авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Исследование и оптимизация алгоритмов обработки сигналов в асинхронно - адресных системах связи

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Кокорева Вилена Анатольевна

Исследование и оптимизация алгоритмов обработки сигналов В асинхронно - Адресных системах связи

Специальность

05.12.04 — Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Таганрог - 2007

Работа выполнена на кафедре Радиоприемных устройств и телевидения (РПрУ и ТВ) Технологического института Южного федерального университета (ТИ ЮФУ) в г. Таганроге

Научный руководитель: — доктор технических наук,

профессор Литюк Виктор Игнатьевич

(Технологический институт, г. Таганрог)

Официальные оппоненты: — доктор технических наук,

профессор Федосов Валентин Петрович

(Технологический институт, г. Таганрог)

— кандидат технических наук,

доцент Сучков Петр Валентинович

(ЮРГУЭС, г. Ростов – на – Дону)

Ведущая организация: — Федеральное агентство по промышленности

ФГУП «ВНИИ Градиент»

(г. Ростов - на - Дону)

Защита состоится " 29 " августа 2007 г. в 1400 ауд. Д-406 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.20 при федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в ТИ ЮФУ по адресу: 347928, Ростовская область, г. Таганрог, ГСП-17А, пер. Некрасовский, д. 44.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке Южного федерального университета.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью организации, просим направлять по адресу:

ТТИ ЮФУ, ученому секретарю диссертационного совета Д212.208.20, пер. Некрасовский, 44, г. Таганрог, Ростовская область, ГСП-17А, 347928.

Автореферат разослан "_26_" _июля_2007 г.

,

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.208.20

кандидат технических наук, доцент Савельев В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Динамика развития систем информационного обмена, систем и сетей телекоммуникаций показывает, что возрастает потребность в передаче речевых сигналов (РС) в реальном масштабе времени. Поскольку происходит интенсивное увеличение пользователей систем связи, то загруженность каналов связи приводит к необходимости исследования потенциальных возможностей существующих и требует разработки новых методов по увеличению передаваемого потока информации в одной полосе частот.

Одним из решений данной задачи является многоканальная связь. Системы многоканальной радиосвязи служат для обеспечения обмена информацией между абонентами, когда есть возможность применять централизованное объединение абонентов. В том случае, когда размещение абонентов осуществляется на большой территории, случайность их размещения, большие скорости движения абонентов, необходимость обеспечения большой надежности и живучести по сравнению с многоканальными централизованными системами, то в этих случаях система связи может быть только асинхронной по времени, так как осуществить синхронизацию в перечисленных случаях практически невозможно.





Принципиальным отличием асинхронно-адресных систем связи (ААСС) от синхронных, является рассогласование моментов начала и окончания передачи сигналов отдельными абонентами и поступления их на вход приемного устройства. В связи с этим шумы неортогональности, сопровождающие работу таких систем, приводят к относительно низкому качеству связи, особенно при существенном увеличении числа одновременно работающих активных абонентов. Все это приводит к тому, что ААСС находят применение в качестве низовой радиосвязи. Следует отметить, что появление сотовых систем связи позволило за счет уменьшения размера сот и, соответственно, уменьшения количества одновременно находящихся в их зоне действия абонентов, решить частично проблему повышения качества радиосвязи. Тем не менее, в ряде случаев, таких, например, как сельская местность, военное применение, ААСС по-прежнему требуется обеспечение приемлемого качества передачи информации в условиях «закрытия» больших площадей и ограничений, накладываемых на используемый диапазон частот, что может быть обеспечено только ААСС. Существенный вклад в исследуемую область внесли Агеев Д. В., Reeves A.H., Венедиктов М. Д., Варакин Л.Е., Марков В.В., Эйдус Г.С., Гитлиц М.Н., Лев А.Ю., Макгайр М.Е., Литюк В.И. и другие исследователи.

Как известно, применение сложных сигналов (СС) позволяет получить более высокие характеристики радиотехнических систем. Отметим, что под СС k-го порядка (k=1,2,…) понимают такие сигналы, у которых в каждый момент времени на частотно-временной плоскости находится k значений частоты. При этом на каждой частоте над одной и той же информацией осуществляется модуляция по своему закону, присущему только этой частоте.

Появление цифровой обработки сигналов (ЦОС) позволило решить вопросы генерации и обработки СС с высокой степенью точности, ранее не достижимой аналоговыми методами. Большой вклад в развитие радиотехники ЦОС внесли Оппенгейн А.В., Шафер Р.В., Рабинер Л.Р., Гоулд Б., Рейдер Ч., Каляев А.В., Лихарев В.А. и ряд других авторов.

Современные синхронные и асинхронные информационные радиосистемы,

использующие сложные сигналы первого порядка (ССПП), т.е. k=1, практически достигли своих потенциальных возможностей по обработке информации, поступающей по радиоканалам. Также известны сложные сигналы второго порядка (ССВП) т.е. сигналы, у которых k=2. Одними из представителей этих сигналов являются СС на основе применения кодовых последовательностей в виде ансамблей комплементарных (дополнительных) кодовых последовательностей. Основными свойствами комплементарных (дополнительных) кодовых последовательностей и ССВП на их основе являются: а) суммарная автокорреляционная функция (АКФ) каждого из сигналов имеет вид «–функции»; б) суммарные взаимокорреляционные функции (ВКФ) «ортогональны в точке и на временном интервале при произвольном сдвиге».

Из проведенного краткого анализа видно, что в настоящее время не достаточно подробно рассмотрены вопросы, связанные с разработкой теоретических основ построения информационных асинхронных радиосистем, использующих ССВП. Таким образом, исследование методов и алгоритмов обработки в ААСС, использующих ССВП, представляет интерес как с научной, так и с практической точек зрения и является актуальной задачей, поскольку позволяют увеличить количество одновременно работающих абонентов в заданной полосе частот.

Целью диссертационной работы является исследование и оптимизация алгоритмов обработки сигналов в ААСС, использующих сложные сигналы второго порядка, для повышения их эффективности функционирования путем увеличении количества одновременно работающих абонентов в заданной полосе частот при сохранении требуемого качества связи.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

  • предложена модель цифровой ААСС, использующей ССВП;
  • предложена и исследована модель адаптивного устройства обнаружения начала и конца РС;
  • разработан алгоритм обработки РС на основе предложенной в работе модели;
  • разработан алгоритм выделения сигнала в виде ССВП на приёмном конце приёмо-передающего тракта ААСС с помощью адаптивного порогового устройства (АПУ);
  • разработан алгоритм обработки сигнала в виде ССВП на приёмном конце приёмо-передающего тракта ААСС на основе предложенной модели;
  • исследована эффективность приёмо-передающего тракта ААСС, использующих ССПП и ССВП на основе предложенных критериев оценок;
  • разработан программный комплекс для экспериментальной проверки эффективности предлагаемых алгоритмов.

Методы исследования основаны на использовании методов теории вероятности, методов теории статистических решений, методов теории матриц и матричного анализа. Также использовались численные методы математического моделирования, методы цифровой обработки сигналов и цифрового спектрального анализа, метод комплексной огибающей, методы статистического моделирования.



Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. предложена и исследована цифровая модель адаптивного устройства обнаружения (АУО) начала и конца речевого сигнала на передающей стороне приемо - передающего тракта ААСС;
  2. разработан алгоритм обработки звуковой реализации на основе предложенной цифровой модели АУО;
  3. предложен и исследован алгоритм выделения сигнала на основе использования свойств ССВП на приёмном конце приёмо-передающего тракта ААСС;
  4. разработан алгоритм обработки ССВП на приёмном конце приёмо-передающего тракта ААСС и проведен анализ его эффективности при нарушении условий симметричности боковых лепестков (БЛ) суммарных ВКФ;
  5. исследованы характеристики эффективности приёмо-передающего тракта ААСС, использующих ССПП и ССВП на основе предложенных критериев оценки и проведен их сравнительный анализ.

Практическая ценность диссертационной работы заключается:

- в возможности применения во вновь разрабатываемых ААСС новых видов сложных сигналов, а именно, ССВП, что позволяет существенно увеличить количество одновременно работающих абонентов без ухудшения качества связи в 8 - 9 раз по сравнению с функционирующими ААСС, использующие ССПП за счет расширения полосы занимаемых частот в 2 раза;

- разработанном программном обеспечении, которое позволяет проводить сравнительную оценку эффективности ААСС при применении различных видов кодирующих последовательностей в ССВП. Показано, что в заданной полосе частот ААСС использование D- и E-кодов, позволяет увеличить количество абонентов в 1,5 – 2 раза по сравнению с другими видами кодов;

- применение разработанных алгоритмов в АУО позволяет снизить поток сигналов, излучаемых в эфир ААСС, на 10 – 15 %.

Достоверность результатов подтверждаются использованием в процессе исследований адекватных описательных и математических моделей, корректным использованием математического аппарата и логической обоснованностью выводов, а также подтверждением полученных результатов методами имитационного моделирования и актами внедрения полученных результатов в работы промышленных предприятий и в учебный процесс кафедры РПрУ и ТВ.

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. Алгоритм обработки РС, принимаемых на фоне шумов неизвестной интенсивности, который позволяет определить начало и конец звуковых реализаций, поступающих на обработку в аддитивной смеси с шумом.
  2. Алгоритм выделения ССВП абонента, которые представляют собой последовательности кодирующих РС, принимаемые в аддитивной смеси с ССВП от других мешающих абонентов.
  3. Алгоритмы работы различных видов ПУ, у которых значение уровня порога изменяется в зависимости как от свойств ССВП, так и от уровня кодирующих РС внутрисистемных помех.
  4. Критерий эффективности (КЭФ) ААСС, использующих различные кодирующие последовательности.

Внедрение результатов работы. Полученные научные и практические результаты работы были использованы в разработках предприятия АМО ЗИЛ, в ООО «Станко-Пресс», также используются в учебном процессе на кафедре РПрУ и ТВ ТИ ЮФУ в г. Таганроге.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на:

VIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Москва, 2002; VI Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления». – Таганрог, 2002; 5-й Международной конференции и выставке «Цифровая обработка сигналов и ее применение». Москва, 2003; VII Международной научно-техническая конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Москва, 2003; VII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления». – Таганрог, 2004; Х Международной научно-техническая конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика».Москва, 2004; ХI Международной научно-техническая конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика».Москва, 2005; Международной молодёжной научно-техническая конференции студентов, аспирантов и учёных «Молодёжь и современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций РТ-2006». Севастополь, 2006; VIII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления». – Таганрог, 2004; L1 Научно-технической конференции ТРТУ. Таганрог, ТРТУ, 2005.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 статьи и 10 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 140 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Список литературы включает 65 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы цель и основные задачи, решаемые в работе, обоснована актуальность проблемы. Кратко приведено содержание по главам и основные результаты, выносимые на защиту.

В первой главе проведён анализ ААСС использующих ССПП, и рассмотрен их принцип работы. Сделан обзор разновидностей кодировок в ААСС, сделан вывод, что у существующих ААСС невозможно увеличение количества одновременно активных абонентов относительно их общего количества из-за внутрисистемных шумов, вследствие чего системы с данными видами кодовых последовательностей недостаточно эффективны для передачи РС. Рассмотрены свойства ССВП, для которых кодировка информационного сигнала является одновременно кодировкой адреса, что позволяет сократить количество передаваемой информации, а это приводит к упрощению технической реализации приемо-передающего тракта. Показано, что использование дискретно-частотных (ДЧ) ССВП позволяет повысить помехоустойчивость системы. Предложено использовать в ААСС сложные сигналы второго порядка на основе использования ансамблей кодовых последовательностей в виде D-, E-, L-, LQ-кодов у которых k=1, 2, 4, 8 соответственно. Рассмотрена укрупненная структурная схема приемо-передающего тракта ААСС с применением ССВП, которая представлено на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема передающего и приёмного тракта ААСС

На рисунке 1 представлены следующие обозначения: ИС- источник сигнала в том числе и РС; АОУ – адаптивное устройство обнаружения, ДМ – дельта-модулятор; БМ ДКП – блок модуляции дополнительными кодовыми последовательностями; УМ – усилитель мощности; А - антенна; ЛТП – линейный тракт приемника; АЦП – аналого-цифровой преобразователь; ФБДКП – формирование бита из дополнительных кодовых последовательностей; АПУ – адаптивное пороговое устройства; ДД – дельта-демодулятор; БПС – блок получателя сигнала.

Проведён анализ и выбор методов по построению систем распознавания речи. Показано, что эффективность анализа речи зависит от адекватности извлечения искомого типа информации и задача определения моментов начала и окончания фразы при наличии шумов является одной из важнейших задач в области обработки речи для ААСС. Это возможно при помощи применения пороговых устройств (ПУ). При этом ПУ должно быть адаптивным, так как звуковые реализации, поступающие на обработку с выходов микрофонов различных типов или телефонных каналов связи, так и шумы, возникающие при использовании звуковых карт в аналоговых узлах ААСС, полагаются гауссовскими широкополосными действительными процессами с математическим ожиданием равным нулю и дисперсиями, зависящими от их интенсивности.

Проведён анализ критериев эффективности и предложен критерий эффективности, который наиболее полно позволяет определить качество соответствующей ААСС. Поскольку основные характеристики ААСС - это общее число активных абонентов, сложность аппаратуры и качество связи, то в данной диссертации основным КЭФ ААСС является критерий числа одновременно активных абонентов в одной полосе частот, у которых разборчивость не менее 50 %.

КЭФ= (N0/N)*100%, (1)

где N0 –количество активных абонентов, N- общее количество абонентов.

Во второй главе рассмотрен предложенный алгоритм оценки эффективности устройства, позволяющего обнаруживать начало и конец звуковой реализации с постоянной вероятностью ложной тревоги при различных интенсивностях шумовых компонент. На рисунке 2 изображена структурная схема АОУ. Для цифровых ААСС используются на передающих концах различные звуковые карты, у которых различные интенсивности внутрисистемных шумов. Это отражается на обнаружении начала и конца реализаций РС, из-за чего возможен большой процент “срывных” ситуаций. В АУО преобразователь Гильберта (ПГ) используется для формирования однополярного сверхширокополосного сигнала, которым является РС. Методом эвристического синтеза получено адаптивное устройство обнаружения РС, реализующее предложенный алгоритм, которое является двухканальным. Оно состоит из канала измерения уровня помех и сигнального канала. В шумовом канале производится измерение уровня помех, происходит режектирование В ЦРФ спектральных составляющих сигнала и производится измерение интенсивности шума.

Полученные величины интенсивности шума используются для управления уровнем порога в ПУ, за счет чего и поддерживается постоянство вероятности ложной тревоги F. Оценка эффективности предложенного устройства проводилась путем построения характеристик обнаружения D при различных вероятностях ложной тревоги F=10-3; 10-4; 10-5, на основе использования критерия Неймана-Пирсона.

 Структурная схема АУО начала и-4

Рисунок 2 - Структурная схема АУО начала и конца звуковой реализации

С выхода ЦРФ помеховые квадратурные компоненты поступали на вход блока вычисления корня квадратного из суммы квадратов. Полученные отсчеты огибающей помехи усредняются в усредняющем устройстве и после усреднения умножаются на соответствующий коэффициент g. Управление уровнем помехи порога позволяет сформировать адаптивный порог. Для формирования величины g с целью сокращения количества опытов и получения состоятельных оценок в данной работе применялся метод экстремальных статистик. Уровни величины g выбирались таким образом, чтобы получить значения F=10-3; F=10-4; F=10-5.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.