2007 Селеменев "Разработка программно-математических...

Московский Государственный Университет Приборостроения и Информатики

Разработка программно-математических средств для оценки производительности помехоустойчивого кодирования в системах беспроводной передачи данных

Москва 2007

Выполнил

Селеменев Михаил Павлович

Руководитель

Мельников Алексей Олегович

2

Распространение радиосигнала

3

Постановка задачи

Среда распространен

ия

декодер

приёмник

источник

кодер

4

Модели каналов

Канал с аддитивным гауссовским шумом Двоичный канал со стиранием Двоичный симметричный канал Релеевский канал Райсовский канал WSSUS

5

Двоичный канал со стиранием и двоичный симметричный канал

Табл

ица

апос

тери

орны

х ве

роят

ност

ей к

анал

а:

p

qp

q

1 p q

1 p q

1-p-q

1-p-q

a1 a1

a2 a2

pa3

q

q

pД

воич

ный

кана

л со

сти

рани

ем

Дво

ичны

й си

мм

етри

чны

й ка

нал

1-p

1-p

p

p

0

1

0

1Вход Выход

Эта

м

одел

ь ш

ирок

о ис

поль

зова

лась

для

ана

лиза

св

ойст

в ко

дов,

ис

прав

ляю

щих

ош

ибки

.

6

Райсовский Релеевский канал

каналПрямой луч

01

( ) ( ( ) ( ))i

Nj

i ii

y t k x t e x t

2

0

N

iK

K –

фак

тор

Райс

а, п

рини

маю

щий

пр

и да

нном

м

одел

иров

ании

зн

ачен

ие 1

0 dB

.

где

нет прямого луча

1

( ) ( )i

Nj

i ii

y t k e x t

где

( )y t

– вы

ходн

ой с

игна

л в

мом

ент

врем

ени

( )x tt

– в

ходн

ой с

игна

л в

мом

ент

врем

ени

2

1

1N

ii

k

N

– к

олич

еств

о от

раж

ённы

х лу

чей;

i i

– к

оэф

фиц

иент

зат

ухан

ия

-ого

луч

а;

i i

–

фаз

овы

й сд

виг

от

расс

еива

ния

-ого

луч

а, р

ад;

i i

– о

тнос

ител

ьная

зад

ерж

ка

-ого

луч

а, м

кс.

; ; t

7

Технология OFDM01

101

1110

1

техн

олог

ия

OFD

M

техн

олог

ия

OFD

M

8

Основные принципы OFDM

Защитный интервал

Спектр радиосигнала с одной несущей (а) и

OFDM (б)

Модулятор и демодулятор

для обработки OFDM-символа … …О

брат

ное

быст

рое

прео

браз

ован

ие

Фур

ье

Бы

стро

е пр

еобр

азов

ание

Ф

урье

9

Общая структура широкополосной системы передачи данных

БПЧ БПЧВЧ ВЧ

IQ-модулятор

IQ-демодулятор

Преобразо-ватель

частоты

Преобразо-ватель

частоты

Усилитель мощности

Малошумя-щий

усилитель

I

Q

Общая схема системы беспроводной передачи данных

Схема высокочастотного тракта

ВЧ ВЧ

Источник

Скремблер

Помехоустойчивый кодер

Интерливер

Добавление защитногоинтервала

Формирующий фильтр

ВЧ передатчик Модель канала ВЧ приёмник

Символьная синхронизация

Быстрое преобразование

Фурье

Выравнивание канала, оценка

Помехоустойчивый декодер

Дескремблер

Сравнение с исходными

данными

Маппер

Создание фрейма

Обратное быстрое преобразование

Фурье

Деинтерливер

Демаппер

BER

Стр

укту

рная

схе

ма

сист

емы

оце

нки

прои

звод

ител

ьнос

ти б

еспр

овод

ной

пере

дачи

да

нны

х

10

Пом

ехоу

стой

чиво

е ко

диро

вани

е

Источник

Скремблер








Фурье




Сравнение с исходными данными

Маппер



Фурье


Демаппер

BER

Скр

ембл

ер/д

ескр

ембл

ер

Исходный поток

Зашифр. поток

1

1

0 1

1

0

X0

X1 X7 X8 X9

X10…

Гене

раци

я ко

диру

ющ

ей

посл

едов

ател

ьнос

ти с

крем

блер

а

11

Источник

Скремблер








Фурье





Маппер



Фурье


Демаппер

BER

Инт

ерли

вер/

деин

терл

ивер

( / )( mod ) ( / )0,1,..., 1CBPS

CBPS

i N K k K floor k Kk N

( / ) ( ( / ))mod0,1,..., 1

CBPS CBPS

CBPS

j s floor i s i N floor K i N si N

max( / 2,1)BPSCs N

Пер

емеш

иван

ие р

еали

зует

ся в

со

отве

тств

ии с

фор

мул

ами:

для

перв

ой

стад

иидл

я вт

орой

ст

адии

0 20 40 60 80 100

0

500

1000

1500

12

Источник

Скремблер








Фурье





Маппер



Фурье


Демаппер

BER

Мап

пер/

дем

аппе

р

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

I

Q

Мод

уляц

ия Q

AM

64

b0,b1,b2 ось I000 -7001 -5011 -3010 -1110 1111 3101 5100 7

b3,b4,b5 ось Q000 -7001 -5011 -3010 -1110 1111 3101 5100 7

13

Знач

ения

ком

плек

сны

х ам

плит

уд

посл

е пе

реда

чи

до п

еред

ачи

Век

торн

ая д

иагр

амм

а Гр

ея

Q

Q

I I

Источник

Скремблер








Фурье





Маппер



Фурье


Демаппер

BER

Стр

укту

ра ф

рейм

а дл

я O

FDM

-сим

вола

значения в ячейках-пилотахзначения в ячейках с даннымизначения в защитных ячейках

Поз

иции

ско

льзя

щих

пи

лотн

ых

ячее

к вы

числ

яютс

я по

фор

мул

е:

4/3 2(1/ 2 )k kR w

14

min min max3( mod ) 3 ( , [ ; ])Sk K i l l p p Z k K K

Знач

ения

ком

плек

сны

х ам

плит

уд в

яче

йках

-пил

отах

:

Источник

Скремблер








Фурье





Маппер



Фурье


Демаппер

BER

Фил

ьтра

ция

КИХ-

фил

ьтр

низк

их ч

асто

т

15

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

Normalized Frequency ( rad/sample)

Mag

nitu

de (dB

)

Magnitude Response (dB)

Част

отна

я ха

ракт

ерис

тика

фил

ьтра

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30


Pow

er/fr

eque

ncy

(dB/

rad/

sam

ple)

Pow er Spectral Density Estimate via Welch

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-120

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30


Pow

er/fr

eque

ncy

(dB

/rad/

sam

ple)

Power Spectral Density Estimate via Welch

Час

тотн

ая х

арак

тери

стик

а си

гнал

а

до ф

ильт

раци

и

посл

е ф

ильт

раци

и

Источник

Скремблер








Фурье





Маппер



Фурье


Демаппер

BER

Мод

уль

синх

рони

заци

и и

корр

еляц

ия в

си

гнал

е

bT

tП

оиск

кор

реля

цион

ного

мак

сим

ума

Корр

еляц

ия р

ассч

иты

вает

ся п

о ф

орм

уле:

1

*

0

( ) ( ) ( )gT

bi

F j r j i T r j i

гд

е j

– по

зици

я те

кущ

его

отсч

ёта

в пр

инят

ом с

игна

ле;

r(k)

–

ком

плек

сное

зн

ачен

ие

от

счёт

а в

прин

ятом

сиг

нале

;r*

(k)

– ко

мпл

ексн

о-со

пряж

ённо

е зн

ачен

ие

отсч

ёта

в пр

инят

ом

сигн

але.

16

Источник

Скремблер








Фурье





Маппер



Фурье


Демаппер

BER

Оце

нка

и вы

равн

иван

ие к

анал

а

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18001.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Оце

нка

и ис

тин

ное

знач

ение

час

тот

ного

от

клик

а ка

нала

Вы

числ

ение

исх

одно

го

част

отно

го с

пект

раси

гнал

а:

ii

i

yxK

практическая оценка канала;теоретическая оценка канала.

–

исхо

дное

зна

чени

е,

соот

ветс

твую

щее

i-о

й по

днес

ущей

до

пере

дачи

;

– пр

инят

ое з

наче

ние,

со

отве

тств

ующ

ее

i-ой

подн

есущ

ей

посл

е пе

реда

чи;

–

коэф

фиц

иент

пер

едач

и.

17

iy

ix

iK

Источник

Скремблер








Фурье





Маппер



Фурье


Демаппер

BER

Вы

числ

ение

LLR

и в

заим

одей

стви

я с

деко

деро

мД

екод

ер

LLR

1101

18

19

Результаты моделирования

Организационно-экономический раздел

Ленточный график разработки ПС

Смета затрат на разработку ПС

Основные технико-экономические показатели проекта

Структура затрат на разработку ПС

20

21

Результаты и выводы Реализован блок модели канала для беспроводной передачи

данных

Реализована модель типовой системы беспроводной передачи данных на основе технологии OFDM

Для рассмотренных моделей каналов производительность LDPC кода выше, чем для других методов помехоустойчивого кодирования

2007 Селеменев "Разработка программно-математических...

Engineering