Диссертация (Идентификация и оценка параметров сигнала стандарта LTE), страница 8

Т.к. изначальный размер массива 62отсчета, операция pad добавляет 0 в начало и конец массива.Затем выполняется операция БПФ:N 1FFTS n    S p n e j 2knN, k  0, ..., N  1(3.7)n0N 1FFTdu n    d u p n e j 2knN, k  0, ..., N  1(3.8)n0После чего вычисляется взаимнокорреляционная функция результатов БПФ:Corr2 m   depad  FFTS n  depad FFTd u n  m61n0(3.9)52где depad - операция выкалывания, т.е. удаления из массива значений, соответствующихрасположению добавленных ранее 0 в результате операции pad .Результатомявляетсяперемножениедвухполученныхвзаимнокорреляционныхфункций [65, 66]:Rm  Corr1 mCorr2 m(3.10)Структурная схема предложенного метода представлена на рисунке 3.12, где Norm операция нормирования, жирная линия (Frame) означает структуру сигнала в виде кадра, тонкаялиния (Sample) означает структуру в виде отсчетов сигнала.На рисунке 3.13 представлены эпюры сигналов в точках 1-5 рисунка 3.12 для отношениясигнал/шум в полосе сигнала 0 дБ.

Эпюра в точке 1 на рисунке 3.13 представляет собойвзаимнокорреляционную функцию принятой смеси сигнала с шумом и эталона первичногосинхросигнала, эпюры в точках 2 и 3 – результат операции БПФ, эпюра в точке 4 –взаимнокорреляционная функция сигналов в точках 2 и 3, а эпюра в точке 5 – итоговаякорреляционная функция, получаемая в результате перемножения двух полученных ранеевзаимнокорреляционных функций. Из рисунка 3.13видно, что полученная итоговаякорреляционная функция имеет меньший уровень боковых лепестков, чем корреляционнаяфункция на эпюре 1.В случае наличия фазовой и частотной отстройки, математическое описание методаидентично представленному в формулах (3.4) - (4.10), но принимаемая смесь сигнала с шумомбудет иметь вид:(3.11)(3.12)где,– частотная и фазовая отстройка, соответственно; T - шаг дискретизации.53Рисунок 3.12 - Структурная схема предлагаемого методаРисунок 3.13 - Эпюры сигналов в точках 1-5 структурной схемыИмитационное моделирование.На рисунках 3.14, 3.15 и 3.16 представлены зависимости вероятности ложногоопределения максимума взаимнокорреляционной функции ( ) от отношения сигнал/шум(ОСШ) в полосе сигнала (Signal-to Noise Ratio (SNR)) для моделей каналов EPA, EVA и ETUпри идеальной работе системы синхронизации.Зеленой линией обозначена кривая для корреляционной функции на основе результатовБПФ (БПФ КФ), красной линией кривая для "классической" корреляционной функции (КФ) исиней – предлагаемый метод (ПМ).

Предлагаемый метод позволяет снизить вероятность54ложногоопределения максимумавзаимнокорреляционнойклассическим методом. Так для вероятностифункциипосравнениюсдля модели канала EPA энергетическийвыигрыш составил 1.9 дБ, для модели канала EVA 1.7 дБ, для модели канала ETU 1.5 дБ. Методвычисления корреляционной функции на основе результатов БПФ показал практическиидентичные с классическим методом результаты.Предложенный метод позволяет получить без усреднения результаты соизмеримые срезультатами, представленными в [11] лишь при числе усредняемых результатов равном 30.

Изрисунков 3.14 - 3.16 следует, что вероятность правильного детектирования опускается нижезначения 0.9 при ОСШ -5 дБ для модели канала EPA, при -7 дБ для модели канала EVA и -8 дБдля ETU, что превосходит так же результаты представленные в [63].Исследован характер изменения вероятностиот нормированной частотной отстройкипри фиксированном значении ОСШ для рассматриваемых моделей каналов. Нормировкапроизведена к величине разноса между поднесущимикГц. Примеры полученныхзависимостей представлены на рисунках 3.17 - 3.22. Рисунки 3.17-3.19 отображают зависимостивероятности ложного определения максимума взаимнокорреляционной функциинормированной частотной отстройкиотдля каналов EPA, EVA и ETU, соответственно, приОСШ = 0 дБ.Рисунок 3.14 - Зависимость вероятности ложного определения максимумавзаимнокорреляционной функции (Pв) от ОСШ для модели канала EPA55Рисунок 3.15 - Зависимость вероятности ложного определения максимумавзаимнокорреляционной функции (Pв) от ОСШ для модели канала EVAРисунок 3.16 - Зависимость вероятности ложного определения максимумавзаимнокорреляционной функции (Pв) от ОСШ для модели канала ETU56Рисунок 3.17 - Зависимость вероятности ложного определения максимумавзаимнокорреляционной функции (Pв) от нормированной частотной отстройки длямодели канала EPA.

ОСШ = 0 дБРисунок 3.18 - Зависимость вероятности ложного определения максимумавзаимнокорреляционной функции (Pв) от нормированной частотной отстройки длямодели канала EVA. ОСШ = 0 дБ57Рисунок 3.19 - Зависимость вероятности ложного определения максимумавзаимнокорреляционной функции (Pв) от нормированной частотной отстройки длямодели канала ETU. ОСШ = 0 дБДля всех каналов метод на основе результатов БПФ показывает практически идентичныерезультаты с классическим методом при нормированной частотной отстройке,свыше данного значения для метода на основе БПФ наблюдается ухудшение точности всравнении с классическим методом.Также на рисунках 3.17 - 3.19 продемонстрировано преимущество предлагаемого методаперед классическим во всем рассматриваемом диапазоне нормированной частотной отстройки. Для модели канала EPA (рисунок 3.17) классический метод позволяет получитьвероятность порядкапри нормированной частотной отстройке,предлагаемый же метод позволяет получить такое же значение вероятности, но при.

Аналогичная тенденция отображена и на рис. 7-8.Рисунки 3.20 - 3.21 отображают зависимости вероятности ложного определениямаксимума взаимнокорреляционной функцииот нормированной частотной отстройкидля каналов EPA и EVA, соответственно, при ОСШ = 10 дБ.58Рисунок 3.20 - Зависимость вероятности ложного определения максимумавзаимнокорреляционной функции (Pв) от нормированной частотной отстройки длямодели канала EPA. ОСШ = 10 дБ.На рисунке 3.22 представлена зависимость вероятности ложного определениямаксимума взаимнокорреляционной функцииот нормированной частотной отстройкидля канала EPA при ОСШ = 20 дБ.На рисунков 3.20 и 3.22 видно, что для случая канала EPA увеличение ОСШ привело кзначительному ухудшению вероятностидля метода на основе результатов БПФ в сравнении склассическим методом, предлагаемый же метод в рассматриваемом диапазоне значенийнормированной частотной отстройкипозволяет добиться снижения вероятностивсравнении с классическим методом.

При этом характер кривых для предлагаемого иклассического метода практически идентичен. Для случая канала EVA при ОСШ = 10 дБ(рисунок 3.21) при увеличении нормированной частотной отстройкизначительное увеличение вероятностинаблюдаетсяне только для метода на основе результатов БПФ, но идля классического метода в сравнении с предлагаемым.59Рисунок 3.21 - Зависимость вероятности ложного определения максимумавзаимнокорреляционной функции (Pв) от нормированной частотной отстройки длямодели канала EVA. ОСШ = 10 дБРисунок 3.22 - Зависимость вероятности ложного определения максимумавзаимнокорреляционной функции (Pв) от нормированной частотной отстройки длямодели канала EPA.

ОСШ = 20 дБ603.4 Определение направления передачи LTE сигналаВ стандарте LTE в нисходящем направлении для осуществления процедурысинхронизации используется первичный и вторичный синхросигнал, на этой особенностибазируется предлагаемый подход. Предлагается осуществление процедуры детектированияпервичного синхросигнала, в случае успешного результата выносится решение о нисходящемнаправлении передачи, в противном случае - о восходящем.В основе подхода, используемого в стандарте для синхронизации лежит вычислениекорреляционных функций для трех образцов первичного синхросигнала, заранее известных наприемной стороне с фрагментами принимаемого сигнала, попадающими в интервал окнанаблюдения.Далее анализируется максимальное значение корреляционных функций в каждом изканалов обработки и выносится решение о том, какой из трех первичных синхросигналов былпринят.

Однако, в случае если заранее неизвестно является ли принимаемый сигналнисходящего направления, то описанный алгоритм будет ошибочно выдать сведения о том,какой из трех вариантов первичного синхросигнала используется в данный момент. В связи сэтим была предложена модификация этого метода.В случае попадания первичного синхросигнала в окно наблюдения, в одном из каналовобработки будет зафиксировано значение максимума корреляционной функции, превышающеезначения в других каналах. На рисунке 3.24 представлена красной сплошной линиейзависимость отношения максимального значения корреляционной функции среди трех каналовобработки (для каждого возможного варианта первичного синхросигнала) к наибольшемумаксимальному значению из двух других каналов. Синяя линия - наибольшее соотношениемежду максимальными значениями корреляционных функций, наблюдаемых в каналах, вкоторых в текущий момент времени полученные максимальные значения корреляционныхфункций не оказались наибольшими среди трех наблюдаемых каналов.

Пунктирные линиисоответствующих цветов обозначают трубку допуска. Результаты получены при усреднении по10 значениям.Зависимость доли правильной идентификации первичного синхросигнала от отношениясигнал/шум представлена на рисунке 3.25.Было исследовано, что за счет хороших автокорреляционных свойств первичногосинхросигнала, представляющего последовательность Задова-Чу, даже при отрицательныхзначениях отношения сигнал/шум соотношение значения максимума корреляционной функции61в канале, где произошло совпадение принятого синхросигнала с образцом, к значениям в двухдругих каналах имеет значение не ниже 1.5.Рисунок 3.24 - Зависимость оценки соотношений значений корреляционных функцийот ОСШРисунок 3.24 - Зависимость доли правильного детектирования синхросигнала отОСШЭта особенность может применяться для детектирования первичного синхросигнала, акак следствие и нисходящего направления передачи.

В случае если принимаемый сигналвосходящего направления, то значение соотношений максимумов в каждом из каналовобработки имеет значение не более 1.2.62ВыводыВ третьей главе данной диссертационной работы получены следующие результаты:1.Предложен слепой метод определения полосы сигнала стандарта LTE покорреляционной кривой циклического префикса и проведен анализ доли правильных измеренийполосы сигнала для каналов с замираниями. Результаты имитационного моделированияпоказали, что для моделей каналов с замираниями EPA, EVA и ETU c максимальной частотойДоплера 5, 70 и 300 Гц, соответственно, предложенный метод превосходит по точности методоценки по уровню х дБ, а так методы на основе вейвлет преобразования [11,63]. Предложенныйметод является устойчивым к влиянию замираний и позволяет обеспечить высокую долюправильных измерений полосы сигнала даже при низких ОСШ.

Так при полосе сигнала LTE в20 МГц для модели канала EPA при диапазоне ОСШ от -3 до 30 дБ вероятность верногоопределения полосы составляет не менее 0.9, а для моделей каналов EVA и ETU при диапазонеОСШ от -3 до 30 дБ не менее 0.99 (при диапазоне ОСШ от -6 до 30 дБ не менее 0.9).Дальнейшее увеличение точности рассматриваемого метода в области низких значений ОСШвозможно за счет увеличения усредняемого объема слотов, а так же за счет более сложныхалгоритмов анализа полученных корреляционных функций.2.Разработан алгоритм автоматического распознавания LTE сигнала.3.Предложен метод вычисления корреляционной функции для последовательностейЗадова-Чу.Методобеспечиваетболеевысокуюточностьвычислениямаксимумакорреляционной функции при наличии шума в канале и частотной отстройки в сравнении склассическим методом.4.Предложен метод детектирования первичного синхросигнала, позволяющийобеспечить долю правильного детектирования порядка 0.95 при ОСШ до -5 дБ.