Разработка адаптивных алгоритмов управления информационным обменом для системы широкополосного радиодоступа технологии МАКВИЛ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Шорин Василий Олегович

• Шорин Василий Олегович
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Шорин Василий Олегович

Оглавление

Введение

1. Существующие и перспективные технологии повышения качества информационного обмена в системах широкополосного доступа поколений 4G-5G

1.1. Адаптивная настройка радиоканала по RS-врезкам в OFDM сигналах

1.2. Особенности сигналов OFDM (4G) и FBMC, UFMC (5G)

1.3. Режим хэндовера в технологии МАКВИЛ

1.4. Выводы по разделу

2. Разработка усовершенствованных алгоритмов адаптивной настройки радиоканала для системы широкополосного доступа МАКВИЛ

2.1. Сопоставление структур OFDM, применяемых в LTE и МАКВИЛ

2.2. Алгоритмы обработки единичных замеров на кадре МАКВИЛ

2.3. Модели динамического поведения характеристик радиоканала в условиях многолучевого распространения

2.4. Алгоритмы синхронизации и коррекции искажений, вызванных частотной характеристикой канала в режиме накопления

2.5. Алгоритмы с наилучшими показателями

2.6. Алгоритм контроля мобильности

2.7. Выводы по разделу

3. Борьба с внешними помехами в системе широкополосного доступа МАКВИЛ 87 3.1. Борьба с внешними помехами, воздействующим на БС

3.2. Борьба с внешними помехами, воздействующими на абонентские

терминалы

3.3. Техника улучшенной борьбы с явлением блокировки мощными помехами схем АЦП

3.4. Экспериментальная проверка работы абонентского оборудования МАКВИЛ в условиях воздействия помех высокой мощности

3.5. Исследование режима хэндовера в технологии МАКВИЛ

3.6. Выводы по разделу

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Приложение А. Программа тестирования алгоритмов синхронизации и коррекции частотно-селективных искажений

Приложение Б. Акты внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка адаптивных алгоритмов управления информационным обменом для системы широкополосного радиодоступа технологии МАКВИЛ»

Введение

Актуальность работы. Системы профессиональной радиосвязи получили серьёзный стимул для развития в связи со сложной международной обстановкой. Требования, предъявляемые к профессиональным системам связи, по своему функционалу и надёжности работы во многом превышают требования, предъявляемые к сотовым системам радиотелефонной связи. Использование этих систем силовыми ведомствами наряду с гражданскими корпоративными пользователями определяет необходимость российского производства оборудования. Передаваемый при этом объем информации обуславливает необходимость наличия широкополосного радиоинтерфейса в рассматриваемых системах для обеспечения качественного высокоскоростного обмена мультимедийными данными между пользователями, чего не позволяют достичь такие распространённые стандарты как APCO25, TETRA, DMR.

Для решения таких задач китайской фирмой Xinwei был разработан и включён в рекомендацию МСЭ-R M.1801-2 стандарт мобильного широкополосного доступа [1]. На его основе был разработан национальный стандарт Российской Федерации «ГОСТ Р 58166-2018. Технические требования к радиоинтерфейсу широкополосной подвижной радиосвязи (ШПР). Организация протоколов и алгоритмов работы на канальном и физическом уровнях. Основные параметры и технические требования» [2], которым определена структура сигнала, использующего перспективные технологии, такие как OFDM. Брендовое название технологии - МАКВИЛ (McWiLL). Совместным российско-китайским предприятием «НИРИТ-СИНВЭЙ Телеком Технолоджи» была построена национальная сеть профессиональной радиосвязи технологии МАКВИЛ и ведется непрерывная работа по локализации технологии консорциумом, объединяющим научно-производственные предприятия, развивающие технологию МАКВИЛ в России. Технология относится к поколению 4G и, следовательно, основывается на

широком базисе результатов научных исследований этого поколения. Однако, выделенные решениями ГКРЧ [5, 6] в России диапазоны частот не являются допустимыми для использования систем связи 4G ЦТЕ и, следовательно, невозможно полноценно использовать уже имеющийся научно-технический задел по этим системам. В связи с этим в особом свете предстаёт ряд исследований, начатых ещё в прошлом веке, по развитию классических методов организации работы радиоканала для приложений, связанных с системами подвижной связи. Сюда входят методы пространственной обработки сигналов, выбор геометрии антенн, алгоритмы распределения ресурса радиоканала между абонентами, техника организации хэндовера, исследования способов борьбы с внутрисистемными и внешними помехами, а также вопросы ЭМС.

При локализации системы МАКВИЛ на территории РФ были проведены масштабные работы по детальному изучению её принципов и основ. В результате был определен ряд технических и теоретических аспектов, усовершенствование и дальнейшая проработка которых может заметно повысить эффективность МАКВИЛ в условиях, характерных для РФ с учетом выделенного диапазона частот. Российские учёные и разработчики, включая автора диссертации, оказались в этой части в более выигрышном положении. Во-первых, они смогли учесть опыт китайских разработчиков. Во-вторых, при развёртывании и запуске в эксплуатацию сети МАКВИЛ на территории РФ был получен ряд новых оригинальных результатов [3, 4]. Качество информационного обмена в таких системах в основном определяется качеством широкополосного радиоканала и оптимизацией режимов работы системы при сотовой структуре. Внутри таких полос неизбежно возникают частотно-селективные замирания с динамическим характером поведения. Поэтому для эффективной работы радиоканала в системах радиосвязи и системах широкополосного доступа требуется в реальном времени решать задачу слежения за частотно-селективными искажениями с целью их компенсации. Кроме того, радиоэфир в целом приобрёл новые негативные свойства. Они состоят в высоком уровне воздействий внешних и внутрисистемных помех, обладающих ярко выраженным динамическим

поведением. Поэтому в системах широкополосного доступа требуется решение, обеспечивающее внутрисистемную ЭМС и борьбу с помехами. Причём алгоритмы и процедуры реализации должны обладать предельно высокой производительностью при ограничениях на вычислительные ресурсы.

Широкий круг вопросов, который необходимо решать для улучшения качества работы системы, также включает в себя вопрос оптимизации режима хэндовера, в том числе путем выбора наилучших параметров структуры сигнала.

В связи с изложенным, исследование вопросов повышения качества информационного обмена между абонентами, в результате применения адаптивных алгоритмов оценки параметров радиоканала и повышения помехоустойчивости, и, как следствие, скорости передачи информации в реальной системе технологии МАКВИЛ с учётом её конкретных особенностей, в том числе режима хэндовера, является актуальной задачей.

Степень разработанности темы. В период разработки системы МАКВИЛ наряду с общесистемными вопросами, был рассмотрен широкий круг проблем, связанных с вопросами технологии цифровой и аналоговой обработки сигналов. Слияние двух потоков решений - исследований Стэндфордской школы в части усовершенствованных методов пространственно-временных преобразований и группы из Остинского (шт. Техас, США) университета в части аналоговых и цифровых методов обработки сигналов - способствовало их взаимному обогащению и позволило в итоге реализовать проект McWiLL. Однако, ряд научных и технических вопросов оказался вне детальной проработки в силу ограниченной длительности проекта.

Определённая стандартом сигнальная структура OFDM (Orthogonal frequency division тиШр1ех^)-мультиплексирование с ортогональным частотным разделением, имеет существенное преимущество: такие сигналы обладают высокой устойчивостью к искажениям при многолучевом распространении радиосигнала. Отпадает необходимость в использовании сложных схем эквалайзеров, предназначенных для коррекции искажений, порождаемых при многолучевом распространении радиосигнала.

Совокупность всех параметров и архитектурных решений системы, в числе которых ключевое значение имеют алгоритмы хэндовера (как один из наиболее сложных компонентов) формируют результирующее качество обслуживания (QoS), что, в свою очередь, непосредственно определяет потенциальный объем информационного обмена.

Главным инструментом, формирующим показатели помехоустойчивости систем и линий связи, являются алгоритмы обработки сигнала, реализующие на приёме заданное качество приема информации в условиях предельно низких отношений уровня мощности сигнала к уровню мощности смеси помехи и шума в радиоканале. Для идеализированных условий, предполагающих отсутствие искажений сигнала и справедливость модели аддитивных гауссовских шумов, потенциально достижимые показатели безошибочной передачи информации известны специалистам в рамках классической теории информации Клода Шеннона [1]. В настоящее время усилиями учёных, разработчиков и технических специалистов получены решения и сигнально-кодовые конструкции, которые в ряде лабораторных тестовых испытаний продемонстрировали скорость информационного обмена, практически не отличающуюся от уровня предельной границы Шеннона [8-10].

Помимо положительных свойств у OFDM сигналов имеется ряд недостатков. Главными из них являются: высокое значение пик-фактора (Peak-to-Average Power Ratio (PAPR)) сигналов; требование централизованной организации единой тактовой синхронизации на активных АТ и на БС системы; повышенная чувствительность к качеству частотной синхронизации и доплеровским сдвигам частот; повышенная чувствительность к воздействию внешних помех, при малых отстройках по спектру от рабочей полосы.

Совокупность приведённых выше обстоятельств выступает серьёзным препятствием для применения известных методов стохастической фильтрации, традиционно предлагаемых теорией статистической обработки сигналов (например, [11-13]) для решения задач синхронизации и слежения за изменяющимися параметрами. Высокая чувствительность алгоритмов

стохастической фильтрации к параметрам уравнений движения фильтруемого процесса не позволяет гарантировать условие «высокой точности» [11-14], лежащее в основе указанной техники. Тем более, что для достижения близкой к предельной пропускной способности радиоканала обычно требуются достаточно сложные законы модуляции (QAM64 и выше) [15], для которых незначительные ошибки способны приводить к потере работоспособности.

Ожидаемый результат (в работе подтверждён для системы МАКВИЛ) состоит в разработке алгоритмов с предельно простыми вариантами агрегирования статистических данных, который бы уже на малых выборках гарантировал рабочие характеристики, незначительно уступающие потенциальным. В дальнейшем в качестве допустимых для МАКВИЛ были использованы эквивалентные энергетические потери, составляющие не более 1.5 дБ.

Известны два подхода к организации борьбы с блокирующими помехами. Первый заключается в увеличении рабочего динамического диапазона применяемых схем АЦП, второй - в применении на входе АЦП аналоговых фильтров с высоким показателем прямоугольности амплитудно-частотной характеристики. Но указанные подходы, к сожалению, порождают существенные побочные технологические издержки. В результате их применение на терминалах мобильных абонентов становится невозможным по ряду технических и экономических причин.

Вопросу создания эффективных радиочастотных (RF) микросхем для формирования и обработки радиосигналов в цифровом виде посвящено достаточно большое число работ, например [16-18], и есть готовые решения, применяемые в терминалах систем подвижной радиосвязи [19].

В той или иной степени рассмотренные выше вопросы прорабатывались в трудах российских учёных: Аджемова А.С., Быховского М.А. Крейнделина В.Б, Дворковича А.В., Волчкова В.П., Пестрякова А.В., Бокка Г.О., Карташевского В.Г., Шломы А.М., Шорина О.А. и др.

Цель работы. Повышение эффективности информационного обмена в системе широкополосной профессиональной радиосвязи технологии МАКВИЛ в результате использования разработанных алгоритмов и рекомендаций по улучшению ключевых параметров радиосистемы.

Научная задача исследования заключается в разработке адаптивных методов оценки параметров синхронизации и АЧХ радиоканала, разработке рекомендаций по улучшению качества борьбы с мощными внешними помехами и рекомендаций по организации режима хэндовера, что ведёт к повышению эффективности информационного обмена в системе в целом.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие научные задачи:

1. Определить в результате анализа наиболее существенные факторы, влияющие на информационный обмен в системах радиосвязи, использующих технологию МАКВИЛ, в выделенном для их функционирования частотном диапазоне в Российской Федерации.

2. Разработать адаптивный алгоритм синхронизации и коррекции характеристик радиоканала по RS врезкам, учитывающий реальные параметры технологии МАКВИЛ, динамику движения абонента, и обеспечивающий более высокую помехоустойчивость по сравнению со известными алгоритмами.

3. Разработать рекомендации по аналогово-цифровой обработке сигнала, обеспечивающие повышенную эффективность борьбы с мощными внешними помехами без изменения аппаратной части абонентского устройства.

4. Разработать рекомендации по организации режима хэндовера в технологии МАКВИЛ, позволяющие повысить скорость и объём информационного обмена в системе связи.

Объектом исследования являются системы профессиональной подвижной радиосвязи, работающие по ГОСТ Р 58166-2018, реализующие технологию МАКВИЛ.

Предметом исследования являются алгоритмы адаптивной оценки параметров радиоканала, вхождения в синхронизацию, борьбы с мощными внешними помехами и параметры режима хэндовера.

Методология и методы исследования. При решении поставленных задач исследования используются методы теории вероятностей, статистической радиотехники, теории радиотехнических цепей, имитационного статистического моделирования и вычислительного эксперимента. Научная новизна работы.

1. Разработан адаптивный алгоритм синхронизации и коррекции характеристик радиоканала по RS врезкам физического уровня технологии МАКВИЛ в режиме TDD, который, в отличие от известных алгоритмов, учитывает динамику движения абонентов, за счет чего позволяет получить выигрыш 5 дБ в отношении сигнал/шум при заданном качестве оценки характеристик радиоканала.

2. Разработаны рекомендации и запатентован способ аналогово-цифровой обработки сигнала, который, в отличие от известных, позволяет обеспечивать информационный обмен в системе связи МАКВИЛ при повышенном более чем на 18 дБ уровне внешней помехи блокирования без модификации аппаратной платформы устройств абонентов.

3. Разработаны рекомендации по организации режима хэндовера в технологии МАКВИЛ, в отличие от известных учитывающие качества новых алгоритмов обработки сигналов, что в совокупности приводит к повышению эффективности информационного обмена в системе широкополосной профессиональной радиосвязи технологии МАКВИЛ, подтвержденному в результате расчетов и натурных испытаний на эксплуатируемом участке сети связи.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы состоит в разработке алгоритмов синхронизации и коррекции параметров радиоканала по единичным измерениям на RS врезках, позволяющих в широкополосных системах радиосвязи, работающих в режиме TDD и использующих технологию МАКВИЛ, получить результаты, превосходящие рекомендации вендоров и обеспечивающие при упрощении вычислительной сложности потери, не превосходящие 1,5 дБ. Определены также параметры бесконфликтных зон хэндовера, что позволяет повысить эффективность обслуживания абонентов системы.

Практическая значимость определяется непосредственным внедрением результатов работы при оптимизации структуры системы связи, проводимой ООО «НПП ИРТ» (г. Москва), и использованием разработанных алгоритмов в программном обеспечении оборудования, выпускаемого ООО «Завод «Эталон» (г. Тверь).

Степень достоверности и апробации результатов. Достоверность результатов работы обеспечивается корректностью использования математического аппарата, соответствием результатов теоретических расчетов и результатов, полученных с помощью имитационного компьютерного моделирования, стендовых и натурных испытаний.

Публикации результатов. По теме диссертации было опубликовано 14 работ. Из них 4 статьи опубликованы в журналах из перечня ВАК, 2 работы проиндексированы в базах данных Web of Science и SCOPUS. Получено 2 патента на изобретение.

Личный вклад автора. Все выносимые на защиту научные результаты получены соискателем лично. Из работ, опубликованных в соавторстве, в диссертацию включена только та их часть, которая получена лично соискателем.

Соответствие паспорту специальности. Проведённое автором исследование соответствует п. 5 «Исследование путей совершенствования управления информационными потоками» паспорта научной специальности 2.2.15 «Системы, сети и устройства телекоммуникаций».

Положения, выносимые на защиту.

1. Разработанный адаптивный алгоритм синхронизации и коррекции характеристик радиоканала по RS врезкам в режиме TDD обеспечивает выигрыш в отношении сигнал/шум не менее 5 дБ по отношению к известным алгоритмам при заданном качестве оценки характеристик радиоканала.

2. Разработанный способ аналогово-цифровой обработки сигнала позволяет обеспечить штатную работу абонентских устройств при повышенном более чем на 18 дБ уровне блокирующих помех, присутствующих в непосредственной близости к частотному диапазону, выделенному для работы системы связи МАКВИЛ в Российской Федерации.

3. Разработанные рекомендации по организации режима хэндовера позволяют повысить эффективность информационного обмена в системе широкополосной профессиональной радиосвязи МАКВИЛ, что количественно выражается в увеличении зоны бесконфликтного обслуживания абонентов в условиях городской застройки до 1,5 раз и увеличении средней скорости передачи информации до 34%.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трёх разделов, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы и двух приложений. Основная часть диссертации изложена на 150 страницах текста с 91 иллюстрацией и 10 таблицами. Список литературы насчитывает 64 наименования. Приложения изложены на 21 странице.

1. Существующие и перспективные технологии повышения качества информационного обмена в системах широкополосного доступа

поколений 4G-5G

Современные системы связи ориентированы на использование широких полос радиочастотного спектра при организации абонентских каналов. Внутри таких полос неизбежно возникают частотно-селективные замирания с динамическим характером поведения. Поэтому для эффективной работы радиоканала в системах связи и системах широкополосного доступа требуется в реальном времени решать задачу слежения за частотно-селективными искажениями с целью их компенсации. Кроме того, в следствие работы массива современных систем связи, радиоэфир в целом приобрёл новые негативные свойства. Они состоят в высоком уровне воздействий внешних и внутрисистемных помех, обладающих ярко выраженным динамическим поведением. Поэтому в системах широкополосного доступа также с необходимостью требуется решение, с одной стороны задач борьбы с помехами, а с другой стороны, обеспечение ЭМС внутри системы. Причём алгоритмы и процедуры реализации должны обладать предельно высокой производительностью при ограничениях на вычислительные ресурсы (производительность, объем памяти).

1.1. Адаптивная настройка радиоканала по RS-врезкам в OFDM сигналах

Системы связи, начиная с поколения 4G, ориентированы на использование в радиоканале сигналов, построенных на множестве поднесущих. Такие сигналы принято называть OFDM-сигналами (Orthogonal frequency-division multiplexing). При этом каждому активному абоненту для организации подключения к системе по радиоканалу распределяют ресурс нескольких поднесущих, на каждой из

которых осуществляется передача (приём) данных. Время разбивают на последовательность тактовых интервалов. На отдельном такте, для каждой из указанных поднесущих передающая сторона устанавливает амплитуду и фазу, путём выбора из множества допустимых состояний, предопределённого выбранным законом цифровой модуляции (например, QPSK, QAM16, QAM64). Чтобы правильно выполнить демодуляцию на приёмной стороне необходимо иметь достаточно точную информацию об амплитудно-фазовых искажениях сигнала каждой поднесущей, существующих в радиоканале на текущий момент времени. С этой целью в OFDM (SC-OFDM) на заданных тактах и заданных поднесущих передают референсные сигналы (RS) обладающие априорно известной структурой с заданными параметрами амплитуды и фазы. Это позволяет в простой форме выполнять измерения с последующей обработкой для адаптивной подстройки амплитудно-частотной (АЧХ) и фазо-частотной (ФЧХ) характеристик радиоканала на активных поднесущих.

По мере развития функциональности систем связи перечень задач, решаемые с помощью RS, стал расширяться. Так в сетях LTE Release S в структуру OFDM дополнительно к «исходным» Cell-specific RS были введены RS-врезки контроля искажений на трассах для сигналов, излучаемых каждым отдельным элементом антенной системы базовой станции (БС), используемые для организации режимов MIMO, MU-MIMO и в перспективе - для управления лучами диаграммы направленности, сопровождающими абонентов. В сетях LTE Release 9 в структуру сигналов SC-OFDM (линий «вверх» (Up-Link)) были введены дополнительно «зондирующие» RS-врезки (Sounding Reference Signals (SRS)), предназначенные для улучшения: контроля качества радиоканала на отдельных поднесущих линий вверх (Up-Link); управления переключением применяемых законов модуляции и управления мощностью трансляции. В линиях «вниз» (Down-Link) в структуру OFDM были дополнительно введены RS-врезки «позиционирования» (Positioning Reference Signals (PRS)), предназначенные для повышения вероятности правильного обнаружения абонентскими терминалами

(User Equipment (UE)) ближайших БС. На рисунках 1.1 а-г приведены примеры размещения указанных RS-врезок на ресурсном блоке сигнала OFDM.

Рисунок 1.1а) - Размещение «исходных» Cell-specific RS на спаренном ресурсном

блоке в OFDM-сигнале LTE

Рисунок 1. 1б) — Размещение Cell-specific RS на спаренном ресурсном блоке OFDM в ситуации сопряжения RS с 2-мя работающими антеннами

Частоты (поднесущие)

^Time Slot = 0.5 >

SubFrame = 1

Ri Ra Ro Ri R3 Ro

Ro r2 Ri Ro R2 Ri

Ri R3 Ro Ri R3 Ro

Ro r2 Ri Ro R2 Ri

Л

12 х 15кГц = 180 кГц

мя (такты OFDM)

V

БС

I I Cell-Specific Reference Signals (Антенна 0) I ^ I Cell-Specific Reference Signals (Антенна 1) Ш Cell-Specific Reference Signals (Антенна 2) IR31 Cell-Specific Reference Signals (Антенна 3") j I PCFICH, PHICH и PDCCH - служебные каналы

Рисунок 1.1в) - Размещение Cell-specific RS на спаренном ресурсном блоке OFDM в ситуации сопряжения RS с 4-мя работающими антеннами БС

Рисунок 1.1г) — Размещение UE-specific RS на спаренном ресурсном блоке OFDM, предназначенных для обратной связи при организации режима MIMO в линиях Up-Link в случаях доступа с частотным разделением (FDD)

На рисунках 1.2-1.3 приведены примеры размещения указанных RS-врезок в тайм-слоте OFDM сигнала

Частота

Time Slot = 0.5

L В#

L В#

L В#

L-В#

L

B#

/N

180 кГц

Время (такты OFDM)

гг-

CP LB#0 CP LB#1 CP LB#2 CP RS LB CP LB#4 CP LB#5 CP LB#6

C P LB#0 C P RS SB# C P LB#1 C P LB#2 C P LB#3 C P LB#4 C P RS SB# C P LB#5

Рисунок 1.2 - Размещение RS на одном тайм-слоте сигнала SC-OFDM в линии Up-Link. Случаи с одним длинным блоком (Long Block (LB)) для RS при обслуживании обычных абонентов, и двумя короткими блоками (Short Block (SB))

при обслуживании скоростных абонентов

SRS для UT1 SRS для UT2

C P LB# C P LB# C P LB# C P C P LB# C P LB# C P LB# C P LB# C P LB# C p LB# cKRSä с pgggJP p gg#ii C p gg#12 C p gg#13 SRS

0 1 2 4 5 6 7 8 1 9

Рисунок 1.3 - Размещение «зондирующих» Sounding Reference Signals (SRS) в структуре 2-х тайм-слотов сигнала SC-OFDM линии Up-Link. Случай совместного

использования ресурса SRS для двух UT

Следует отметить, что в сетях стандарта LTE-Advanced (Release 10) перечень задач, решаемых на основе RS-врезок, еще увеличился, что привело к дополнительному расширению множества применяемых структур.

Таким образом, техника RS-врезок зарекомендовала себя как весьма эффективный способ решения задач, связанных с адаптивной настройкой радиоканала, в условиях, характерных для работы современных сетей связи и систем широкополосного доступа.

Система широкополосного доступа МАКВИЛ не является исключением. У неё в структуре OFDM-сигналов также применяются RS-врезки априорно установленного формата, предназначенные для решения задач подключения абонентов, адаптации к параметрам радиоканала, осуществления режима

расширения спектра и реализации пространственно-временной обработки в антенных системах.

На рисунке 1.4 показаны примеры размещения RS-врезок, используемых для адаптивной настройки схем демодуляции, снятия широкополосного кодирования и реализации работы адаптивных антенн БС, в OFDM-структуре, применяемой в МАКВИЛ. Указанные RS-врезки в МАКВИЛ называются Pilot-сигналами.

и

ч о с

а

; sow CP OFDM1 128 |is CF CP OFDM2 128 |JS CP 3 5 M-S CP OFDM3 128 |is CP 3 5 MB Pilot CP OFDM5 128 |is CP MB CP OFDM6 128 [is CP ¡Mp CP h , OFDM7 128 [is CP ip

AGC 16 |IS CP OFDMO 128 us CP |P cp" OFDM1 128 us CP ¿Л cp OFDM2 128 Jis CP 3.5 CP* OFDM3 128 |is CP 3.5 Pilot cp" OFDM5 128 |is CP j.5 CP* OFDM6 128 [is CP CP OFDM7 128 [is CP

AGC 16 (JS CP OFDMO 128 [is Ci CP OFDM1 128 [is CP Ш Ms CP OFDM2 128 Jis CP CP OFDM3 128 |is CP . : , Pilot CP OFDM5 128 |is CP : 1l! CP OFDM6 128 [is CP CP OFDM7 128 [is CP рщ MB

AGC 16 |iS cF OFDMO 128 |is CP cF OFDM1 128 Ц8 CP ;. Ц5 SOW cp" OFDM3 128 |is CI Pilot cF OFDM5 128 |is CP cF OFDM6 128 [is CP cF i. 1 i OFDM7 128 [is CP 3.5

AGC 16 |JS cF OFDMO 128 ps CP ■3:5 cF OFDM1 128 us CP 3:5 CP OFDM2 128 )JS CP Д5 cF OFDM3 128 |is CP 3.5 Pilot cF OFDM5 128 |is CP m Ms cF OFDM6 128 [is CP cF OFDM7 128 [is CP 3.5

AGC 16 (IS cF OFDMO 128 (is CP m . (is cp" OIDM1 128 us _ CI № cF OFDM2 128 |is CP • • cF OFDM3 128 |is CP 3.5 Pilot cF OFDM5 128 [is CP V' Ms cF OFDM6 128 |is CP ¡.3:5' .Ms cF OFDM7 128 |is CP 3.5

AGC 16 (IS cF OFDMO 128 (is CP ||§ Г; cp" OFDM1 128 us CI • • ЦЗ cF OFDM2 128 |is CP ; t M-5 SOW Pilot cF OFDM5 128 [is CP j: cF OFDM6 128 [is CP fill MB cF OFDM7 128 [is __ CP 3.5 |iS

AGC 16 (as cp" OFDMO 128 (is CP :' cp" OFDM1 128 Jis CI Ш MS CP OFDM2 128 |is CP ; M-S CP OFDM3 128 [is CP 3.5 Pilot cp" OFDM5 128 [is CP MS cp" OFDM6 128 [is. CP 3.5' MB cp" OFDM7 128 [is CP 3.5 (IS

7 ofdm

t

такты

Рисунок 1.4а) - Размещение Рйо^врезок (аналог RS) на ресурсном блоке в OFDM-сигнале МАКВИЛ, в каналах связи стационарных абонентов

Рисунок 1.4б) - Размещение РНо^врезок (аналог RS) на ресурсном блоке в OFDM-сигнале МАКВИЛ, в каналах связи мобильных абонентов

Кроме того, в МАКВИЛ используются сигналы «Преамбула», которые являются аналогом Cell-specific RS врезок в LTE. Эти сигналы предназначаются для идентификации БС и подключения к сети МАКВИЛ абонентов. По «преамбулам» осуществляется первичная синхронизация приемного тракта UT (User Terminal) МАКВИЛ по параметрам частоты и задержки. На рисунке 1.5а показана структура отдельного кадра (Frame) системы МАКВИЛ и размещение на ней сигнала «Преамбула». На рисунке 1.5б показана частотно-временная структура самих сигналов «Преамбула» в привязке к идентификаторам БС.

Преамбула Каналы трафика DL («Вниз») 3 TS + 1 Super TS ■И Каналы трафика UL («Вверх») 3 TS+1 Super TS

<->4*4 -—-Ь <——-► ■4- ->4 ►

160 мкс16мкс ЗИ

4739 мкс (для конфигурации 4TS:4TS)

333 мкс

Сами || сигналы

ranging

53 мкс

4699 мкс

ЗИ

|(для конфигурации 4TS:4TS)

128 мкс

10 000 мкс

Рисунок 1.5а) - Структура отдельного кадра (Frame) системы МАКВИЛ и размещение на ней сигнала «Преамбула»

Сигнал синхронизации Сигнал синхронизации

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шорин Василий Олегович, 2026 год

Список литературы

1. Рекомендация МСЭ-R M.1801-2 (02/2013). Стандарты радиоинтерфейса для систем широкополосного беспроводного доступа подвижной службы, включая мобильные и кочевые применения, действующих на частотах ниже 6 ГГц [Электронный ресурс] // МСЭ : [сайт]. URL: https://www. itu. int/dms_pubrec/itu-r/rec/m/R-REC-M. 1801 -2-201302-I!! PDF-R.pdf. (дата обращения: 02.04.2025)

2. ГОСТ Р 58166-2018. Технические требования к радиоинтерфейсу широкополосной подвижной радиосвязи (ШПР). Организация протоколов и алгоритмов работы на канальном и физическом уровнях. Основные параметры и технические требования. - М.: Стандартинформ, 2018. - 142 с.

3. Публикации [Электронный ресурс] // ООО «НИРИТ-СИНВЭЙ Телеком Технолоджи»: [сайт]. URL: htts://nxtt.org/publikatsii/. (дата обращения: 12.04.2021)

4. Транкинговая система широкополосного доступа МАКВИЛ / Р. С. Аверьянов, Г. О. Бокк, Е. Е. Володина [и др.]. - М.: Медиа Паблишер, 2021. -196 с.

5. Решение ГКРЧ №14-26-05-2 от 22.07.2014 г. Об использовании полос радиочастот 301,125-305,825 МГц, 337,125-341,825МГц и 417-422 МГц радиоэлектронными средствами широкополосного беспроводного доступа [Электронный ресурс] // Электронный фонд правовых и электронно-технических документов [сайт]. URL: https://docs.cntd.ru/document/420213891 (дата обращения: 15.08.2021).

6. Решение ГКРЧ №22-65-05.1 от 23.12.2022 г. О выделении полосы радиочастот 1790-1800 МГц для использования РЭС мобильного широкополосного беспроводного доступа. // Электронный фонд правовых и электронно-технических документов [сайт]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1300597458 (дата обращения: 15.08.2021).

7. Стратонович Р.Л. Теория информации. -М.: Сов. радио, 1975. - 424 с.

8. Chung S.-Y., Forney G.D. Jr., Richardson Th.J., Urbanke R. On the Design of Low-Density Parity-Check Codes within 0.0045 dB of the Shannon Limit // IEEE Communications Letters, Vol. 5, No. 2, February 2001, pp. 58-60.

9. Урывский Л.А., Прокопенко Е.А., Пешкин А.М. Помехоустойчивые коды с максимальным приближением к границе Шеннона // Telecommunication Sciences, Vol. 2, #1, 2011, pp. 41-47.

10. Варгаузин Е. Вблизи границы Шеннона // Телемультимедиа, №6 (34) 2005, C. 3-10.

11. Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. М.: Радио и связь, 2004 - 608 с.

12. Ярлыков М.С. Применение марковской теории нелинейной фильтрации в радиотехнике. - М.: Советское Радио, 1980. - 358 с.

13. Тихонов В.И., Миронов М.А. Марковские процессы - М.: Советское Радио, 1977. —488 с.

14. Миронов М.А., Ярлыков М.С. Оценка точности метода гауссовской аппроксимации в марковской теории оптимальной нелинейной фильтрации для случая импульсных сигналов // Радиотехника и электроника. 1973, Т. 18, №11, С. 2302-2310

15. Sesia S., Toufik I., Baker M. LTE - The UMTS Long Term Evolution. -USA: A John Wiley & Sons, 2011. - 752 p.

16. Солонина А., Улахович Д., Яковлев Л. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов - СПб.: БХВ-Петербург, 2001. - 464 с.

17. Оппенгейм А., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов -М.: Техносфера, 2006. - 856с.

18. Цифровая обработка сигналов: практический подход / Э. Айфичер, Б. Джервис; Пер. с англ. И. Ю. Дорошенко, А. В. Назаренко. - 2-е изд. - М.: Вильямс, 2018. - 989 с. - Digital signal processing. - ISBN 9785845907103.

19. AD9361 Reference Manual UG-570. - Analog Devices, One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A, 2014-2015 - 128 p.

20. 3GPP TS 136.331 version 13.1.0. LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Resource Control (RRC); Protocol specification 04.2016.

21. Viholainen, A., Bellanger, M., Huchard, M.: PHYDYAS project deliverable 5. 1: prototype filter and structure optimization. FP7-ICT. Tech. Rep., 2009 [Электронный ресурс] // PHYDYAS [сайт]. URL: www.ict-phydyas.org.

22. FBMC physical layer: a primer, Tech. Rep. 2010 [Электронный ресурс] // PHYDYAS [сайт]. URL: https://cld.pt/dl/download/1e7aacda-9764-499c-8957-3a1bc716bdde/FBMC_ref/FBMC%20physical%20layer%20%20a%20primer.pdf (дата обращения 10.04.2025)

23. Schaich, F. and Wild, T. (2014) Waveform contenders for 5G - OFDM vs FBMC vs. UFMC, in 6th Int. Symp. Commun. Cont. Sig. Proc. (ISCCSP), 2014, IEEE, pp. 457-460.

24. Нгуен Ван Фе. Повышение скорости передачи информации при использовании многочастотных сигналов путем использования оптимальных спектральных импульсов // Диссертация на соискание ученой степени кандидата тех. наук, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, СПб, 2018, 112 с.

25. Vakilian, V., Wild, T., Schaich, T., Stephan ten Brink, Frigon, J-F. Universal-Filtered Multi-Carrier Technique for Wireless Systems Beyond LTE // Globecom 2013 Workshop - Broadband Wireless Access, IEEE, 2013, pp. 223-228.

26. Ворожищев И.В., Бочечка Г.С., Тихвинский В.О. Сравнительный анализ использования технологий UFMC и OFDM в сетях 5G// Электросвязь, 2017. -№11. - С. 46-51.

27. Ravi Teja, Shakti Raj Chopra. Review of UFMC Technique in 5G// 2018 International Conference on Intelligent Circuits and Systems, IEEE, 2018, pp. 115120.

28. Шорин О.А., Бокк Г.О. Снижение негативного влияния высоких значений пик-фактора сигналов в системе McWILL // Экономика и качество систем связи, 2019. - №1(11). - С. 9-13.

29. Зыков А.А. Основы теории графов. - М.: Вузовская книга, 2004. -

664 с.

30. Оре О. Теория графов. - М.: Наука, Гл. ред. Физ.-Мат. литературы, 1980.-336 с.

31. Hassibi B., Erdogan A., Kailath T. MIMO Linear Equalization With an Hinfty Criterion // IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 54, Issue 2, Feb. 2006, pp. 499-511.

32. Vikalo H., Hassibi B., Kailath T. Iterative decoding for MIMO channels via modified sphere decoding // IEEE Transactions on Wireless Communications, Vol. 3, Issue 6, Nov. 2004, pp. 2299-2311.

33. Chun J., Kailath T. Implementation of adaptive beamforming algorithms using a URV-like factorization // Conference Record of the Thirty-Third Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers (Cat. No.CH37020), Pacific Grove, CA, USA, 1999, pp. 481-485 vol.1.

34. Монзинго Р., Миллер Т. Адаптивные антенные решетки. - М.: «Радио и связь», 1986. -448 с.

35. Shepard C., Hang Yu, Anand N., Li Erran Li, Marzetta T., et al. Argos: Practical Many-Antenna Base Stations // MobiCom'12, August 22-26, 2012, Istanbul, Turkey.

36. Larsson E., Liesbet Van der Perre. Massive MIMO for 5G // IEEE 5G Tech Focus: Vol. 1, No 1, March 2017.

37. Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Radio transmission and reception// GSM 05.05 version 8.5.1 Release 1999. 95 p.

38. LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Base Station (BS) radio transmission and reception // 3GPP TS 36.104 version 9.4.0 Release 9 (2010-07). 98 p.

39. Шорин О.А., Бокк Г.О. Аналитическое решение вариационной задачи Шеннона по определению оптимальной структуры сигнала в условиях ограниченной пиковой мощности // Экономика и качество систем связи, 2018. -№1 (7). - С. 30-39.

40. Шорин О.А., Бокк Г.О. Численные результаты решения вариационной задачи Шеннона определения оптимальной структуры сигнала в условиях ограниченной пиковой мощности // Экономика и качество систем связи, 2018. -№№1 (7). - С.39-47.

41. Шорин О.А., Бокк Г.О. Оптимальная структура дискретной QAM-модуляции, обеспечивающая максимум информационной производительности радиоканала // Экономика и качество систем связи, 2018. - №3 (9). - С.9-17.

42. Аджемов С.С., Бокк Г.О., Зайцев А.Г. Исследование алгоритмов сверхразрешения в адаптивных антенных решетках // Радиотехника, 2000. -№ 11. - С. 66-71.

43. Аджемов С.С., Бокк Г.О., Зайцев А.Г., Миненко П.В., Струев А.В. Модифицированный алгоритм пространственного разрешения источников радиоизлучения SDS-MUSIC, работающий при многолучевом распространении сигналов // Радиотехника, 2003 - № 11. - С. 80.

44. Бокк Г.О., Аверьянов Р. С. Синхронизация в системах радиосвязи с временным дуплексом // Электросвязь, 2021. - № 6. - С. 32-39.

45. Куликов Е.И., Трифонов А.П. Оценка параметров сигналов на фоне помех - М: Сов. радио, 1978. - 296 с.

46. Шорин О.А., Бокк Г.О. Помехоустойчивость системы МАКВИЛ // Электросвязь, 2021. - № 6. - С. 47-54.

47. McWiLL V6 Air Interface Physical Layer Specification (Version 3.0)// Enterprise Standard McWiLL 41.01-v3.0. R&D center released 2012-06-15 implementation. 123

48. Патент №2787473 РФ. Способ аналого-цифровой обработки сигнала / Г.О. Бокк, В.О. Шорин. Заявлено 23.03.2022. Опубл. 09.01.2023, Бюл. №1.

49. AD9361 Reference Manual UG-570. - Analog Devices, One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A, 2014-2015 - 128 p.

50. Горгадзе С.Ф., Бокк Г.О. Планирование и обработка результатов эксперимента в радиотехнике и инфокоммуникационных системах - М.: Горячая линия-Телеком, 2018. - 132 с.

51. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов - М.: Радио и связь, 1989.-440 с.

52. Views on Massive MIMO for New Radio // 3GPP, Nanjing, Written Contributions R1-165063. - 2016.

53. Lu L. et al. An overview of massive MIMO: Benefits and challenges// IEEE journal of selected topics in signal processing. 2014. Vol. 8, No 5, pp. 742-758.

54. Степанец И., Фокин Г. Особенности реализации Massive MIMO в сетях 5G // Первая миля, 2018. - № 1. - С. 44-49.

55. Vieira J., Malkowsky S., Nieman K., Miers Z., Kundargi N., et al. A flexible 100-antenna testbed for Massive MIMO // Conference: Globecom Workshops (GC Wkshps), December 2014.

56. Бакулин М.Г., Варукина Л.А., Крейнделин В.Б. Технология MIMO: принципы и алгоритмы - М.: Горячая линия-Телеком, 2014. - 244 c.

57. Larsson E., Edfors O., Tufvesson F., Marzetta T. Massive MIMO for next generation wireless systems // IEEE Communications Magazine. 2014. Vol. 52, No 2, pp. 186-195.

58. Бокк Г.О. MIMO: Оптимизация управления числом логических каналов // Электросвязь, 2017. -№ 1. - С. 40-44.

59. Бокк Г.О. MIMO: Оптимизация управления числом логических каналов // В книге: Мобильный бизнес: перспективы развития и реализации систем радиосвязи в России и за рубежом. Сборник материалов (тезисов) XXXVIII международной конференции РАЕН, 2016. - С. 6.

60. Бокк Г. О. Оптимизация MIMO с введением управления числом логических каналов // В книге: Мобильный бизнес: перспективы развития и реализации систем радиосвязи в России и за рубежом. Сборник материалов (тезисов) XXX международной конференции Российской Академии Естественных Наук «Экономика и качество систем связи» и ЗАО «НИРИТ», 2011. - С. 97-109.

61. Бокк Г.О. Алгоритм MIMO с применением управления числом логических каналов // Экономика и качество систем связи, 2017. - № 1 (3). - С. 6069.

62. Шорин О.А., Бокк Г.О. Снижение негативного влияния высоких значений пик-фактора сигналов в системе McWILL // Экономика и качество систем связи, 2019. -№ 1 (11). - С. 9-13.

63. Шорин А.О. Оценка влияния скорости перемещения абонентов на удельную интенсивность потерь соединений в сетях с OFDM-сигналами // Электросвязь, 2017. - № 1. - С. 35-39.

64. Шорин А.О. Исследование и разработка методов повышения эффективности обслуживания трафика в системах мобильной связи // Дис. кандидата технических наук: 05.12.13. - Москва, 2017. - 174 с.

Приложение А. Программа тестирования алгоритмов синхронизации и коррекции частотно-селективных искажений

1) При запуске программы тестирования Alg_TST.exe открывается интерфейс настройки параметров (см. Рисунок П.1)

Рисунок П.1 - Интерфейс настройки параметров

2) Настройки выполняются так:

2.1) В поле «Число ВТЗ» задаём количество БС. При этом для каждой BTS ниже будет открываться поле настройки индивидуальных параметров (см. рисунок П.2)

Рисунок П.2 - Установка числа работающих БС

2.2) Поля рамки «Параметры серии» показаны на рисунке П.3.

Тест алгоритмов синхронизации

Тест по 1

:-'-": г: v'.^j'

Число BTS ( <—б) = [з

Запускаем серию

Параметры АС

BTS1

100

-50

Расстояние (м) =| 1000.255 Уровень 1_

Скорость (м/с) =

Стабильность генератора (ррш) =j7

Прием Preamble на SCG =jo

RxLev (dBm}= f^T XoiseFigure (dB>

Регулярный сдвиг ОГ AC (кратно 0.2:

mSLZ----BTS3

Расстояние (м) =J 1500.255 Рассгоянне (м) =|2500.255 Уровень j_ Уровень ,_

Параметры серии

ПовтороЕ Е точке =

МЛХ уровень тт^а (дБм)-MIN ур йе ень jrv4a [дБм} = 110

Шаг изменения ур оеня (дБ)

Рисунок П.3 - Установка параметров серии тестирования

Предназначены для режима накопления статистик. Они устанавливают сколько повторных испытаний выполняется для каждого заданного уровня сигналов, минимальное и максимальное значения уровней сигнала Преамбулы 1-й BTS (остальные BTS подстраиваются под уровень 1-й с сохранением начальных значений контрастностей, как для Преамбул, лучей, так и для ВСН сигналов), а также шаг изменения уровня преамбулы 1-й BTS между сериями испытаний.

2.3) Рамка «Параметры АС» показана на рисунке П.4.

Рисунок П.4 - Установка параметров АС

Программа позволяет устанавливать скорость движения абонента, разрядность схемы АЦП, нестабильность ОГ, уровень RxLev, который усилением выводится на 3-й сверху разряд схемы АЦП, неравномерности АЧХ и ФЧХ приёмного тракта АС, номер SCG, на котором обнаружена Преамбула (этот режим поиска-обнаружения не моделируется), шум-фактор приёма (или Noise Figure), температуру окружающей среды, а также общий частотный сдвиг спектральных фрагментов относительно ОГ АС, при котором для одной из полос 1МГц произошло обнаружение Преамбулы (этот сдвиг должен быть кратен 250 кГц согласно документации МАКВИЛ).

2.4). Поле параметров динамического поведения, показанное на рисунке П.5, введено для учёта возможных сносов в поведении ОГ и показателей АЧХ-ФЧХ.

Рисунок П.5 - Установка параметров динамического поведения

характеристик

Физический смысл полей понятен, но особенное внимание на них обращать не стоит, т.к., как выяснилось, они практически не оказывают влияния на рабочие характеристики.

2.5) Для каждой BTS интерфейс поддерживает два окна настраиваемых параметров, показанные на рисунке П.6 и рисунке П.9, соответственно. Верхнее окно "ВТ$1" - "ВТ$6" предназначено для установки дистанции до АС (влияет на среднюю задержку), номера SequenceID, уровня главного луча, количества лучей и относительных уровней и задержек лучей.

Рисунок П.6 - Установка параметров БС (верхнее окно)

Кроме того, поддерживается возможность выбора стандартизированной модели многолучевого распространения с помощью кнопок RadioButton (см. рисунок П.7). На интерфейсе приняты обозначения:

- X - ручная установка;

- eP - расширенная модель 7-ми лучевого распространения для пешехода: EPA, прописанная в приложении B документа 3GPP TS 136.104;

- eV - расширенная модель 9-ми лучевого распространения для автомобиля: EVA, прописанная в приложении B документа 3GPP TS 136.104;

- eU - расширенная модель 9-ми лучевого распространения для типовой городской застройки: ETU, прописанная в приложении B документа 3GPP TS 136 104;

- R1 и R2 - модели (RAx) 1 и 2 многолучевого (не более 6 лучей) распространения в сельской местности, прописанные в приложении С3 документа GSM 05.05 version 6.3.1 Release 1997;

- H1 и H2 - модели (HTx) 1 и 2 многолучевого (6 лучей) распространения в холмистой местности, прописанные в приложении С3 документа GSM 05.05 version 6.3.1 Release 1997;

- U1 и U2 - модели (TUx) 1 и 2 многолучевого (6 лучей) распространения в городской застройке, прописанные в приложении С3 документа GSM 05.05 version 6.3.1 Release 1997.

Несущая (МГц}= |з4оУ_ Стабильностъ .____ генератора (ррт} = 0.1 0 12 3 4

1 Г ХГ еР С гиГ El С Е1С HlC Н2С U1С U2

Число лучей = [ij

Уровень 1 (dBj = Задержка 1 {не)= t 0 0

Рисунок П.7 - Установка модели многолучевого распространения

Также можно устанавливать активные SCG, в которых происходит трансляция Преамбулы, номинал центральной частоты спектра и стабильность ОГ BTS (см. рисунок П.8).

Рисунок П.8 - Установка модели многолучевого распространения

В нижнем окне «ВСН», как показано на рисунке П.9, устанавливаются параметры трансляции сигнала ВСН соответствующей БС

Рисунок П.9 - Установка параметров БС (нижнее окно)

Это номер SCG и номер TS, в которых транслируется ВСН, а также уровень сигнала ВСН (в стандартных вариантах уровень ВСН на 4 - 12 дБ меньше уровня сигнала Преамбулы основного луча)

3) Для однократного теста предназначена кнопка «Тест по 1 выборке» (по 1 испытанию) (см. Рисунок П.10)

ест алгоритмов синхронизации

Тест по 1 выборке

Запускаем серию

Параметры серии

Повторов в точке = МАХ уровень луча (дБм) = MIN уровень луча (дБм) = -110

Шаг изменения уровня (дБ) =j5~

После окончания однократного тестового испытания программа прорисовывает график результатов, как показано на рисунке П.11.

3.1) В верхней части (см. рисунок П.12) приводятся результаты работы алгоритмов оценки сдвига ОГ (частоты), задержки, а также коррекции искажений АЧХ-ФЧХ (эквалайзера).

Рисунок П.12 - Отчёт о результатах работы алгоритмов оценки сдвига частоты, оценки задержки и коррекции частотно-селективных искажений

Поле «Срывы» значимо только для серии испытаний. В случае одиночного тестирования это поле всегда будет содержать 0% (в случае срыва программа просто не выйдет на этап отображения). Если серия испытаний содержит несколько уровней Преамбулы (и ВСН, соответственно), то результаты последнего теста можно посмотреть для каждого из уровней с помощью параметра id1.

В поле «Этап Преамбулы» показаны ошибки оценки сдвига частоты, получаемые алгоритмами на Преамбуле. Верхняя строчка - для чисто временного алгоритма (наилучший вариант), а нижняя серая строчка - для алгоритма, разработанного в МИЛАНДР (как оказалось более плохой вариант). Далее приводятся результаты работы на сигнале ВСН для разных вариантов алгоритмов, перечень которых дан в конце этого Приложения.

3.2) В поле «Этап поиска и обработки ВСН»:

Обнаружение ВСН в программе всегда производится по в соответствии с нижеописанным алгоритмом. Выделение 16*2 спектральных позиций двух Рйо^ врезок сигнала ВСН, расположенных в позициях OFDM-символов 1 и 6 (если

отсчитывать от 0). Формирование двух откликов согласованных фильтров путём формирования двух операций IFFT256 для каждого набора из 16 спектральных позиций отдельной врезки (при этом дополнительные спектральные позиции числом 126-16 = 240 устанавливаем нулевыми). Далее выполняется сложение откликов двух IFFT256, наблюдаемые в одинаковых дискретных временных позициях по модулю (т.е. с устранением возможных фазовых набегов). Нормировка результата на входящий уровень сигнала на рабочих спектральных позициях и, наконец, сравнение в решающей схеме обнаружения с нормированным к 1 порогом, равным 0.25. Описанные алгоритм показал самые высокие показатели качества в ходе тестирования. Именно на него и ориентирована программа в последующих режимах оценки параметров.

Рабочие показатели указанного алгоритма отображаются как показатель уровня срывов поиска, который информативен только в режиме проведения серий испытаний.

3.2.1) Оценка частоты производится 3-мя вариантами алгоритмов (11,12,13 -описаны в конце данного приложения). В рамке «Оценка частоты» (см. Рисунок П.13) приводится номер алгоритма, показавшего наилучший показатель по точности, и также ошибку оценки частоты (в Гц) для данного варианта алгоритма. Выбирая в поле «Другие варианты» номер алгоритма оценки частоты можно увидеть ошибку (в Гц), которую выбранный алгоритм продемонстрировал.

татнстика

¡БЫ = 0% | час-ты= 13.06Г:

чгстгис ;Антсн. 40.72 Гц

последнего

й№ Фрагмента РЖ)Ь-врезпЕ (С,К0>= П ООЯО^ та вг.™ с е

Рисунок П.13 - Отчёт о результатах работы алгоритмов оценки сдвига частоты

3.2.2) В рамке «оценка задержки» (см. Рисунок П.14) приводятся результаты

работы различных алгоритмов оценки задержки (для последнего испытания серии)

Рисунок П.14 - Отчёт о результатах работы алгоритмов оценки параметра

задержки

Выяснилось, что работа алгоритмов оценки задержки, при накоплении результатов, проявляет чувствительность к тому на сколько точно были скомпенсированы на фрагментах фазовые набеги, возникающие по причине ошибок настройки сдвига ОГ. Поэтому результаты оказались зависящими не только от самого алгоритма оценки задержки, но и от варианта алгоритма оценки сдвига частоты (он в соответствующих полях указан в скобках первым). В результате информация о лучшем алгоритме подаётся как сочетание алгоритма оценки частоты (в скобках стоит первым) + номер алгоритма оценки задержки. Также указывается достигнутая точность (точнее ошибка) в единицах наносекунд для наилучшего сочетания алгоритмов. Выбирая в поле «Оценка частоты» номер алгоритма оценки частоты и в поле «Оценка задержки» - номер алгоритма оценки задержки, можно посмотреть какой будет среднеквадратическая ошибка оценки параметра задержки для выбранного сочетания.

3.2.3) В рамке «Восстановление АЧХ-ФЧХ» (см. рисунок П.15) приводится наилучшее сочетание алгоритмов (оценки сдвига частоты + оценки задержки) + номер варианта алгоритма оценки квадратур спектральных компонент, обеспечившее самую высокую точность коррекции частотно-селективных искажений радиоканала.

(

ЖО чагготы (Антон) 40. ^ 2 Гц

С 3 Нкакигныо СКО=2.96 Гц

^ШГГГЗНиЕГГсШТ^^Ил^ФЧл

Лучший ьаркант = СК0= 0.00305

Рисунок П.15 - Отчёт о результатах коррекции частотно-селективных искажений

радиоканала

Также в данном поле приводится нормированная среднеквадратическая остаточная ошибка восстановленных квадратур, обеспеченная наилучшим сочетанием алгоритмов.

3.2.4) Графическое поле, отображающее режим восстановления АЧХ-ФЧХ для разных вариантов сочетаний алгоритмов оценки частоты, задержки и самого алгоритма оценки искажений квадратур показано на рисунке П.16. На верхнем графике красно-коричневым цветом показана исходная АЧХ на позициях 16 поднесущих выбранной Рйо^врезки. Указанная АЧХ искажена из-за многолучевого распространения и из-за погрешностей аппаратуры. Зелёным цветом показана восстановленная АЧХ, полученная на базе выбранной комбинации алгоритмов. На втором сверху графике показана ФЧХ. Светло-коричневыми отрезками - исходная, искажённая из-за многолучевого распространения и аппаратных погрешностей. Зелёным цветом - ФЧХ после восстановления с помощью выбранной комбинации алгоритмов.

На нижних двух графиках в более крупном масштабе показаны ошибки восстановленных АЧХ-ФЧХ.

Область малых ошибок, выкрашенная светло-зелёным цветом фона, соответствует точности приемлемой для использования модуляции QAM-64 (использовалось условие привнесения от таких ошибок потерь до 1 дБ в эффективном представлении через снижение отношения сигнал/шум). Светло-светло-зелёным фоном показана область ошибок, допустимых для применения QAM16 (при условии потерь до 1 дБ).

Рисунок П.16 - Отчёт о результатах восстановления АЧХ-ФЧХ для разных вариантов сочетаний алгоритмов оценки частоты, задержки и самого алгоритма

оценки частотно-селективных искажений Светло-коричневым - допустимая для QPSK.

Светло-красным - область, где ошибки по ФЧХ приводят к заметной деградации рабочих характеристик (более 1 дБ) даже для QPSK. Для АЧХ такой

зоны нет, так как QPSK не содержит информационной амплитудной части в снимаемых модуляционных позициях.

В нижних полях автоматически после эксперимента отображается наилучшая комбинация алгоритмов оценки (частоты+задержки)+накопления квадратурных замеров, обеспечившая самые маленькие ошибки восстановления АЧХ-ФЧХ.

В верхней части можно выбирать для отображения номер одной из 4-х Pilot-врезок, которые расположены в сигнале BCH на 2-х соседних фреймах. При этом в верхнем правом углу будет отображаться среднеквадратическая ошибка восстановления квадратур, полученная для данного уровня сигналов по всем испытаниям и по всем 4-м врезкам, а ниже, красным цветом, отображаться среднеквадратическая ошибка, которую данная комбинация алгоритмов демонстрирует на последнем испытании из серии для заданного уровня сигналов (индекс id1 определяет его) и для выбранного номера (1-4) Pilot-врезки. 1-й соответствует кадру 1 и позиции OFDM символа 1,2- кадру 1 и позиции OFDM символа 6, 3 - кадру 2 и OFDM символу 1,4- кадру 2 и позиции OFDM символа 6.

4) Серия испытаний запускается по кнопке «Запускаем серию» (см. рисунок П.17)

Тест алгоритмса синхронизации

Тест по 1 Еыборке

Числе BTS ( <=б) = J!

I

Запускаем серию | Параметры АС

100

1LII I" J V 1 ^.Ljl V I^J.Jl

Псе гор ое е точке =

МАХ уроЕень .туча (дБы) = MIN уровень луча (дБы) = -110

Шаг изменения vpcEHE (дБ)

Скорость (мс) =[j АЦП Стабильность генератора i Прием Preamble на SCG = RxLev (dEra) = рЙ Noise] Регулярный сленг ОГ АС (

Рисунок П.17 - Запуск серии тестовых испытаний

Представительные объёмы от 200 до 2000 повторов занимают расчётное время, измеряемое часами. Поэтому в нижней части формы применяются объекты «Progress Bar» для отображения хода выполнения эксперимента (см. Рисунок

П.18). А в динамически изменяющейся информационной записи в конце отображается ожидаемое время до завершения эксперимента.

Рисунок П.18 - Отображение хода выполнения серии испытаний

По окончании результаты записываются в Ехсе1-файл с указанием в названии времени. Сама запись при больших объёмах серий (500 - 1000) может занять до 5 минут!

Дополнение.

Описание алгоритмов

1) Оценка сдвига частоты

1 Вариант - По набегу фаз на поднесущих во фрагментах Pilot-врезок,

отстоящих друг от друга на 10000 мкс (одноимённые позиции на соседних фреймах). Т.е. формируются квадратурные набеги между позициями 1+3 и 2+4 для каждой из 16 поднесущих. После этого они складываются по 16 позициям *2 комбинации, соответствующим I и Q квадратурам. Смещение частоты определяется по arctg() отношения суммы Q квадратур к сумме I-квадратур (конечно, ещё нужно разделить на 0.01с).

2 Вариант - накопление происходит отдельно для каждого фрейма. Т.е.

«набег квадратур» рассчитывается для пар Pilot-врезок, расположенных в одном кадре. Т.е. это комбинация (1+2) и комбинация (3+4) по номерам врезок с разнесением по времени позиций на 5 символов OFDM. После этого рассчитываются отношения накопленных по номерам 16 поднесущих Q и I квадратур для каждого кадра отдельно:

^1+2/ 11+2) и (Qз+4/ 1з+4). Эта пара отношений усредняется и по результату с помощью функции аг^() определяется набег фазы и смещение частоты.

3 Вариант - точно также, как в варианте 2, только для каждого кадра отдельно. Т.е. усреднения отношений по 2 кадрам не производится. Сдвиг частоты измеряется для каждого кадра отдельно. 2) Оценка задержки

В основе лежит оценка временной позиции выброса на выходе согласованного фильтра, технически осуществляемой с помощью снятия модуляции со спектральных позиций 16 символов Рйо^врезки с последующей операцией обратного преобразования Фурье IFFT256. При этом к 16 спектральным позициям Рйо^символов сначала добавляются 112 нулевых спектральных позиций в полосе 1 МГц, а потом дополнительно ещё 128 нулевых спектральных позиций, что обеспечивает полосу 2МГц и тактовую частоту отсчётов на выходе IFFT265 равную 2 МГц. (для дальнейшего повышения точности применялась операция интерполяции в окрестности момента максимального выброса).

1 Вариант - когда квадратурные отсчёты откликов IFFT256 для каждого

момента отклика складываются по компонентам (условно I и Р) для всех 4-х Р^-врезок ^1(1,^1(2,^1(3,^1(4^); SQ(1,t)+SQ(2,t) + SQ(3,t)+SQ(4,t)). Т.е. предполагается, что сдвиг частоты устранён качественно и можно когерентно накапливать отклики, игнорируя эффекты, связанные с задержками.

2 Вариант -когда квадратурные отсчёты откликов IFFT256 для каждого

момента отклика складываются по компонентам (условно I и Р) для двух пар по 2 Рйо^врезки каждого кадра, а для накопления между кадрами используется выравнивание фазы: ({[SI(1,t)+SI(2,t)]2+[SQ( 1 ,t)+SQ(2,t)]2}1/2+

{[SI(3,t)+SI(4,t)]2+[SQ(3,t)+SQ(3,t)]2}1/2 ) Т.е. предполагается, что сдвиг частоты устранён не совсем качественно или есть умеренные

проявления многолучевого распространения и можно когерентно накапливать отклики только в пределах одного кадра, а между кадрами возможными набегами фазы нельзя пренебрегать и отклики нужно делать коллинеарными (складывать амплитуды а не квадратуры).

3 Вариант - когда качество оценки частоты ещё ниже или влияние

многолучевого распространения значительно, что приводит к невозможности когерентного накопления по квадратурам сигнала (I и Q) уже даже в пределах одного кадра (на задержках между 1 и 6 символами OFDM). В этом случае предлагается произвести операцию сложения по модулям откликов. Т.е. математически это означает, что путём подстройки фаз обеспечивается коллинеарность всех 4-х векторных откликов IFFT256 для каждого момента на позициях 4-х Pilot-врезок

{SI2(1 ,t)+SQ2(1,t)}1/2 + {SI2(2,t)+SQ2(2,t)}1/2 + {SI2(3,t)+SQ2(3,t)}1/2 + { SI2(4,t)+SQ2(4,t)}1/2.

4 Вариант - когда качество оценки частоты и влияние многолучевого

распространения на интервале одного кадра можно считать хорошими, а между кадрами недопустимыми. Тогда в пределах кадра можно проводить когерентное накопление квадратур откликов IFFT256, а между кадрами допустимо только статистическое накопление результатов. Т.е. вычисляются две оценки задержки на каждом кадре. Ti= arg Maxt ([SI( 1 ,t)+SI(2,t)]2+[SQ( 1 ,t)+SQ(2,t)]2) и T2= arg Maxt ([SI(3,t)+SI(4,t)]2+[SQ(3,t)+SQ(4,t)]2). А общая оценка формируется так: T =1/2*(T1+T2).

5 Вариант - Точно такой же, как и Вариант 4, но только не с когерентным

накоплением внутри кадров, а с выравниванием фаз между одномоментными откликами IFFT256 для Pilot-врезок. Т.е. сложение модулей откликов:

T1= arg Maxt ({SI2(1,t)+SQ2(1,t)}1/2+ {SI2(2,t)+SQ2(2,t)}1/2) и T2= arg Maxt ({SI2(3,t)+SQ2(3,t)}1/2+ {SI2(4,t)+SQ2(4,t)}1/2).

А общая оценка формируется так: Т =1/2*(Т1+Т2).

При оценке АЧХ-ФЧХ варианты оценки задержки 1-5 полностью соответствуют вышеперечисленными и используются в режиме усреднения оценок квадратур на прах соседних поднесущих (в ВСН сигнале используются соседние подканалы, поэтому поднесущие сконцентрированы по парам на соседних позициях. Именно по ним и предполагает усреднение оценок техническая документация вендора [48]). Оценка задержки используется для подстройки фазы на величину А ю *Т/2 со знаками - и + на верхней и нижней спектральных составляющих в парах после усреднения. Вариант №6 при этом не предполагает коррекции фазы на парах после усреднения, Вариант №7 - не предполагает применения усреднения на парах. Поэтому варианты №6 и№7, прописываемые в комбинациях алгоритмов оценки искажений АЧХ-ФЧХ, фактически устанавливают режим, не зависящий от точности оценки задержки.

3) Оценка АЧХ-ФЧХ (фактически это алгоритм накопительного усреднения

замеров квадратур спектра на поднесущих Рйо^врезок ВСН-сигнала).

1 Вариант - когда квадратуры спектральных компонент для оценки

складываются. Когерентное накопление на 2-х фреймах.

2 Вариант - когда квадратуры спектральных компонент для оценки

складываются только в пределах каждого кадра. Т.е. когерентно на паре Рйо^врезок в пределах каждого кадра. Между кадрами оценки квадратур полагаются независимыми по причине многолучевых эффектов и ошибок синхронизации.

3 Вариант - вообще без накопления. То, что снято на поднесущей для

данного кадра и данной Рйо^врезки на данной поднесущей и принимается как окончательная оценка для АЧХ и ФЧХ. На соседних OFDM-символах искажения квадратур (или АЧХ-ФЧХ) оцениваются

на основе интерполяционных формул в сочетании с коррекцией набега фазы, согласно имеющейся оценке сдвига частоты.

Приложение Б. Акты внедрения

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ И РАДИО ТЕХНОЛОГИИ

Общество с ограниченной ответственностью 115191, г Москва ул. Тульская М., дом 16, этаж 1, пом, I, ком, 20 эл. почта; [e-mail], тел: [phone]

«Утверждаю»

внедрении результатов диссертационной работы Шорина Василии Олеговича на тему: «Разработка адаптивных алгоритмов управления информационным обменом для системы широкополосного радиодоступа технологии

МАКВИЛ»

Комиссия в составе:

Калугин В Г., Генеральный директор, кандидат технических наук Тваровский Ю.В., Заместитель генерального директора, кандидат технических наук

Яголышков А.С., Заместитель генерального директора по инновационным проектам, кандидат технических наук

Составила настоящий акт в том, что результаты диссертационной работы Шорина Василия Олеговича в части способа аналогово-цифровой обработки сигнала, обеспечивающего повышенную оффективность борьбы с мощными внешними помехами, а также разработанные рекомендации по организации режима хендовера были использованы в работах, проводимых ООО «НПП ИРТ» по заказу операторов сетей подвижной радиосвязи технологии МАКВИЛ ООО «Белитон» и ООО «Юнисел» в г. Санкт-Петербург и г. Москва.