Устройство для оценки передаточной функции канала распространения радиоволн

Полезная модель относится к устройству, применяемому в радиотехнике, и может быть использована при проектировании радиоприемных устройств, работающих в условиях многолучевого распространения радиоволн. Технический результат заключается в уменьшении ошибки оценки импульсной характеристики и ошибки оценки передаточной функции. Устройство для оценки передаточной функции канала распространения радиоволн включает в себя приемник, выход которого соединен со входом блока оценки. Блок оценки выполнен в виде последовательно соединенных блока оценки импульсной характеристики, блока обработки оценки импульсной характеристики и блока оценки передаточной функции.

Полезная модель относится к устройству, применяемому в радиотехнике, и может быть использована при проектировании радиоприемных устройств, работающих в условиях многолучевого распространения радиоволн (РРВ).

Известно устройство для определения импульсной характеристики канала РРВ для применения в Single Antenna Interference Cancellation (SAIC) эквалайзерах (Патент US 7200172, МПК Н03Н 7/30, опубл. 03.04.2007). Устройство содержит блок приема сигнала у, включающий тренировочную последовательность m, блок оценки импульсной характеристики канала РРВ, SAIC эквалайзер.

Недостатком известного устройства является достаточно большая ошибка оценки импульсной характеристики, выраженная в виде ложных отсчетов импульсной характеристики, вызванных шумами.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является приемное устройство, выбранное нами за прототип, которое реализовано по способу когерентной разнесенной передачи сигнала (Патент RU 2192094, МПК Н04В 7/005, опубл. 27.10.2002). Устройство содержит приемник и блок оценки, в котором оценивают импульсную характеристику канала РРВ, после чего формируют оценку передаточной функции канала РРВ путем вычисления обратного преобразования Фурье.

Основным недостатком устройства-прототипа является низкая точность оценки импульсной характеристики при низком отношении сигнал/шум, и, как следствие, большая ошибка оценки передаточной функции. Прием сигнала производят на фоне шумов приемника, поэтому при низком отношении сигнал/шум возникают ошибки оценки импульсной характеристики, выраженные в виде ложных отсчетов, которые напрямую влияют на точность оценки передаточной функции. В этом случае, в устройстве-прототипе правильный прием данных затруднен.

Основная техническая задача, решаемая предложенной полезной моделью, состоит в создании устройства для оценки передаточной функции канала РРВ, позволяющего уменьшить ошибку оценки импульсной характеристики и, следовательно, ошибку оценки передаточной функции.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для оценки передаточной функции канала распространения радиоволн, включающем приемник, выход которого соединен со входом блока оценки, выполняющим оценку импульсной характеристики и оценку передаточной функции, согласно предложенному решению, блок оценки выполнен в виде последовательно соединенных блока оценки импульсной характеристики, блока обработки оценки импульсной характеристики и блока оценки передаточной функции.

Полезная модель поясняется рисунком, где представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из приемника 1, выход которого соединен со входом блока оценки 2, который выполнен в виде последовательно соединенных блока оценки импульсной характеристики 3, блока обработки оценки импульсной характеристики 4 и блока оценки передаточной функции 5.

Устройство работает следующим образом. Приемник 1 принимает сигнал, оцифровывает его и передает в блок оценки 2, где в блоке оценки импульсной характеристики 3 реализуют следующий алгоритм. Принимаемый сигнал в матричном виде:

s_вх=F+n,

где s_вх - m-мерный вектор-стобец наблюдений ;

n - m-мерный вектор-столбец помехи с координатами n_i=n(t_i);

t_i - дискретные моменты времени;

- r-мерный вектор-строка неизвестных параметров;

F - матрица размера (m×r), определяемая выражением:

.

Формирование вектора весовых коэффициентов R выражают в виде единичной матрицы:

.

Вычисление оценки импульсной характеристики определяют методом наименьших квадратов по формуле:

,

Импульсную характеристику оценивают с ошибкой, которую можно представить в виде аддитивного случайного процесса .

, k=1..N,

где - оценка импульсной характеристики;

h _ideal(t_k) - импульсная характеристика;

- ошибка оценки импульсной характеристики;

t_k - дискретное время;

N - число отсчетов дискретного времени t_k, на котором производят оценку импульсной характеристики.

Параметры ошибки оценки импульсной характеристики зависят от способа оценки импульсной характеристики , отношения сигнал/шум, вида зондирующего сигнала и параметров импульсной характеристики h_ideal(t_k). Ошибка оценки импульсной характеристики определена во всех N отсчетах дискретного времени t _k, на которых производят оценку импульсной характеристики , а отсчеты импульсной характеристики h_ideal (t_k) (для наземных систем связи), напротив, определены только в N_ИХ отсчетах дискретного времени t_k , числом от 1 до 20. Таким образом, в (N-N_ИХ) отсчетах дискретного времени t_k определен только шум оценки импульсной характеристики . Следовательно, при оценке передаточной функции исключают шумовые отсчеты из расчета.

Известно, что вклад отсчетов импульсной характеристики h_ideal(t_k ) с наибольшей мощностью в оценку передаточной функции - наибольший. Отсчеты импульсной характеристики h_ideal(t_k ) малого уровня практически не сказываются на точности оценки передаточной функции, кроме того, они обычно сильно искажены за счет влияния шума. Таким образом, для оценки передаточной функции используют не более 20 отсчетов из полученной оценки импульсной характеристики с наибольшим уровнем, остальные - обнуляют.

Для этого, в блоке обработки оценки импульсной характеристики 4 дополнительно проводят фильтрацию полученных оценок импульсной характеристики , определяемую последовательностью выражений:

K₁={1, 2, , r},

,

K₂=K₁\m₁ ,

при условии: если , то ,

где K_i - множество значений от 1 до r-i+1,

m_i - порядковый номер в множестве К_i, соответствующий максимальному значению,

N - предполагаемое число лучей в канале,

i=1, 2, , N,

j=1, 2, , N;

_K - множество оценок импульсной характеристики, полученных по методу наименьших квадратов;

m - множество оценок импульсной характеристики, имеющих максимальную амплитуду числом N;

p - порог, равный N-ому значению из множества m.

После фильтрации оценок импульсной характеристики с помощью блока оценки передаточной функции 5 производят вычисление прямого преобразования Фурье и получают передаточную функцию канала РРВ:

,

где PF - оцениваемая передаточная функция канала РРВ,

FFT - прямое преобразование Фурье.

Повышение точности оценки импульсной характеристики канала РРВ, при низком отношении сигнал/шум, достигают за счет дополнительной фильтрации полученных оценок импульсной характеристики с помощью блока обработки оценки импульсной характеристики 4, которая позволяет избавиться от большинства ложных оценок импульсной характеристики, вызванных шумами, что в свою очередь, ведет к существенному уменьшению ошибки оценки передаточной функции (до 3,5 раз).

Устройство для оценки передаточной функции канала распространения радиоволн, включающее приемник, выход которого соединен со входом блока оценки, выполняющим оценку импульсной характеристики и оценку передаточной функции, отличающееся тем, что блок оценки выполнен в виде последовательно соединенных блока оценки импульсной характеристики, блока обработки оценки импульсной характеристики и блока оценки передаточной функции.