полигауссовы и марково-смешанные полигауссовы адаптивные алгоритмы и устройства разрешения: детерминированных сигналов на фоне негауссовских помех, произвольно флуктуирующих сигналов и помех, квазидетерминированных сигналов на фоне негауссовских хаотических импульсных помех в условиях априорной недостаточности.
Разработаны адаптивные полигауссовы алгоритмы многопользовательского разрешения с параллельным отсечением помех множественного доступа, обеспечивающие повышение помехоустойчивости и емкости мобильных CDMA-систем в негауссовских каналах.
Разработана классификация способов многопользовательского приема и выполнен сравнительный анализ наиболее эффективных и технически рентабельных решений на базе линейных одношаговых и итеративных квазиоптимальных многопользовательских алгоритмов с отсечением взаимных помех множественного доступа.
Выполнено статистическое моделирование и сравнительный анализ характеристик помехоустойчивости, системной емкости и асимптотической эффективности синтезированных алгоритмов многопользовательского разрешения в широком диапазоне изменяемых вероятностно-временных параметров сигнально-помехового комплекса по отношению к известным методам многопользовательской демодуляции.
Разработан адаптивный мультипроцессорный Poly-PIC приемник, обеспечивающий наилучшие характеристики приема (с точки зрения качества разрешения случайного числа сигналов) для заданных параметров негауссовского сигнально-помехового комплекса и состояния канала связи. Полученный приемник сочетает свойства внутреннего параллелизма, многоканальности, конвейерности, и рекуррентности вычислений с экономичной реализацией на основе быстродействующих ПЛИС и унифицированных программно-аппаратных средствах.
Практическая значимость работы
Разработанные алгоритмы разрешения сигналов в комплексе негауссовских помех приводят к универсальным техническим решениям мультипроцессорных устройств, обладающих полиномиальной вычислительной сложностью и адекватных эффективной реализации на базе однородных вычислительных сред. Разработанные адаптивные квазиоптимальные алгоритмы многопользовательского разрешения сигналов являются основанием для разработки патентоспособных устройств многопользовательской демодуляции в CDMA-системах, обеспечивающих повышение эффективности их работы в негауссовских каналах.
Полученные оценки эффективности работы разработанных алгоритмов и устройств в широком диапазоне моделируемых сигнально-помеховых ситуаций позволяют выработать практические рекомендации по их применимости в составе базовых станций, а также разработке инженерных методик планирования сетей связи в сложных объектно-помеховых условиях.
Универсальность и единообразие использованных в работе математических моделей и методов обработки сигналов позволяют практически применять полученные результаты при разработке технических устройств различного назначения в широком диапазоне приложений: мобильные и фиксированные телекоммуникации, системы с активным ответом, радиолокация, радионавигация, обработка изображений, широкополосный радиодоступ, идентификация подвижных объектов, медицинская диагностика.
Разработан программно-аппаратный имитационный комплекс, обеспечивающий комплексное моделирование и анализ эффективности широкого класса алгоритмов и устройств обнаружения-различения-разрешения и многопользовательского приема сигналов с использованием современных интегрированных инструментальных сред разработки приложений для ПЛИС и процессоров ЦОС. Разработанный комплекс является универсальным средством повышения эффективности работы разработчиков алгоритмов и аппаратуры современных систем передачи и обработки информации, позволяющим существенно уменьшить временные и финансовые издержки при проведении полунатурных испытаний разрабатываемых изделий.
Научная новизна
Разработан комплексный подход к совместному исследованию, синтезу, анализу и моделированию посткорреляционных моделей и методов помехоустойчивой обработки сигналов и реализующих их мультипроцессорных структур, позволяющий оптимизировать общий многоэтапный процесс проектирования устройств помехоустойчивой обработки сигналов в мобильных CDMA-системах с негауссовскими каналами.
Разработаны полигауссовы и марково-смешанные полигауссовы адаптивные алгоритмы и устройства разрешения: детерминированных сигналов на фоне негауссовских помех, произвольно флуктуирующих сигналов и помех, квазидетерминированных сигналов на фоне негауссовских хаотических импульсных помех в условиях априорной недостаточности.
Разработаны адаптивные полигауссовы алгоритмы многопользовательского разрешения с параллельным отсечением помех множественного доступа, обеспечивающие повышение помехоустойчивости и емкости мобильных CDMA-систем в негауссовских каналах.
Разработана классификация способов многопользовательского приема и выполнен сравнительный анализ наиболее эффективных и технически рентабельных решений на базе линейных одношаговых и итеративных квазиоптимальных многопользовательских алгоритмов с отсечением взаимных помех множественного доступа.
Выполнено статистическое моделирование и сравнительный анализ характеристик помехоустойчивости, системной емкости и асимптотической эффективности синтезированных алгоритмов многопользовательского разрешения в широком диапазоне изменяемых вероятностно-временных параметров сигнально-помехового комплекса по отношению к известным методам многопользовательской демодуляции.
Разработан адаптивный мультипроцессорный Poly-PIC приемник, обеспечивающий наилучшие характеристики приема (с точки зрения качества разрешения случайного числа сигналов) для заданных параметров негауссовского сигнально-помехового комплекса и состояния канала связи. Полученный приемник сочетает свойства внутреннего параллелизма, многоканальности, конвейерности, и рекуррентности вычислений с экономичной реализацией на основе быстродействующих ПЛИС и унифицированных программно-аппаратных средствах.
Практическая значимость работы
Разработанные алгоритмы разрешения сигналов в комплексе негауссовских помех приводят к универсальным техническим решениям мультипроцессорных устройств, обладающих полиномиальной вычислительной сложностью и адекватных эффективной реализации на базе однородных вычислительных сред. Разработанные адаптивные квазиоптимальные алгоритмы многопользовательского разрешения сигналов являются основанием для разработки патентоспособных устройств многопользовательской демодуляции в CDMA-системах, обеспечивающих повышение эффективности их работы в негауссовских каналах.
Полученные оценки эффективности работы разработанных алгоритмов и устройств в широком диапазоне моделируемых сигнально-помеховых ситуаций позволяют выработать практические рекомендации по их применимости в составе базовых станций, а также разработке инженерных методик планирования сетей связи в сложных объектно-помеховых условиях.
Универсальность и единообразие использованных в работе математических моделей и методов обработки сигналов позволяют практически применять полученные результаты при разработке технических устройств различного назначения в широком диапазоне приложений: мобильные и фиксированные телекоммуникации, системы с активным ответом, радиолокация, радионавигация, обработка изображений, широкополосный радиодоступ, идентификация подвижных объектов, медицинская диагностика.
Разработан программно-аппаратный имитационный комплекс, обеспечивающий комплексное моделирование и анализ эффективности широкого класса алгоритмов и устройств обнаружения-различения-разрешения и многопользовательского приема сигналов с использованием современных интегрированных инструментальных сред разработки приложений для ПЛИС и процессоров ЦОС. Разработанный комплекс является универсальным средством повышения эффективности работы разработчиков алгоритмов и аппаратуры современных систем передачи и обработки информации, позволяющим существенно уменьшить временные и финансовые издержки при проведении полунатурных испытаний разрабатываемых изделий.