RU2706939C1 - Способ оценки параметров модели замираний радиоканала по закону накагами по многочастотному сигналу - Google Patents
Способ оценки параметров модели замираний радиоканала по закону накагами по многочастотному сигналу Download PDFInfo
- Publication number
- RU2706939C1 RU2706939C1 RU2019103159A RU2019103159A RU2706939C1 RU 2706939 C1 RU2706939 C1 RU 2706939C1 RU 2019103159 A RU2019103159 A RU 2019103159A RU 2019103159 A RU2019103159 A RU 2019103159A RU 2706939 C1 RU2706939 C1 RU 2706939C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- signal
- array
- adder
- transmitted
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B17/00—Monitoring; Testing
- H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
- H04B17/391—Modelling the propagation channel
- H04B17/3911—Fading models or fading generators
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электрорадиотехники и связи и может быть использовано в системах передачи данных, использующих многочастотные сигналы с ортогональным частотным разделением каналов, для оценки параметров канала связи. Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение получения оценки параметров модели замираний огибающей сигнала по закону Накагами по информационному многочастотному сигналу в случае, если в принимаемом информационном многочастотном сигнале для передачи данных используются все поднесущие частоты внутри выделенной полосы. Таким образом, не снижается скорость передачи данных. В способе осуществляется измерение значений амплитуды смеси сигнала и шума на всех частотах, используемых для передачи информационного сигнала с предварительным сложением и вычитанием двух соседних посылок, и используется аналитическое выражение для плотности случайной величины, равной отношению измеренных величин. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области электрорадиотехники и связи, и может быть использовано в системах передачи данных, использующих многочастотные сигналы с ортогональным частотным разделением каналов с двухпозиционной относительной фазовой модуляцией, для оценки параметров канала связи.
Для обеспечения стабильной работы системы передачи данных необходимо осуществлять контроль качества используемого канала связи. Критерием качества канала в цифровых системах связи является вероятность ошибки на бит, которая однозначно связана с параметрами модели замираний. Поэтому актуальной является задача определения параметров модели замираний огибающей сигнала по закону Накагами по результатам анализа информационного многочастотного сигнала.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ, описанный в [патент РФ на изобретение №2608363], который принят за прототип. Оценка параметров формируется с помощью анализа амплитуд полезного сигнала и шума, а также только шума на заданных поднесущих частотах внутри выделенной полосы.
Известный способ определения параметров распределения Накагами работает следующим образом.
Способ оценки параметров модели замираний огибающей сигнала по закону Накагами по информационному многочастотному сигналу, заключающийся в том, что на приемной стороне оцифровывают принимаемый сигнал в аналогово-цифровом преобразователе, затем передают оцифрованный сигнал с выхода аналогово-цифрового преобразователя одновременно на вход первого блока вычисления амплитуды и на вход второго блока вычисления амплитуды, при этом, в первом блоке вычисления амплитуды определяют значение амплитуды смеси принимаемого сигнала и шума на всех n частотах, используемых для передачи информационного сигнала, на длительности элементарной посылки, а c n выходов первого блока вычисления амплитуды на первые входы n соответствующих делителей передают вычисленные значения амплитуд, также, во втором блоке вычисления амплитуды определяют значение амплитуды шума на n частотах, неиспользуемых для передачи информационного сигнала, на длительности элементарной посылки, а с n выходов второго блока вычисления амплитуды передают вычисленные значения амплитуд на вторые входы n соответствующих делителей, в каждом делителе осуществляют деление значения амплитуды шума на частоте, неиспользуемой для передачи информационного сигнала, полученное по второму входу на значение амплитуды смеси сигнала и шума на частоте, используемой для передачи информационного сигнала полученное по первому входу, а результат деления передают с выхода каждого из n делителей на n соответствующих входов блока накопления, в котором накапливают выборку полученных n значений на длительности интервала анализа, равной М посылкам, получая, таким образом, выборку размером n×М значений, а с выхода блока накопления передают накопленный массив значений на вход блока вычисления параметров распределения, в котором методом наискорейшего спуска, определяют параметры модели замирания огибающей сигнала по закону Накагами m и , являющиеся координатами максимума функции правдоподобия где x1 - это i-е значение выборки, а - плотность распределения вероятности измеряемой случайной величины.
Недостатком прототипа является то, что его можно применять только в том случае, если в принимаемом информационном многочастотном сигнале для передачи данных используются не все поднесущие частоты внутри выделенной полосы, таким образом, снижается скорость передачи данных.
Целью изобретения является получение оценки параметров модели замираний радиоканала по закону Накагами путем анализа принимаемого информационного многочастотного сигнала.
Поставленная цель достигается тем, что способ оценки параметров модели замираний огибающей сигнала по закону Накагами по многочастотному сигналу состоит в том, что на приемной стороне оцифровывают принимаемый сигнал в аналогово-цифровом преобразователе, затем передают оцифрованный сигнал с выхода аналогово-цифрового преобразователя на вход блока вычисления преобразования Фурье, в котором вычисляют преобразование Фурье на длительности текущей элементарной посылки и результат в виде массива комплексных чисел, соответствующих используемым частотам, передают одновременно на вход линии задержки, на первый вход первого сумматора и на первый вход второго сумматора, затем в линии задержки задерживают поступивший массив на время, равное длительности элементарной посылки и далее с выхода передают его одновременно на второй вход первого сумматора со знаком минус и на второй вход второго сумматора, а в первом сумматоре осуществляют поэлементное сложение поступивших массивов, один из которых поступил со знаком минус, а во втором сумматоре также осуществляют поэлементное сложение поступивших массивов, далее с выхода первого сумматора передают массив комплексных чисел на вход первого блока вычисления модуля, а с выхода второго сумматора передают массив комплексных чисел на вход второго блока вычисления модуля, а в первом блоке вычисления модуля вычисляют поэлементно модуль поступившего массива, и передают результат в виде массива вещественных чисел на первый вход делителя, а во втором блоке вычисления модуля вычисляют поэлементно модуль поступившего массива, и передают результат в виде массива вещественных чисел на второй вход делителя, затем в делителе производят поэлементное деление массива, полученного по первому входу на массив, полученный по второму входу и результат деления в виде массива передают на вход блока накопления, и в блоке накопления производят накопление М последних полученных массивов, где М - заранее заданное число, а с выхода блока накопления передают накопленные массивы значений на вход блока вычисления параметров распределения, в котором, методом наискорейшего спуска, определяют параметры модели замираний огибающей сигнала по закону Накагами m и являющиеся координатами максимума функции правдоподобия где xi - это i-е значение выборки, - плотность распределения вероятности измеряемой случайной величины, при этом,
Структурная схема предложенного способа приведена на фиг. 1.
Способ основан на следующих предположениях.
В общем случае для определения плотности распределения огибающей сигнала в канале с замираниями, когда доступными для измерения являются только значения огибающей смеси сигнал + шум можно использовать подход, заключающийся в том, чтобы по плотности распределения огибающей смеси сигнал + шум определить параметры распределения Накагами. При этом, восстановить истинную плотность распределения огибающей можно, используя выборочную плотность распределения огибающей смеси сигнал + шум, получаемую посредством измерений на приемной стороне.
В данном подходе следует учитывать техническую проблему, связанную с тем, что на приемной стороне чаще всего сигнал перед обработкой проходит через устройство автоматической регулировки усиления (АРУ). Поскольку коэффициент усиления АРУ неизвестен и динамически меняется в процессе измерений, статистические характеристики выборочной плотности распределения амплитуды сигнала значительно меняются и, применение указанных выше способов напрямую, дает неадекватные оценки.
Избавиться от указанной трудности при приеме сигнала с использованием АРУ, можно, если для оценки параметров модели канала использовать выборку случайных величин, инвариантную к значению коэффициента усиления АРУ.
Предположим, что в принимаемом OFDM сигнале используется двухпозиционная относительная фазовая модуляция, а замирания сигнала являются медленными, то есть такие, что на соседних посылках амплитуда практически одинакова.
Тогда, амплитуда суммы спектральных составляющих сигнала на соседних посылках, в зависимости от разницы фаз, может принимать значения либо удвоенной помехи, либо удвоенного сигнала плюс удвоенной помехи. Так получается потому, что спектральные составляющие в векторном виде будут либо направлены в одну сторону, любо противоположно направлены. Аналогичным образом можно вычислить амплитуду разности сигналов на этих же соседних посылках. Таким образом, при демодуляции сигналов такими действиями всегда можно получить две случайные (СВ) α и β, одна из которых (α) будет соответствовать огибающей удвоенной помехи, а другая (β) - огибающей удвоенного сигнала плюс удвоенная помеха. При этом, какая из них будет соответствовать сложению, а какая вычитанию, в условиях априорной неопределенности принимаемых данных, указать невозможно. В условиях канала с постоянными параметрами СВ α и β являются независимыми и имеют плотности распределения Релея и Райса соответственно:
Теперь рассмотрим СВ, равную отношению огибающих суммы и разности сигналов:
где Δϕ - разница фаз между соседними посылками.
Как видно, γ в зависимости от разницы фаз, может иметь либо одну, либо другую плотность распределения.
В случае, когда Δϕ=0 функция распределения СВ γ удается найти в замкнутом виде:
Тогда плотность распределения СВ γ находим, дифференцируя функцию распределения:
Плотность распределения СВ γ, когда Δϕ=π имеет вид:
Таким образом, величина γ является случайной, которая может иметь одну из двух возможных плотностей вероятностей. При этом неизвестно, к какой именно плотности будет относиться полученная величина.
Далее предлагается рассматривать всю выборку величины γ целиком, то есть смесь выборок двух разных величин. Тогда, при условии, что передаваемые данные случайны и равновероятны (количество «0» и «1» примерно равно), можно представить плотность распределения СВ γ в виде следующей смеси двух плотностей:
Тогда в случае наличия замираний по закону Накагами плотности будут иметь вид:
Соответствующая смесь плотностей будет иметь вид:
Таким образом, для модели закона замираний Накагами и для указанного вида OFDM сигнала, удается получить в замкнутом виде выражение для плотности распределения измеряемой СВ γ. Сформировав выборку СВ, и имея аналитическое выражение для ее плотности распределения, можно воспользоваться методом максимального правдоподобия, как одним из методов оценки неизвестных параметров распределений. Неизвестными параметрами для случая, когда огибающая распределена по закону Накагами, будут среднее ОСП и глубина замираний m.
Тогда функция правдоподобия L, определяется выражением:
где xi - i-тое значение измеренной СВ γ;
N - объем выборки.
В этом случае координаты максимума функции правдоподобия являются оценками искомых величин и m. При этом максимум можно найти любым численным методом, например, методом наискорейшего спуска [Н.С. Бахвалов. Численные методы - М.: Наука, 1973. - 632 с.].
Способ работает следующим образом.
На приемной стороне оцифровывают принимаемый сигнал в аналогово-цифровом преобразователе 1, затем передают оцифрованный сигнал с выхода аналогово-цифрового преобразователя 1 на вход блока вычисления преобразования Фурье 2, в котором вычисляют преобразование Фурье на длительности текущей элементарной посылки и результат в виде массива комплексных чисел, соответствующих используемым частотам, передают одновременно на вход линии задержки 3, на первый вход первого сумматора 4 и на первый вход второго сумматора 5. Затем в линии задержки 3 задерживают поступивший массив на время, равное длительности элементарной посылки и далее с выхода передают его одновременно на второй вход первого сумматора 4 со знаком минус и на второй вход второго сумматора 5. В первом сумматоре 4 осуществляют поэлементное сложение поступивших массивов, один из которых поступил со знаком минус. Во втором сумматоре 5 также осуществляют поэлементное сложение поступивших массивов. Далее с выхода первого сумматора 4 передают массив комплексных чисел на вход первого блока вычисления модуля 6, а с выхода второго сумматора 5 передают массив комплексных чисел на вход второго блока вычисления модуля 7. В первом блоке вычисления модуля 6 вычисляют поэлементно модуль поступившего массива, и передают результат в виде массива вещественных чисел на первый вход делителя 8. Во втором блоке вычисления модуля 7 вычисляют поэлементно модуль поступившего массива, и передают результат в виде массива вещественных чисел на второй вход делителя 8. В делителе 8 производят поэлементное деление массива, полученного по первому входу на массив, полученный по второму входу и результат деления в виде массива чисел передают на вход блока накопления 9. В блоке накопления 9 производят накопление М последних полученных массивов, где М - заранее заданное число. С выхода блока накопления 9 передают накопленные массивы значений на вход блока вычисления параметров распределения 10, в котором, методом наискорейшего спуска, определяют параметры модели замираний огибающей сигнала по закону Накагами m и , являющиеся координатами максимума функции правдоподобия где xi - это i-е значение выборки, - плотность распределения вероятности измеряемой случайной величины, при этом,
Предлагаемый способ может быть использован для систем связи, использующих многочастотные сигналы с ортогональным частотным разделением каналов связи. Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает следующим преимуществом: обеспечивает получение оценки параметров модели замираний огибающей сигнала по закону Накагами по информационному многочастотному сигналу, в случае, если в принимаемом информационном многочастотном сигнале для передачи данных используются все поднесущие частоты внутри выделенной полосы, таким образом, не снижает скорость передачи данных.
Claims (1)
- Способ оценки параметров модели замираний огибающей сигнала по закону Накагами по многочастотному сигналу, заключающийся в том, что на приемной стороне оцифровывают принимаемый сигнал в аналогово-цифровом преобразователе, отличающийся тем, что затем передают оцифрованный сигнал с выхода аналогово-цифрового преобразователя на вход блока вычисления преобразования Фурье, в котором вычисляют преобразование Фурье на длительности текущей элементарной посылки, и результат в виде массива комплексных чисел, соответствующих используемым частотам, передают одновременно на вход линии задержки, на первый вход первого сумматора и на первый вход второго сумматора, затем в линии задержки задерживают поступивший массив на время, равное длительности элементарной посылки, и далее с выхода передают его одновременно на второй вход первого сумматора со знаком минус и на второй вход второго сумматора, а в первом сумматоре осуществляют поэлементное сложение поступивших массивов, один из которых поступил со знаком минус, а во втором сумматоре также осуществляют поэлементное сложение поступивших массивов, далее с выхода первого сумматора передают массив комплексных чисел на вход первого блока вычисления модуля, а с выхода второго сумматора передают массив комплексных чисел на вход второго блока вычисления модуля, а в первом блоке вычисления модуля вычисляют поэлементно модуль поступившего массива и передают результат в виде массива вещественных чисел на первый вход делителя, а во втором блоке вычисления модуля вычисляют поэлементно модуль поступившего массива и передают результат в виде массива вещественных чисел на второй вход делителя, затем в делителе производят поэлементное деление массива, полученного по первому входу на массив, полученный по второму входу, и результат деления в виде массива передают на вход блока накопления и в блоке накопления производят накопление М последних полученных массивов, где М - заранее заданное число, а с выхода блока накопления передают накопленные массивы значений на вход блока вычисления параметров распределения, в котором, методом наискорейшего спуска, определяют параметры модели замираний огибающей сигнала по закону Накагами m и , являющиеся координатами максимума функции правдоподобия где xi - это i-е значение выборки, - плотность распределения вероятности измеряемой случайной величины, при этом
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019103159A RU2706939C1 (ru) | 2019-02-05 | 2019-02-05 | Способ оценки параметров модели замираний радиоканала по закону накагами по многочастотному сигналу |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019103159A RU2706939C1 (ru) | 2019-02-05 | 2019-02-05 | Способ оценки параметров модели замираний радиоканала по закону накагами по многочастотному сигналу |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2706939C1 true RU2706939C1 (ru) | 2019-11-21 |
Family
ID=68652905
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019103159A RU2706939C1 (ru) | 2019-02-05 | 2019-02-05 | Способ оценки параметров модели замираний радиоканала по закону накагами по многочастотному сигналу |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2706939C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2742695C1 (ru) * | 2020-07-17 | 2021-02-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет» | Цифровой измеритель параметров случайных процессов с распределением Накагами |
CN115242332A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-10-25 | 武汉船舶通信研究所(中国船舶重工集团公司第七二二研究所) | 短波信道衰落估计方法、装置、通信设备和存储介质 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040176038A1 (en) * | 2002-12-06 | 2004-09-09 | Tao Luo | Method and apparatus of signal estimation over generalized fading channel |
RU2559734C1 (ru) * | 2014-06-17 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" | Способ определения параметров модели замирания радиоканала по закону райса по информационному многочастотному сигналу |
RU2608363C1 (ru) * | 2015-07-16 | 2017-01-18 | Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" | Способ оценки параметров модели замирания огибающей сигнала по закону накагами по информационному многочастотному сигналу |
-
2019
- 2019-02-05 RU RU2019103159A patent/RU2706939C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040176038A1 (en) * | 2002-12-06 | 2004-09-09 | Tao Luo | Method and apparatus of signal estimation over generalized fading channel |
RU2559734C1 (ru) * | 2014-06-17 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" | Способ определения параметров модели замирания радиоканала по закону райса по информационному многочастотному сигналу |
RU2608363C1 (ru) * | 2015-07-16 | 2017-01-18 | Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" | Способ оценки параметров модели замирания огибающей сигнала по закону накагами по информационному многочастотному сигналу |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Е.В.Чучин. Система моделей качества передачи цифровых сигналов по радиоканалам с замираниями Накагами. Auditorium: Электронный научный журнал Курского Государственного Университета. 2014. N 1. Найдено в Интеренет 09.09.2019: * |
Е.В.Чучин. Система моделей качества передачи цифровых сигналов по радиоканалам с замираниями Накагами. Auditorium: Электронный научный журнал Курского Государственного Университета. 2014. N 1. Найдено в Интеренет 09.09.2019: https://docplayer.ru/58820173-Sistema-modeley-kachestva-peredachi-cifrovyh-signalov-po-radiokanalam-s-zamiraniyami-nakagami-e-v-chuchin.html. И.Сытько. Определение характеристик случайных процессов, распределенных по закону Накагами. Ж.: Компоненты и технологии. 2014. N 1. Найдено в Интеренет 10.09.2019: http://jurnali-online.ru/elektronika/komponenty-i-texnologii-1-yanvar-2014.html. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2742695C1 (ru) * | 2020-07-17 | 2021-02-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет» | Цифровой измеритель параметров случайных процессов с распределением Накагами |
CN115242332A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-10-25 | 武汉船舶通信研究所(中国船舶重工集团公司第七二二研究所) | 短波信道衰落估计方法、装置、通信设备和存储介质 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kawabata et al. | Estimating velocity using diversity reception | |
Lundén et al. | Collaborative cyclostationary spectrum sensing for cognitive radio systems | |
US7043207B2 (en) | Fading frequency estimating apparatus | |
EP0440239A2 (en) | Antenna selection diversity reception apparatus | |
US6701264B2 (en) | Method of and apparatus for calibrating receive path gain | |
KR100929089B1 (ko) | 이동 통신 시스템에서 채널 품질 지시자 정보를 이용하여이동 단말의 속도를 추정하는 방법 및 장치 | |
RU2706939C1 (ru) | Способ оценки параметров модели замираний радиоканала по закону накагами по многочастотному сигналу | |
EP0664009B1 (en) | Burst tone range processing system and method | |
KR101004661B1 (ko) | 무선 통신 시스템에서의 간섭 평가 및 감소를 위한 방법 및시스템 | |
CN1018690B (zh) | 接收信号强度的快速指示 | |
EP0808031A2 (en) | Spread spectrum multi-path demodulator | |
CN111786917A (zh) | 信道估计方法、接收机及存储介质 | |
US6330431B1 (en) | Method and apparatus for measuring signal quality in a wireless communication system | |
US20090213743A1 (en) | Noise power estimation apparatus and method | |
RU2608363C1 (ru) | Способ оценки параметров модели замирания огибающей сигнала по закону накагами по информационному многочастотному сигналу | |
US7440526B2 (en) | Method and apparatus to acquire frame within transmission | |
EP1052820B1 (en) | Method and apparatus to determine the speed of mobile communications apparatus | |
US6163534A (en) | Method for determining the speed of a terminal equipment and a receiver | |
RU2559734C1 (ru) | Способ определения параметров модели замирания радиоканала по закону райса по информационному многочастотному сигналу | |
KR101173664B1 (ko) | 동기 채널 송수신 방법 및 장치 | |
US7277500B2 (en) | Signal-processing method and a receiver | |
KR20070006338A (ko) | 코드 분할 다중 접속 통신시스템에서 다중 사용자 검출장치 및 방법 | |
US20150072625A1 (en) | Source detection by spectrum sensing | |
RU2548032C2 (ru) | Способ оценивания отношения сигнал/шум при использовании сигналов с фазовой модуляцией | |
RU2768238C1 (ru) | Способ двухэтапной селекции спектральных компонент радиосигналов в многоканальной аппаратуре радиомониторинга |