Автореферат (Идентификация и оценка параметров сигнала стандарта LTE), страница 4

(рисунок 5).Рисунок 5 - Зависимость ключевого параметра от отношения сигнал/шум длямодифицированного метода.16Вторая часть посвящена задаче измерения текущего отношения сигнал/шум безиспользования опорных сигналов. В стандарте LTE, как и в OFDM системах в целом,применяется защитный интервал, называемый циклическим префиксом для борьбы смежсимвольной интерференцией. Это означает разделение длительности символа на полезнуючасть и циклический префикс, формирующийся путем дублирования определенного количестваотсчетов с конца символа в его начало. Это свойство и лежит в основе предлагаемого метода.На вход системы поступает смесь сигнала с шумом:z (t )  S OFDM (t )  n(t )где SOFDM(t) - переданный сигнал, n(t ) - аддитивный белый гауссовский шум (АБГШ).Далее осуществляется последовательно-параллельное преобразование, после которогосигнал имеет структуру фрейма из N - отсчетов, где N - количество отсчетов, содержащихся водномOFDMсимволе.Изнакопленнойпоследовательностивыбираютсяотсчеты,соответствующие циклическому префиксу и отсчеты с конца OFDM символа, из которыхциклический префикс был сформирован.

Отметим, работа метода предусматривает идеальнуюработу системы символьной синхронизации.Обозначим принятый искаженный каналом циклический префикс как S1 (t ) , а принятыйфрагмент сигнала с конца OFDM символа S 2 (t ) . С учетом шума в канале искаженныйциклический префикс можно записать какS1 (t )  S cp (t )  n1 (t )где S cp (t ) – незашумленный циклический префикс, а ввиду полной идентичности, это ифрагмент сигнала с конца OFDM символа. Т.е.S 2 (t )  S cp (t )  n2 (t )Вычисляя авто- и взаимнокорреляционные функции, при достаточном количествеусредняемых значений получим:MRS1S1mean (0) Ri 1S 1S 1iM  S cp (t ) S cp* (t )dt   n1 (t )n1* (t )dt  Ps  PnMRS1S 2 mean (0) Ri 1S 1S 2 iM  S cp (t ) S cp* (t )dt Psгде M - объем усредняемой выборки значений КФ и АКФ.Далее значение отношения сигнал/шум в полосе сигнала можно найти как:17RS1S 2 mean (0)SNˆ R  10 lg RS1S1mean (0)  RS1S 2 mean (0) Однако такой метод имеет низкую точность оценки SNR. В связи с этим былапредложена другая методика.

В качестве ключевого параметра, по которому будетопределяться SNR, была выбрана мощность шума Pnoise , определяемая как:Pnoise  lgRS1S1mean (0)  RS1S 2mean (0)После чего ключевой параметр пересчитывается в текущее значение отношениясигнал/шум.Результаты проведенного имитационного моделирования показали, что на интервале от 5 до 30 дБ предложенный метод обеспечивает систематическую ошибку оценки значенияотношения сигнал/шум менее 0.004 дБ при вычислении отношения сигнал/шум по 100 слотам(M=100) длительностью 50 мс. Зависимость среднеквадратического отклонения (СКО) оценкизначения сигнал/шум представлена на рисунке 6. На интервале от -5 до 30 дБ предложенныйметод обеспечивает СКО оценки значения отношения сигнал/шум менее 0.11 дБ, а на интервалеот 5 до 30 дБ менее 0.07 дБ при M=100.В данной части раздела также проведено исследование влияния ошибок символьнойсинхронизации на точность предложенного метода. Исследование проводилось для случаярасширенного префикса, выявлено, что ошибка синхронизации даже на 1 отсчет приводит ксущественному ухудшению точности метода, однако при увеличении полосы сигнала, засчетувеличения и длины префикса, влияние уменьшается.Рисунок 6 - Зависимость СКО оценки отношения сигнал/шум от текущего отношениясигнал/шум.18В пятой главе описывается программно-алгоритмический комплекс, разработанный всреде MATLAB/Simulink с применением описанных в предыдущих главах методов.Программно-алгоритмический комплекс позволяет произвести идентификацию сигналастандарта LTE, оценку полосы сигнала, направления передачи, длины циклического префикса,длительности информационного символа на поднесущих, выполнить символьную и кадровуюсинхронизацию, компенсировать частотную отстройку, демодулировать принятый OFDM/SCOFDM сигнал, оценить отношение сигнал/шум, а также идентифицировать вид модуляции наподнесущих в слепую без использования служебной информации.Модель программно-алгоритмического комплекса и её графический интерфейспредставлены на рисунках 7-8.

Также в главе проведен анализ работоспособностиразработанного программно-алгоритмического комплекса, выявлена высокая эффективностьидентификации и оценки даже при низких значениях отношения сигнал/шум.Рисунок 7 - Графический интерфейс разработанного программно-алгоритмическогокомплекса.19Рисунок 8 - Программно-алгоритмический комплекс по идентификации и оценкепараметров сигнала стандарта LTE в среде MATLAB/Simulink.Основные результаты и выводы по работе1. Проанализированы основополагающие работы по идентификации цифровых методовмодуляции. Выявлены основные классы методов идентификации: методы на основестатистической теории распознавания образов и методы на основе статистической теориипринятия решений, а также их отличительные особенности.

Установлено, что для решенияпоставленной в работе задачи наибольший интерес представляют методы на основестатистической теории распознавания образов.2. Проанализированы основополагающие работы по оценке параметров сигналов сортогональным частотным мультиплексированием. Выявлены основные методы, используемыедля решения подобного рода задач.3. Проанализированы работы по идентификации и оценке параметров сигнала стандартаLTE. Выявлено, что задача автоматической идентификации LTE сигнала и определения егопараметров в полной мере не решена. Обоснована необходимость разработки методов иалгоритмов для решения задачи идентификации и оценки.4.

Проанализированы основные особенности стандарта LTE. Изучен физический уровеньстандарта LTE: рассмотрены технологии OFDM и SC-OFDM, возможные конфигурации с точкизрения занимаемой полосы сигнала, изучена структура кадров для случая частотного ивременного дуплекса, структура слотов, принцип формирования циклического префикса,20изучены основные физический каналы для нисходящего и восходящего направления, каналыуправления, сигналы синхронизации и т.д.5. Разработана имитационная модель физического уровня стандарта LTE в средеMATLAB/Simulink, приведены структурные схемы с описанием назначения блоков, а такжеописание возможностей модели.6.

Проведена успешная верификация модели. Установлено, что разработанная модельдействительно является модель стандарта LTE в виду полного совпадения характеристик(значения поддерживаемых полос сигнала, форма спектра, поддержка OFDM для нисходящегои SC-OFDM восходящего направления, длительности OFDM символов и символов наподнесущих, длительностей нормального и расширенного циклического префикса и т.д.).7. Предложен метод определения полосы сигнала стандарта LTE по корреляционнойкривой циклического префикса и проведен анализ доли правильных измерений полосы сигналадля каналов с замираниями.

Результаты имитационного моделирования показали, что длямоделей каналов с замираниями EPA, EVA и ETU c максимальной частотой Доплера 5, 70 и 300Гц, соответственно, предложенный метод превосходит по точности рекомендованныйМеждународным союзом электросвязи метод оценки по уровню х дБ, а так методы на основевейвлет преобразования. Предложенный метод является устойчивым к влиянию замираний ипозволяет обеспечить высокую долю правильных измерений полосы сигнала даже при низкихОСШ.8.РазработаналгоритмавтоматическогораспознаванияLTEсигнала.Методобеспечивает вероятность правильной идентификации не менее 85% при отношениисигнал/шум от -5 до 30 дБ на фоне АБГШ и замираний.9. Предложен метод вычисления корреляционной функции для последовательностейЗадова-Чу.Методобеспечиваетболеевысокуюточностьвычислениямаксимумакорреляционной функции при наличии шума в канале и частотной отстройки в сравнении склассическим методом.11.Разработан метод идентификации направления передачи сигнала LTE, показывающийвысокую точность даже при низких значениях ОСШ.12.

Модифицирован метод идентификации вида модуляции на поднесущих для сигналастандарта LTE. Метод позволяет идентифицировать ФМ-2 модуляцию с вероятностью не менее99 % при ОСШ до -5 дБ, а ФМ-4 с вероятностью 99% при ОСШ до 0 дБ..2113.Предложен алгоритм определения отношения сигнал/шум в полосе сигнала поциклическому префиксу, обеспечивающий СКО оценки не более 0.11 дБ в диапазоне значенийотношения сигнал/шум от -5 до 30 дБ.14.Исследовановлияниеошибоксимвольнойсинхронизациинаточностьразработанного метода определения отношения сигнал/шум в полосе сигнала по циклическомупрефиксу.15.Разработан программно-алгоритмический комплекс по идентификации и оценкепараметров сигнала стандарта LTE.

Программно-алгоритмический комплекс позволяетпроизвести идентификацию сигнала стандарта LTE, оценку полосы сигнала, направленияпередачи, длины циклического префикса, длительности информационного символа наподнесущих, выполнить символьную и кадровую синхронизацию, компенсировать частотнуюотстройку,демодулироватьпринятыйOFDM/SC-OFDMсигнал,оценитьотношениесигнал/шум, а также идентифицировать вид модуляции на поднесущих без использованияслужебной информации.Публикации по теме диссертацииПубликации в изданиях, рекомендованных ВАК1.Казачков В.О.