Изучение вопросов построения и анализ помехоустойчивости систем радиосвязи при использовании кодового уплотнения сигналов

1. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ» Институт ИРЭ Кафедра радиотехнических систем Направление радиотехника

МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ
Программа: Радиотехнические системы связи и навигации
Тема: Изучение вопросов построения и анализ помехоустойчивости систем
радиосвязи при использовании кодового уплотнения сигналов
Студент: Карпова Д.А.
Группа: ЭР-20-07
Научный руководитель: доц. Сизякова А.Ю.
Москва, 2013г

2. Цели работы:

2
Цели работы:
• Изучение теоретического материала о формировании и
использовании широкополосной передачи в системах
радиосвязи на основе CDMA.
• Подробное рассмотрение метода прямого расширения
спектра с использованием расширяющих ПСП.
• Обоснованный выбор ансамблей ПСП для формирования
ШПС.
• Рассмотрение ПСП с дополнительным битом четности и
изучение их характеристик.
• Составление моделей системы радиосвязи с ШПС и
построение цифровой модели методом мгновенных
значений и методом комплексных амплитуд в пакете
Matlab (тракт обработки сигнала считается линейным, СТС
– идеальной, работа СВН без погрешностей).
• Оценка достоверности приема сигнала на фоне
внутреннего шума приемника и взаимных помех.

3. Метод прямого расширения спектра

3
Метод прямого расширения спектра
Рис.1. Функциональная схема цифровой системы
радиосвязи с ШПС-ПРС

4. Построение системы радиосвязи с ШПС-ПРС

4
Построение системы радиосвязи
с ШПС-ПРС
Рис.2. Обобщенная функциональная схема системы
радиосвязи с ШПС

5. ПСП, используемые для прямого расширения спектра сигналов

5
1-й ансамбль (8ПСП)
М-последовательности
Длина N=127
2-й ансамбль (8ПСП)
Коды Голда
Длина N=127
Рис.3. Периодическая и апериодическая
АКФ
Рис.4. Периодическая и апериодическая
АКФ

6. Исследование характеристик ПСП (М-последовательности и коды Голда)

6
Таблица 1. Сводная таблица результатов исследования характеристик
ПСП длиной N=127 и N=128
N = 127
АКФ
апериод период
М-посл.
Коды
Голда
12
1
(-10,2 дБ) (-21дБ)
23
(-7дБ)
17
(-8,7дБ)
N = 128
ВКФ
АКФ
ВКФ
аперио период апериод период аперио период
д
д
43
41
12
23
43
43
(-4,7дБ) (-4,9дБ)
(-10,3
(-7,5дБ) (-4,7дБ) (-4,7дБ)
дБ)
26
17
23
23
26
24
(-6,9дБ) (-8,7дБ) (-7,5дБ) (-7,5дБ) (-6,9дБ) (-7,3дБ)

7. Математическая и цифровая модели передатчика ШПС-ПРС

Математическая и цифровая модели 7
передатчика ШПС-ПРС
Рис.5. Схема передатчика ШПС
Рис.6. Спектр сигнала 2ФМ
Рис.7. Спектр сигнала ШПС

8. Математическая и цифровая модель приемника ШПС-ПРС

Рис.8. Cхема приемника (демодулятор) ШПС
Рис.9. Спектр сигнала после снятия
ПСП
Рис.10. Спектр сигнала на входе
интегратора
8

9. Приемник ШПС-ПРС

9
Приемник ШПС-ПРС
Рис.11. Реализация сигнала на входе порогового
устройства (отношение сигнал-шум в канале 5дБ)
Рис.12. Демодулированный сигнал

10. Теоретическая оценка зависимости BER на выходе демодулятора приемника от отношения сигнал-шум

Таблица 2. Расчет зависимости вероятности битовой ошибки от
отношения сигнал-шум
Отношение
сигнал-шум,
дБ
Отношение
сигнал-шум в
разах
x
PB=Q(x)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
1,26
1,58
1,995
2,512
3,162
3,981
5,0119
6,31
7,943
10
1,414
1,587
1,78
1,998
2,214
2,515
2,822
3,166
3,552
3,986
4,472
0,793
0,0599
0,0375
0,0228
0,0136
0,006
0,0024
8*10-4
2*10-4
4*10-5
4*10-6
10

11. Расчет зависимости BER на выходе демодулятора приемника от отношения сигнал-шум

Расчет зависимости BER на выходе демодулятора приемника от11
отношения сигнал-шум
Рис.13. Зависимость вероятности
битовой ошибки от отношения сигналшум
Таблица 3.
Сводная таблица результатов
q, дБ
Q(x)
0
1
2
3
4
5
6
0,0793
0,0599
0,0375
0,0228
0,0125
0,006
0,0024
-4
Pош
(N=127бит)
0,0785
0,0548
0,0383
0,0221
0,0093
0,006
0,0019
-4
Pош
(N=128бит)
0,0776
0,0554
0,037
0,0249
0,0125
0,007
0,003
-4

12. Работа системы на фоне взаимных помех

12
Работа системы на фоне взаимных помех
Рис.14. Последовательность на
входе приемника (K=2)
Рис.15. Последовательность на
входе приемника (K=8)
Рис.16. Спектр сигнала на входе
приемника

13.

Таблица 4. Сводная таблица результатов с использованием 13
расширяющих ПСП длиной 127 элементов.
Кол-во
помех
q, дБ
Теор-ие
расчеты
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
7
0,0793
0,0599
0,0375
0,0228
0,0125
0,006
0,0024
0,000839
0,0831
0,0562
0,04
0,0229
0,0125
0,0069
0,0024
0,0015
0,0837
0,0588
0,0411
0,025
0,0154
0,0091
0,0034
0,002
0,0879
0,0613
0,0422
0,0286
0,0177
0,0092
0,0058
0,0031
0,0882
0,0644
0,043
0,0287
0,02
0,011
0,0061
0,0033
0,089
0,0667
0,0461
0,0321
0,0202
0,0128
0,0081
0,0038
0,0899
0,0723
0,0496
0,0358
0,239
0,0141
0,0088
0,0042
0,093
0,0728
0,0499
0,0366
0,0241
0,0142
0,0089
0,0049
0,0931
0,0747
0,0529
0,0401
0,0272
0,0148
0,0109
0,005
Рис.17. Зависимость
вероятности битовой
ошибки от отношения
сигнал-шум при
разном количестве
взаимных помех

14.

14
Рис.18. Зависимости битовой ошибки от отношения сигнал-шум
Таблица 5. Таблица сравнения результатов при q=0дБ
Кол-во
помех
N=127
N=128
0
1
2
3
4
5
6
7
0,0831
0,0837
0,0879
0,0882
0,089
0,0899
0,093
0,0931
0,078
0,0787
0,0817
0,0856
0,0862
0,0867
0,0873
0,0958
Таблица 6. Таблица сравнения результатов при q=7дБ
Кол-во
помех
N=127
N=128
0
1
2
3
4
5
6
7
0,0015
0,002
0,0031
0,0033
0,0038
0,0042
0,0049
0,005
0,0016
0,0019
0,0029
0,0033
0,0047
0,0054
0,0067
0,0073

15. Заключение

15
• Для моделирования широкополосной системы, обоснованно выбраны два ансамбля
ПСП: М-последовательностей и кодов Голда длиной 127, состоящих из восьми
последовательностей. Критерием отбора ПСП в ансамбли являлась минимизация
максимальных уровней ВКФ;
• В ансамбле М-последовательностей имеются пары ПСП, которые обладают
трехуровневыми периодическими ВКФ. В ансамбле кодов Голда трехуровневыми ВКФ
обладают все пары, что говорит о преимуществе их использования для расширения
спектра сигналов.
• Изучено влияние дополнительного бита четности на характеристики ПСП. В
исследуемых ансамблях с ПСП длинами 128 замечено, что значения максимальных
уровней ВКФ не изменяются в сравнении с ПСП длиной 127бит;
• Получены зависимости вероятности битовой ошибки приема от отношения сигналшум. Результаты, полученные при моделировании, практически совпадают с
теоретической кривой.
• Построен передатчик, одновременно передающий до восьми равных по мощности
сигналов. При увеличении количества помех вероятность битовой ошибки заметно
возрастает. Например, при отношении сигнал-шум 0дБ, вероятность ошибки возросла в
1,1 раз. При сравнительно большом отношении сигнал-шум, равном 7дБ, вероятность
битовой ошибки возросла в 3,3 раза. То есть влияние количества взаимных помех
проявляется в увеличении вероятности битовой ошибки с возрастанием их количества.

16. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ» Институт ИРЭ Кафедра радиотехнических систем Направление радиотехника

МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ
Программа: Радиотехнические системы связи и навигации
Тема: Изучение вопросов построения и анализ помехоустойчивости систем
радиосвязи при использовании кодового уплотнения сигналов
Студент: Карпова Д.А.
Группа: ЭР-20-07
Научный руководитель: доц. Сизякова А.Ю.
Москва, 2013г