Повышение помехоустойчивости передачи дискретных сообщений по радиоканалам в системах сотовой связи стандарта GSM при мягком декодировании

Актуальность темы

и состояние вопроса.

Начало стандартизации сетей сотовой подвижной связи (ССПС) стандарта GSM было положено в 1980;х гг., когда в рамках форума Conference Europeene des Postes et Telecommunications (CEPT) для разработки европейской системы цифровой радиосвязи в диапазоне 900 МГц была создана рабочая группа GSM (Group Special Mobile или, в поздней трактовке, Global System for Mobile Communications). Вскоре после этого вопросы стандартизации GSM были переданы в созданную рабочую группу Special Mobile Group (SMG) при ETSI (European Telecommunication Standard Institute), которая вела эти работы вплоть до весны 2000 г. (параллельно в США рабочей группой Т1Р1 велись работы над спецификациями PCS 1900 МГц). Рабочей группой был разработан и открыт для доступа большой набор рекомендаций, охватывающих все аспекты создания ССПС стандарта GSM.

Развитие стандарта GSM принято делить на фазы.

Фаза 1 (начало 1980;х гг. — конец 1994 г.).

Фаза 1 включала в себя основные услуги: телефония, экстренные вызовы, передача данных от 300 до 9600 кбит/с, SMS, переадресацию и запрет вызова.

Фаза 2 (начало 1995 г. — осень 1995 г.).

Фаза 2, называемая также 2G, включала в себя: полускоростной режим для каналов ТСН (ТСН — Half Rate), определение и запрет определения номера/линии, постановку вызова на удержание/ожидание.

Фаза 2+ (осень 1995 г. — весна 2000 г Л.

В октябре 1995 г. работы над фазой 2 были закончены, и стало понятно, что если фаза 1 относилась к самому зарождению стандарта ССПС GSM, а фаза 2 стала, фактически, стандартом ССПС GSM, то фаза 3 должна стать качественно новым этапом в развитии, а именно стандартом новых ССПС (так называемых сетей 3-го поколения или 3G). Поэтому было принято решение все последующие изменения стандарта GSM относить к так называемой фазе 2+ (или 2,5G), а для отображения изменений использовать термин «версия» — в англ. Release или кратко Rel'1.

Основными изменениями спецификаций фазы 2+ является внедрение: технологии высокоскоростной коммутации каналов для передачи данных Л.

HSCSD — High Speed Circuit-switched Data), технологии пакетной передачи данных (GPRS — General Packet Radio Service) — адаптивной модуляции (AMR — Adaptive Multi Rate) — системы улучшенной передачи данных (EDGEEnhanced Data for Global Evolution или в начальной расшифровке Enhanced Data for GSM Evolution), услуги передачи неструктурированных данных (USSD — unstructured supplementary service data), услуги определения местоположения (LCS — Location Services), концепции интеллектуальной сети (IN — Intellectual Network).

Фаза 3.

Мировой успех сетей GSM (по данным на декабрь 2004 в них обслуживается более 1 млрд. абонентов по всему миру [8]) способствовал развитию идеи всемирной сети мобильной связи, разрабатывавшейся сначала в рамках Концепции «Перспективная сухопутная мобильная телекоммуникационная система общего пользования» (FPLMTS), а с 1996 как IMT-2000 (International Mobile Telecommunications), которая объединила FPLMTS и Глобальную персональную систему спутниковой связи (GMPCS) под эгидой ITU (International Telecommunications Union).

В июне 1998 г. в ITU поступили 10 предложений по проектам радиоинтерфейса от трех крупных регионов мира: Северной Америки, Европы и Азиатско-Тихоокеанского [49]. Из всех регионов только Европа смогла выработать 2 консолидированных решения (UTRA и DECT ЕР) в рамках европейского подхода к IMT-2000, названного UMTS. Для разработки.

1 Существует три версии спецификаций фазы 2+, разработанные в рамках ETSI: Rel'97, Rel'98 и Rel'99 (по году разработки версии).

2 В связи с тем, что HSCSD уступает GPRS по скорости передачи информации и другим важным параметрам, и потому с появлением GPRS уступила место этой технологии, мы не будем уделять ей далее внимание. стандартов были созданы 2 партнерских объединения: 3GPP, в котором состоят ETSI (Европа), A RIB (Япония), Комитет Т1 ANSI (США), CWTS (Китай), ТТА (Корея), ТТС (Япония), и 3GPP2, включающий в себя Ассоциацию промышленности связи TIA, организации ARIB, CWTS, ТТА, ТТС. Основной задачей 3GPP2 является эволюционное развитие TDMA (IS-136) и cdmaOne (IS-95), распространенных в США.

Весной 2000 г. разработка и стандартизация ССПС фазы 2+ в рамках ETSI SMG2 была завершена последней версией спецификаций — Rel'99: применение EDGE для систем с коммутацией каналов (ECSD) и для систем с коммутацией пакетов (EGPRS). Все вопросы дальнейшего развития сетей GSM при переходе к 3-му поколению были переданы в 3GPP, занимавшейся разработкой единого варианта радиоинтерфейса IMT-2000 Direct Spread на базе проектов WCDMA (UTRAN FDD) с прямым расширением спектра (DS-CDMA) и частотным дуплексным разносом (FDD) для применения в парных полосах частот, с тем, чтобы обеспечить плавную миграцию сетей 2G в 3G, так как это показано на рис. I в рамках концепции IMT-2000.

Изменения спецификаций на ССПС фаз 2+ (2,5G) и 3 (3G), которые производятся в 3GPP, также принято отражать номерами версий (Re!')3.

2G 2.5G.

3G.

NADC.

151 361 х UWC-136 Щ- (uie* EDGE) Л у v (3GPP2).

IS95B.

Рис. 1. Миграция ССПС от 2G к 3G.

На настоящий момент существуют Re!'4, Rel'5 и Rel'6.

Теперь вкратце опишем основные технологические разработки спецификаций ETSI и 3GPP фазы 2+. Rel'97.

В этой версии стандарта была предложена технология GPRS для ССПС GSM. Разработка GPRS явилась революционным этапом развития, так как обозначала переход от передачи данных по сетям с коммутацией каналов, как это предлагалось в GSM фазы 2 и в технологии HSCSD, к организации сети с пакетной коммутацией. Архитектура сети GSM/GPRS показана на рис. 2.

Рис. 2. Сеть GSM/GPRS (пунктиром показаны сигнальные интерфейсы, сплошной линией — интерфейсы передачи данных).

Как видно из рисунка для построения сети GPRS требуется установка двух дополнительных узлов: пакетного коммутатора SGSN (Serving GPRS Support Node) и шлюза GGSN (Gateway GPRS Support Node). Таким образом, подсистема коммутации (NSS — Network Subsystem) сети GSM/GPRS стала состоять из двух частей: части с коммутацией каналов (домен GSM) и части с коммутацией пакетов (домен GPRS), — при этом обе части используют единую подсистему базовых станций (BSS — Base Station Subsystem). С точки зрения BSS необходимо дооборудование контроллеров базовых станций (BSC — Base Station Controller) контроллером пакетов (PCU — Packet Control.

Unit) и обновление программного обеспечения базовых станций (BSBase Station).

Передача информации в GPRS как и в GSM осуществляется со скоростью 270,833 кбит/с с использованием гауссовской модуляции с минимальным частотным сдвигом (GMSK — Gaussian Minimum Shift Keying). Формат канального интервала GPRS также идентичен GSM, то есть содержит 2×58 информационных бита (в том числе 2 служебных бита), 26 битов обучающей последовательности, 2×3 конечных символа. Соседние интервалы разделены защитным промежутком длительностью 8,25 бит. Для обеспечения гибкости и повышения пропускной способности в системе GPRS предложены 4 схемы кодирования данных: от CS1 до CS4. Впервые в стандарте GSM для увеличения скорости передачи были предложены выколотые сверточные коды (punctured convolutional codes).

Для управления работой радиолинии в режиме пакетной передачи разработан специальный протокол RLC, который обеспечивает ее адаптивную настройку, программную перестройку частоты (SFH) и управление мощностью. Адаптация радиолинии включает выбор схемы кодирования в зависимости от видов передаваемой информации, характеристик радиоканала и уровня помех.

Rel'98.

В этой версии был предложен кодек AMR для каналов передачи голоса (ТСН — Traffic Channel), который состоит из набора речевых и канальных кодеков с разными параметрами, благодаря чему производится автоматический выбор оптимального режима кодирования (полноскоростной или полускоростной канал, скорость кодирования и пр.) и обеспечивается наилучшая комбинация качества речи и емкости канала.

Rel'99.

В этой версии спецификаций был разработан способ повышения эффективности действующих сетей передачи данных HSCSD и GPRS путем перехода от модуляции GMSK к 8-позиционной фазовой модуляции (8-ФМ), названный EDGE. На его основе были предложены стандарты на построение сетей ECSD (EDGE+HSCSD) и EGPRS (EDGE+GPRS). За счет того, что каждому передаваемому символу при таком способе модуляции соответствует 3 бита, теоретическая скорость передачи информации в EGPRS превышает скорость передачи информации в GSM/GPRS с двоичной модуляцией GMSK в 3 раза. Эволюция ССПС стандарта GSM с точки зрения скорости передачи данных показана на рис. 3.

2 Р.

1 1 | | * § Р.

И о с С.

S и.

70 60 50 40 30 20 10 0.

GSM.

GPRS.

EGPRS/EDGE.

Рис. 3. Рост предельной пропускной способности на один тайм-слот в зависимости от применяемой технологии передачи данных GSM/HSCSD/GPRS/EDGE.

EDGE надстраивается над существующей схемой радиодоступа GSM без добавления сетевого оборудования путем частичного обновления аппаратной и программной части подсистемы BSS (изменения касаются только блока «BSS» на рис. 2).

Приведем коротко прочие отличия EGPRS от GPRS: Адаптивная настройка канала.

В EGPRS как и в GPRS в зависимости от помеховой обстановки может происходить смена схем кодирования (см. главу I) при передаче каждого блока. При этом, в отличие от GPRS, меняется еще и способ модуляции: для схем кодирования MCS-1 — MCS-4 применяется GMSK, а для MCS-5 — MCS.

9 — 8-ФМ, Для того, чтобы приемник осуществлял автоматическое распознавание способа модуляции без получения предварительного уведомления осуществляется сдвиг каждого GMSK символа на ^ st=s, e 2), а 8-ФМ — на y.

GPRS В EDGE.

Кбнт/с.

10 0 1.

LalMJJJJ.

ЙтГ Ю I щ и L «.

S 1 I? g S У.

W t/i Й </> W Й Ю <Л W В (/5 оооооуаьгццьгиу.

GMSK 8-ФМ.

Рис. 4. Максимальная скорость передачи данных по одному тайм-слоту в системах GPRS и EGPRS (EDGE).

Рассматривается также возможность использования в терминалах EGPRS так называемой возрастающей избыточности, суть которой сводится к тому, что данные начинают передаваться с использованием наименее защищенной схемы кодирования MCS-9 безотносительно к реальному состоянию канала. В случае возникновения ошибок, данные повторно передаются с использованием той же схемы кодирования. Полученные данные объединяются в приемнике со старыми и делается новая попытка декодирования. Так происходит до тех пор, пока не произойдет успешное декодирование. Высокая скорость передачи в MCS-9 и отсутствие необходимости в измерении параметров канала компенсируют затраты на повторную передачу данных.

2. Точность измерений.

Если при передаче речи в GSM с использованием одной и той же схемы кодирования скорость измерений параметров канала не играла очень важной роли, а в GPRS, где требуется переход с одной схемы кодирования на другую получение результатов измерений дважды за 240 мс (во время передачи пустых пакетов — idle burst) было достаточным, то в EDGE измерения ВЕР (вероятности ошибки на бит) выполняются при передаче каждого пакета. При этом характер изменения ВЕР от пакета к пакету обеспечивает дополнительную информацию о скорости движения станции и скачков по частоте. Среднее значение и девиация ВЕР (по 4 пакетам) используются для обработки всего блока данных.

3. Перемежение.

Для схем кодирования MCS-7 — MCS-9 перемежение осуществляется не по 4 пакетам, как в остальных случаях, а по 2 (точнее, 2 блока данных используются для перемежения по 4 пакетам). Это приводит к уменьшению числа повторно передаваемых блоков при возникновении ошибок на приеме.

Rel'4.

Эта версия стала своего рода промежуточной версией, сопровождавшей этап перехода процесса стандартизации от ETSI в 3GPP. В ней не было сделано существенных изменений, а только несколько доработок Rel'99. Наиболее важная из них: смена соты при помощи сети (network assisted cell change). Ее необходимость вызвана тем, что в стандарте GPRS изначально не была заложена возможность бесшовного хэндовера, и смена сот сопровождалась остановкой передачи данных. Теперь же мобильной станции не надо тратить ресурсы на процедуру измерения параметров и получения информации от новой соты, т.к. сеть самостоятельно сообщает ей все необходимые данные. Также доработан механизм использования радиоресурсов при скачкообразном характере пакетного трафика (быстрая смена пиков и нулей, например, при просмотре интернет-ресурсов). Раньше процесс постоянного занятия/высвобождения радиоресурсов сам требовал больших ресурсов на передачу сигнальной информации, теперь, в случае кратковременного простоя, по данному каналу передаются пустые пакеты, имитирующие передачу трафика. Rel'5.

По мере разработки стандарта UMTS становилось очевидно, что существует два способа интеграции сетей 2,5G и 3G4: либо доработка интерфейсов между NSS и BSS сети 2,5G (а именно интерфейса, А для домена с коммутацией каналов GSM и Gb для домена с коммутацией пакетов EGPRS) до требований 3G, либо внедрение интерфейса между NSS и BSS сети 3G (а именно интерфейса Iu-cs для домена с коммутацией каналов и Iu-ps для домена с коммутацией пакетов) в стандарт 2,5G. Был выбран второй путь и в BSS фазы 2+, названной GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network), чтобы подчеркнуть ее совместимость с BSS фазы 3G UTRAN, был стандартизирован Iu-интерфейс, что позволило сетевому оборудованию 3G одновременно использовать подсистемы базовых станций (BSS) GERAN и UTRAN. Это решение стало наиболее важным результатом передачи вопросов стандартизации GSM/EGDE в 3GPPP, так как теперь UMTS стала действительно глобальной концепцией гибкого и эволюционного построения сетей 3G.

Rel'6.

Изменения в этой версии спецификаций не коснулись GERAN, потому не представляют интереса в рамках данной работы.

Несмотря на описанные выше успехи в стандартизации сетей 3G, коммерческий успех этих сетей пока не наступил (на начало 2005 г. в этих сетях по всему миру насчитывалось чуть более 10 млн. абонентов). В то же время, исследования показывают, что системы TDMA имеют достаточный потенциал для конкуренции с сетями CDMA [40], по крайней мере, на ближайшие несколько лет, пока скорости, обеспечиваемые сетями 2,5G,.

4 Под интеграцией здесь имеется в виду возможность использования уже построенной BSS 2,5G в сети 3G с целью уменьшения инвестиций в ее развертывание. удовлетворяют потребности абонентов. Важно также, что обе системы (GPRS и EDGE) разрабатывались с учетом необходимости минимальных изменений в существующей инфраструктуре ССПС GSM и таким образом последовательно «надстраиваются» над существующим оборудованием GSM, не требуя крупных инвестиций в строительство в отличие от 3G. Это подтверждает и тот факт, что число сетей GERAN выросло за 2004 г. с 80 до 131 в 76 странах.

В связи с этим вопросы повышения качества передачи информации в сетях 2,5G являющиеся целью представленной работы еще долго будут оставаться актуальными. Существует ряд нереализованных возможностей повышения качества передачи информации в ССПС стандарта GSM. Почти все они, так или иначе, были рассмотрены в ходе различных исследований, однако, либо безотносительно к семейству стандартов GSM, либо только к ранней стадии его развития (середина 90-х гг.). Кроме того, в этих исследованиях отдельно не рассматривался вопрос помехоустойчивости алгоритмов применительно к мягкому декодированию сверточных кодов.

Одно из первых серьезных исследований систем связи с подвижными объектами в диапазоне СВЧ (300 МГц — 3 ГГц) было проведено в [57]. В настоящее время имеется множество публикаций, посвященных этому вопросу, начиная с научно-популярных трактатов [20, 26, 49, 59, 106] и заканчивая серьезными научными исследованиями [3, 24, 29, 30, 63, 65], результаты которых были использованы автором в своей работе.

Большую помощь в работе автору оказали фундаментальные труды Д. Д. Кловского [32], Б. И. Николаева [50], Д. Прокиса [55], JI.M. Финка [64].

Одним из главных источников информации по ССПС стандарта GSM были спецификации [91−96], разработанные в рамках ETSI/3GPP.

Помимо результатов перечисленных комплексных исследований автором были использованы результаты:

— [25, 29, 107−109] в части кодирования и декодирования;

— [54] в части модуляции и демодуляции;

— [4, 51, 71, 84, 85, 86, 97, 132−133] а также [25] в части моделирования радиоканалов, предназначенных для передачи сигнала GSM;

— [1, 7, 23, 25, 51, 74, 98, 110 и пр.] в части описания основных алгоритмов обработки сигнала;

— [5, 66, 99 — 101, 135−137] в части систем разнесенного приема и передачи.

Цель исследования.

Комплексное решение проблемы повышения качества ССПС GSM на основе:

1. Использования мягкого декодирования в сочетании с алгоритмом Кловского-Николаева (АКН) применительно к М-позиционной ФМ (GSM, GPRS, EGPRS).

2. Использования покоординатного перебора для 8-ФМ (EGPRS).

3. Использования технологии пространственного разнесения приемных и передающих антенн (MIMO — Multiple-Input-Multiple-Output).

Задачи исследования.

1. Исследование физической и математической моделей сигналов с учетом сверточного кодирования и модуляции М-ФМ и многолучевого канала связи с межсимвольной интерференцией (МСИ), алгоритмов приема и обработки дискретных сообщений в ССПС GSM.

2. Аналитический расчет помехоустойчивости алгоритма мягкого декодирования на основе АКН в многолучевом канале с МСИ, общими гауссовскими замираниями и аддитивным белым гауссовским шумом (АБГШ) при демодуляции сигналов М-ФМ, деперемежении символов и сверточном декодировании и его энергетического выигрыша относительно алгоритма жесткого декодирования.

3. Исследование потенциальных характеристик субоптимального алгоритма покоординатного перебора при демодуляции сигналов 8-ФМ.

4. Аналитический расчет помехоустойчивости систем связи с разнесенной передачей и разнесенным приемом в многолучевом канале с.

МСИ, общими гауссовскими замираниями и АБГШ и их энергетического выигрыша относительно систем с одиночными передачей и приемом.

5. Создание программного пакета, имитирующей среду распространения радиосигнала, реальные процессы в кодере, модуляторе, демодуляторе, декодере в ССПС GSM, и статистическое моделирование в ней алгоритмов мягкого и жесткого декодирования приема на основе АКН,. SOVA и BCJR и алгоритма покоординатного перебора.

Методы исследования.

При проведении исследования использовался математический аппарат теории вероятностей и случайных процессов, статистической теории связи, пакет прикладных математических программ MathCAD, и методы статистического моделирования, основанные на объектно-ориентированном языке программирования С++.

Объект исследования.

В качестве объектов исследования выбраны логические каналы передачи данных: TCH F-4,8 (GSM), PDTCH CS-1 (GPRS) и PDTCH MCS-6 (EGPRS) и физические радиоканалы: однолучевой райсовский канал (сельская местность), двулучевой релеевский канал (холмистая местность и микросоты) и трехлучевой релеевский канал (городская местность).

Научная новизна работы.

1. Получены аналитические выражения помехоустойчивости и энергетического выигрыша алгоритма мягкого декодирования на основе АКН в многолучевом канале с МСИ, общими гауссовскими замираниями и АБГШ при демодуляции сигналов М-ФМ, деперемежении символов и сверточном декодировании.

2. Получены аналитические выражения помехоустойчивости и энергетического выигрыша при использовании пространственно разнесенных передающих и приемных антенн в GSM.

3. Получены результаты статистического моделирования алгоритмов мягкого и жесткого декодирования для 2-ФМ и 8-ФМ и алгоритма покоординатного перебора для 8-ФМ, а также алгоритмов SOVA и BCJR.

Личный вклад.

Все основные научные положения, выводы и рекомендации, изложенные в диссертации, получены автором впервые и лично. Теоретические и экспериментальные исследования, в том числе и на действующей сети ЗАО «СМАРТС», выполнены в рамках руководимых автором проектов и при его непосредственном участии.

Практическая ценность.

Предложенные способы повышения помехоустойчивости могут быть использованы операторами сотовой связи для планирования, строительства и оптимизации сетей GSM, GPRS и EGPRS с целью снижения капитальных и эксплуатационных затрат и улучшения экологических характеристик по фактору ЭМИ, а также производителями оборудования для проектирования и разработки базовых станций и мобильных терминалов стандарта GSM с пониженными требованиями к мощности излучения и чувствительности.

Результаты аналитических расчетов и статистического моделирования могут быть использованы сотрудниками учебных и научно-исследовательских институтов связи для проведения дальнейших исследований ССПС, а также в учебном процессе.

Реализация результатов работы.

1. Результаты диссертационных исследований использованы при построении сетей GPRS и EGPRS ЗАО «СМАРТС».

2. Разработанные алгоритмы и результаты статистического моделирования использованы при выполнении работ по договору между ЗАО «СМАРТС» и ПГАТИ.

3. Материалы диссертации использованы в учебном процессе ПГАТИ.

Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами.

Апробация результатов работы.

Основные положения и результаты диссертации были представлены на VII международной конференции SCI'03 (США, Орландо, 2003), LVIII научной сессии РНТО РЭС им. А. С. Попова, посвященной Дню Радио (Москва, 2003), X Российской НТК ПГАТИ (Самара, 2003), V международной НТК «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Самара, 2004), НТК профессорско-преподавательского и инженерно-технического состава ПГАТИ (Самара, 2004, 2005 гг.), а также на заседаниях Ассоциации российских операторов сетей GSM.

Публикации.

По материалам диссертационной работы имеется 9 печатных трудов, из которых 3 тезиса и 4 доклада, опубликованных в трудах международных и общероссийских конференций, а также 2 статьи в научных изданиях.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, списка литературы и трех приложений. Работа изложена на 163 стр. машинописного текста, содержит 20 таблиц, 54 рисунка, 3 приложения, библиография включает 145 наименований.

Выводы.

Хорошее совпадение частости ошибок при моделировании в канале без замираний с результатами расчета по точной формуле (4.1) подтверждает достоверность программной модели и достаточность выборки.

Из результатов статистического моделирования следует, что:

— в незамирающих многолучевых каналах алгоритмы демодуляции SOVA, BCJR и АКН имеют либо одинаковую помехоустойчивость (при синфазных лучах), либо АКН несколько уступает SOVA и BCJR (в остальных случаях).

— в однолучевом райсовском канале алгоритмы SOVA, BCJR и АКН обеспечивают равную помехоустойчивость при демодуляции и при мягком и жестком декодировании;

— в двухи трехлучевых релеевских каналах АКН мало уступает по помехоустойчивости алгоритмам SOVA и BCJR при демодуляции и при мягком и жестком декодировании, выигрывая в вычислительной сложности;

— аналитические формулы расчета помехоустойчивости мягкого и жесткого декодирования, полученные в главе 2, являются хорошей верхней границей, особенно в области малых ошибок, помехоустойчивости алгоритмов SOVA, BCJR и АКН;

— из сравнения энергетического выигрыша, полученного по итогам статистического моделирования с расчетным энергетическим выигрышем, приведенным в главе 2, для 2-ФМ видно, что расчетное значение является достаточно плотной нижней границей. Кроме того, из таблицы 4.2 видно, что при переходе от жесткого к мягкому декодированию все алгоритмы обеспечивают приблизительно одинаковый энергетический выигрыш;

— покоординатный перебор мало уступает по помехоустойчивости существующим алгоритмам при существенном сокращении вычислительных затрат.

Заключение

.

Актуальной проблемой современной отрасли телекоммуникаций является повышение помехоустойчивости и снижение вычислительных затрат при обработке дискретных сообщений в ССПС GSM, о чем свидетельствуют результаты исследований в главе 1. В качестве таких способов могут быть использованы: алгоритм мягкого декодирования на основе АКН при демодуляции и декодировании сигналов 2-ФМ, алгоритм покоординатного перебора при демодуляции и декодировании сигналов 8-ФМ, а также пространственное разнесение передающих и приемных антенн, что подтверждается результатами аналитических расчетов и статистического моделирования, приведенными в настоящей диссертационной работе.

Полученные аналитически в главе 2 формулы расчета помехоустойчивости мягкого и жесткого декодирования являются хорошей верхней границей, особенно в области малых ошибок, помехоустойчивости алгоритмов SOVA, BCJR и АКН, что подтверждено результатами статистического моделирования в главе 4.

Согласно полученной формуле для расчета энергетического выигрыша мягкого декодирования относительно жесткого декодирования минимальный энергетический выигрыш, достигаемый в ССПС GSM при использовании 2-ФМ (которая по помехоустойчивости адекватна GMSK), равен 1,11 дБ (в канале PDTCH CS-1 в городской местности), максимальный — 4,44 дБ (в канале TCH FS-4,8 в сельской местности). Минимальный энергетический выигрыш, достигаемый в ССПС GSM при использовании 8-ФМ, равен 1,40 дБ (в канале PDTCH MCS-6 (выколотый код) в городской местности), максимальный — 4,62 дБ (в канале TCH MCS-6 (материнский код) в сельской местности). Из сравнения энергетического выигрыша, полученного по итогам статистического моделирования с расчетным энергетическим выигрышем, приведенным в главе 2, для 2-ФМ видно, что расчетное значение является достаточно плотной нижней границей. Кроме того, показано, что при переходе от жесткого к мягкому декодированию все три исследованных в работе алгоритма (АКН, SOVA, BCJR) обеспечивают приблизительно одинаковый энергетический выигрыш.

Кроме того, проведенное статистическое моделирование показало, что:

— в незамирающих многолучевых каналах алгоритмы демодуляции SOVA, BCJR и АКН имеют либо одинаковую помехоустойчивость (при сонаправленных лучах), либо АКН несколько уступает SOVA и BCJR (в остальных случаях).

— в сельской местности алгоритмы SOVA, BCJR и АКН обеспечивают равную помехоустойчивость при демодуляции и при мягком и жестком декодировании;

— в холмистой, городской местностях и микросотах АКН мало уступает по помехоустойчивости алгоритмам SOVA и BCJR при демодуляции и при мягком и жестком декодировании, выигрывая в вычислительной сложности;

Применение пространственно разнесенных передающих антенн (даже, если оно реализуется только в направлении от БС к пользователю) способно существенно повысить качество связи, причем с уменьшением требуемой вероятности ошибки энергетический выигрыш растет. Даже в случае наихудшего вида канала (городской местности) при средней вероятности ошибки рп = 10″ 2 выигрыш системы с двумя антеннами на передаче относительно системы с одной антенной на передаче равен 2,33 дБ, а при вероятности рп = Ю-4 этот выигрыш достигает уже 12,32 дБ.

Покоординатный перебор мало уступает по помехоустойчивости существующим алгоритмам приема для сигналов 8-ФМ при существенном сокращении вычислительных затрат, так как имеет вычислительную сложность равную L (M-l) + l, и ни при каких условиях не обладает несократимой вероятностью ошибки.