Исследование методом моделирования на ПК модулятора-демодулятора многочастотных М-ичных ортогональных хаотических широкополосных сигналов для построения сетей 3G и 4G

14 декабря 2011 г. 2:04

ТЕХНОЛОГИИ

Исследование методом моделирования на ПК модулятора-демодулятора многочастотных М-ичных ортогональных хаотических широкополосных сигналов для построения сетей 30 и 40

Ключевые слова: М-ичные ортогональные многочастотные хаотические широкополосные сигналы, модулятор-демодулятор, множественный доступ, помехоустойчивость, моделирование на ПК, канал с постоянными параметрами, помеха гребенчатого типа.

Предложен метод формирования и приема новых многочастотных М-ичных ортогональных хаотических широкополосных сигналов (Multi-carrier Мчзгу Orthogonal Chaotic Spread Spectrum Signals — MC-MO-CSSS) с объемом ансамбля 2-256 и более. Проведён анализ некоторых свойств MC-MO-CSSS. Предложена структура модулятора-демодулятора таких сигналов, который может быть использован для развертывания систем связи 3G, 4G, и приведены результаты его моделирования на ПК. Путем сравнения оценок помехоустойчивости приема на фоне белого гауссова шума в канале с постоянными параметрами доказана адекватность модели. С помощью модели был апробирован новый способ подавления помех гребенчатого типа при приеме MC-MO-CSSS. Результаты оценки помехоустойчивости приема, полученные для различного числа поражённых поднесущих MC-MO-CSSS, подтверждают эффективность предложенного способа.

Салтыков А.Р.,

аспирант СПбГУТ

им. проф. М.А.Бонч-Бруевича

Соболев АА,

аспирант СПбГУТ

им. проф. М.А.Бонч-Бруевича

Введение: Перспективы развития

стандартов 3G, 4G

Анализ тенденций развито стандартов связи показал, что стандарт CDMA (Code Division Multiple Access—множественный доступ (МД) с кодовым разделением каналов) получил широкое применение в системах 3G и 4G [ 11 [2]. Конкурирующими технологиями МД по отношению к CDMA, являются различные технологии доступа, использующие множество поднесущих: OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access — МД с ортогональным частотным разделением каналов), MC-CDMA (МиИ-Carrier CDMA — МД с косрвым разделением каналов на нескольких несущих), MC-DS-CDMA (Mulfi-Сапіег Direct Sequence CDMA — МД с ксдовым разделением каналов на нескольких несущих по метод/ прямого расширения спектра), MT-CDMA (Multi-Tone CDMA — МД с многочастотным кодовым разделением), SS-MC-MA (Spread Spectrum Multi-Carrier Multiple Access — многочастотный спектрально распределенный МД) и другие. Они обеспечивают меньший уровень помех коллективного

доступа, допускают работу большего количества пользователей и обладают радам других положительных моментов.

Существующие стандарты мобильной связи и широкополосного доступа (Wideband CDMA—широкополосный МД с кодовым разделением каналов, Mobile WIMAX и др.), на наш взгляд не применимы для создания специальных радиотехнических систем (РТС), в том числе военного назначения, так как они обеспечивают низкую степень помехозащищенности и недостаточную надежность связи с мобильными пользователями, движущимися со скоростями более 150 миль/ч.

Анализ современного научно-технического уровю разработок в области построения систем с расширением спектра показал, что перспективными являются следующие направления:

• Применение гибридных систем, сочетающих прямое расширение спектра и скачки по частоте [3].

• Переход к сигнальным конструкциям, содержащим ансамбли сигналов большой размерности (М-ичные ШПС) М =64-256.

• Применение гибридных систем со многими псднесущими.

• Переход к когерентному (квазикогерент-ному) приему с когерентным сложением составляющих сложного сигнала или к некогерентному приёму с когерентным сложением [4J.

• Совместное примелете широкополосных сигналов и ксвов, в том числе и турбоксврв [3].

• Разработка новых принципов формирования и обработки сложных сигналов, основанных на пространственно-временном копировании и пространственно-временной обработке.

Разработанная система передачи информации с МД должна, по возможности, использовал» стандартные верхние уровни модели взаимодействия открытых систем OSI. Физический уровень системы передачи информации должен быть построен на основе применения стохастических многопозиционных широкополосных си талое (СМПШПС) с централизованным назначением требуемого числа частотных позиций для разных пользователей [5, 6]. Для обеспечения высокой помехозащищенности должен быть предусмотрен ряд режимов:

• Применение гибридных СМПШПС с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты

• Применение многоантенных систем и пространственно-временного кодирования

• Использование набора различных кедов [3].

В данной статье предложен метод формирования и приема новых многочостотных М-ичных ортогональных хаотических широкополосных сигналов (Mute-carrier Мчзгу Orthogonal Chootic Spread Spectrum Signals — MC-MO-CSSS) с объемом ансамбля M - 2-256 и более. Проведен анализ некоторых свойств MC-MO-CSSS, предложена структура модулятора-демодулятора таких сигналов, который может быть использован для построения систем связи 3G, 4G, и приведены результаты его моделирования на ПК.

Структура MGMOCSSS

Вариант сигнала с номером к ансамбля MC-MO-CSSS можно записать в следующем виде:

38

T-Comm #5-2011

ТЕХНОЛОГИИ

Рт

^ 9. Грофики зависимости вероятности ошибки на бит от отношения сигнал — шум в условиях аддитивного белого гауссовского шума для МС-МО-С^Б со следующими параметрами М = 2, т= 10,1=5. Красная кривая — теоретическая зависимость, черная — резугътат моделирования

I 01 001 I 10"»

I 10**

по"* 1 ю-* in9

»)

Кс. 10.1рафики зависимости вероятности оимбки на бит от отношения сигнал-шум:

а) — в условиях гребенчатой помехи на 5 частотах при фисо^хэванном отношении помеха-сигнал 10 д Б для МС-МОСБЭБ со следуюи»л^ параметрами: черная кривая: М = 2, т= 10, /« 5 красная кривая: М = 2,

т= 10, / 10: синяя кривая: М = 2, т= 10, /= 20;

б) — в условиях гребенчатой помехи на 1 частоте при фиксированном отношении помехсхигнал 10 дБ для МС-МО-СБЗБ со следукх!»1ми параметрами: черная кривая: М = 2, т- 10, /* 5, красная кривая: М = 2,

т= 10,/= 10; синяя кривая: М = 2, т= 10,/= 20

зованием МС-МО-СЭББ, целями которой являются:

• Исследование помехоустойчивости и помехозащищённости радиолинии в условиях воздействия помех гребенчатого типа, а также флуктуационных, импульсных помех;

• Получение указанных характеристик для различных моделей каналов: с постоянными параметрами, с замираниями по закону Райса и Релея,

• Исследование характеристик синхронизации по задержке МС-МО-СБ^

Путем сравнения результатов оценок помехоустойчивости приема на фоне белого гауссова шума в канале с постоянными параметрами доказана адекватность модели. Достижи-

мая помехоустойчивость приема существенно зависит от интервала дискретизации. С помощью модели был апробирован новый способ подавлена помех гребенчатого типа при приёме MC-MO-CSSS. Результаты оценки помехоустойчивости приема, полученные для различного числа пораженных поднесущих MC-MO-CSSS, подтверждают эффективность способа.

Литература

1 HaroS., FVaodR. Mullicomer Techniques for 4G МоЫе Communicdions. Artech House, 2003.

2 Бабков BJO, Ваэнок MA, Hhottw A.K, Сивере M А Системы связи с кодовым разделением каналов. - СПб - СП6ГУГ, 1999.-120с

3 Прокис Д*. Цифровая связь Пер. с англ. — М.: Рад ио и связь 2000.

4 Бортниоов ВД. Помехоустойчивость квазико-герентного разнесенного приема марковских сигналов в цифровых линиях связи, — М.: Радиотехниса /Известия вузов. Т.28, 1985. №4. — С72-74.

5 Орлов М.Б, Чеоюмэв М.Н, Шквалов МЛ, Щербаков АН Синтез многочастотных многопозиционных ортогональных хаотических сигналов // Радиотехника 2001. — №5.

6 Кислое В.Я, Кислое ВД Новый класс сигналов для передачи ^формации. Широкополосные хаотические сигналы. — М.: Радиотехника и электро***-ка - 1Лг N«8, 1997. - С962-973.

Чеоюмэв МК Современные метод ы приема цифровых сигналов в линиях радиосвязи. — А: ВАС 1988.-192 с.

Investigation of Modulator-Demodulator of Multi-carrier M-ary Orthogonal Chaotic Spread Spectrum Signals for 3rd Generation and 4th Generation Mobile Networking Using Computer Simulations

Sobolev AA, Saltykov A.R.

Abstract

In iris article the method of generation and reception of novel Multi-carrier M-ary Orthogonal Chaotic Spread Spectrum Signals (MC-MO-CSSS) with size of signal ensemble from 2 up to 256 and more is supposed. The analysis of some MC-MO-CSSS properties is carried out. The structure of MC-MO-CSSS modulator-demodulalor which can be used for deployment of both 3rd Generation and 4th Generation communication systems is offered. Results of computer simulations for MC-MO-CSSS are shewn. Adequacy of computer model is proven by means of comparison of the reception noise immunity estimation against white Gaussian noise for die channel with the constant parameters. The new approach of comb noise rejection at MC-MO-CSSS reception has been approved. Results of the reception noise immunity estimation which have been given for a various number of affected MC-MO-CSSS subcarriers confirm efficiency of the offered approach.

Key words: MiiScanier M-ary Orthogonal ChaoSc Spread Spectrum Signers, rTKxJutator-denxxWalof, mufciple access, noise immuniy, computer simulation, channel with constant parameters, comb noise.

42

T-Comm #5-2011