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 С тудент: Карпова Д.А. Группа: ЭР Научный руководитель: доц. Сизякова А.Ю. Москва, 2013г

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. 2

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

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

ПСП, используемые для прямого расширения спектра сигналов 1-й ансамбль (8ПСП) М-последовательности Длина N=127 Рис.3. Периодическая и апериодическая АКФ 5 2-й ансамбль (8ПСП) Коды Голда Длина N=127 Рис.4. Периодическая и апериодическая АКФ

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

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

Математическая и цифровая модель приемника ШПС-ПРС 8 Рис.8. Cхема приемника (демодулятор) ШПС Рис.9. Спектр сигнала после снятия ПСП Рис.10. Спектр сигнала на входе интегратора

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

Теоретическая оценка зависимости BER на выходе демодулятора приемника от отношения сигнал-шум 10 Отношение сигнал-шум, дБ Отношение сигнал-шум в разах x P B =Q(x) 011,4140,793 11,261,5870, ,581,780, ,9951,9980, ,5122,2140, ,1622,5150,006 63,9812,8220, ,01193,1668* ,313,5522* ,9433,9864* ,4724*10 -6 Таблица 2. Расчет зависимости вероятности битовой ошибки от отношения сигнал-шум

Расчет зависимости BER на выходе демодулятора приемника от отношения сигнал-шум 11 Рис.13. Зависимость вероятности битовой ошибки от отношения сигнал- шум q, дБQ(x) P ош (N=127бит) P ош (N=128бит) 00,07930,07850, ,05990,05480, ,03750,03830,037 30,02280,02210, ,01250,00930, ,006 0,007 60,00240,00190,003 78,39* * *10 -4 Таблица 3. Сводная таблица результатов

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

13 Кол-во помех Теор-ие расчеты q, дБ 00,07930,08310,08370,08790,08820,0890,08990,0930, ,05990,05620,05880,06130,06440,06670,07230,07280, ,03750,040,04110,04220,0430,04610,04960,04990, ,02280,02290,0250,02860,02870,03210,03580,03660, ,0125 0,01540,01770,020,02020,2390,02410, ,0060,00690,00910,00920,0110,01280,01410,01420, ,0024 0,00340,00580,00610,00810,00880,00890, , ,00150,0020,00310,00330,00380,00420,00490,005 Таблица 4. Сводная таблица результатов с использованием расширяющих ПСП длиной 127 элементов. Рис.17. Зависимость вероятности битовой ошибки от отношения сигнал-шум при разном количестве взаимных помех

14 Кол-во помех N=127 0,08310,08370,08790,08820,0890,08990,0930,0931 N=128 0,0780,07870,08170,08560,08620,08670,08730,0958 Кол-во помех N=127 0,00150,0020,00310,00330,00380,00420,00490,005 N=128 0,00160,00190,00290,00330,00470,00540,00670,0073 Рис.18. Зависимости битовой ошибки от отношения сигнал-шум Таблица 6. Таблица сравнения результатов при q=7дБ Таблица 5. Таблица сравнения результатов при q=0дБ

Заключение 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 сигнал- шум. 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. 15

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 С тудент: Карпова Д.А. Группа: ЭР Научный руководитель: доц. Сизякова А.Ю. Москва, 2013г