2. Исследование влияния
погрешности вектора весовых
коэфициентов на СКО адаптивной
антенной решетки
ст.гр РТ-08-1 Денисенко К.О.
научный руководитель: проф.Рыбалко А.М.
5. Структура
• Основные модели сигналов и помех
• Критерии оценки оптимальности ВВК
• Влияние погрешности ВВК на
выходной сигнал
• Численные результаты
11. Критерии
• Минимум среднеквадратической
ошибки(СКО)
• Максимум отношения средней мощности
сигнала к средней мощности помехи (ОСШ)
• Максимум функции правдоподобия
• Минимум дисперсии шума
Уважаемый председатель коммисии, члены коммисии,коллеги, вашему вниманию представляю атестационную работу на тему:”Исследование влияния погрешности вектора весовых коэфициентов на СКО адаптивной АР”. Работу выполнил студент группы рт-08-1 Денисенко К.О. под руководством проф. Рыбалко Александра Митрофановича. Работа посвящена анализу ААР работающей по критерию минимум СКО. В работе было исследовано влияние коррелеционной зависимости между каналами АР на выходной сигнал.
Прием сигнала с помощью многоэлементной антенной решетки и на сегодняшний день остается одним из основных методов решения сложных задач обнаружения и оценивания, так как позволяет формировать заданную диаграмму направленности с высокой степенью точности.
ААР представляют из себя аппаратно-програмный комплекс где при помощи специальных алгоритмов достигается разделение(фильтрация) сигналов по некоторому параметру, в часности - пространственно. Адаптивные АР имеют очень важное приимощество перед простыми АР - адаптивная пространственная избирательность. Такая система может работать в условиях чрезвычайно быстро меняющейся помеховой обстановки, каккой например является система сотовой мобильной связи. Практически каждый сегодня пользуется мобильной голосовой связью, многие используют мобильный доступ в интернет. Число мобильныс станций растет, прием начинает осложнятся тем, что зачастую два мобильных устройства являются источниками помехи руг для друга,и БС начинает воспринимать полезный сигнал как помеху. Требуется разделить обонентов пространственно. Необходимо следить за абонентом и обеспечить надежность связи. Поэтому уже давно ведутся интенсивные исследования в области адаптивной пространственной избирательности и в моей работе я попытался посмотреть на плохие и хорошие стороны пременения адаптивных АР, на их эффективность. Задача работы - оценить влияние погрешностей при синтезе оптимальных ВК на эффективность работы АР, а главное на выходной сигнал. В процессе решения поставленной задачи были выявлены наиболее значимые параметры ВК , изменение которых значительно влияет на работу ААР. Проведенные расчеты и моделирование показали что наиболее слабым местом ААР является невозможность сохранения ДН при одновременном попадании сигнала и помехи в область главного лепестка.
В основе структуры диплома лежат ответы на следующие вопросы: Основные модели сигналов и помех встречающихся в работе ААР. Критерии оценки оптимального синтеза вектора весовых коэфициентов. Влияние погрешностисинтеза ВВК на выходной сигнал Какова зависимость выходного сигнала от параметров ВК, которая отображена в графиках. Анализ зависимости.
В работе рассматривается функционирование ААР в системе мобильной связи, из этого следуют и рассмотриваемые модели сигналов и помех: отдельно для базовой и мобильной станции.
В системах мобильной связи канал распространения между БС и МС (пользователем), особенно в городских условиях, характеризуется наличием большого числа мелкомасштабных рассеивателей (переотражателей) сигнала. Это приводит к угловой дисперсии, когда «точечный» источник сигнала воспринимается приемной антенной как распределенный в пространстве . Другими словами, БС «видит» пользователя в некотором угловом секторе, размер которого является случайным из-за случайного числа рассеивателей и их случайного положения в пространстве. Аналогично, БС также является распределенным в пространстве источником для пользователя. Как правило, антенны БС расположены на высоких зданиях, а антенны пользователя – вблизи земной поверхности. Поэтому, мелкомасштабные рассеиватели находятся вблизи МС, окружая ее со всех сторон, и достаточно далеко от БС.
Рассмотрим модели принимаемых сигналов: Для мобильной станции используем классическую модель Кларка (она предполагает равномерное распределение рассеивателей в кольце радиуса р с центром в точке расположения МС)
Для базовой станции используем две модели: круговую модель многолучевого канала (основана на предположении что рассеиватели расположены в кольце вокруг МС,а БС принимает сигнал в некотором азимутальном секторе) Гаусовская модель многолучевого канала (основана на том что вероятность появления отражетелей уменьшается при удалении от МС)
Для поиска весового вектора адаптивных антенных систем, в основном используются такие критерии эффективности, как: минимум среднеквадратической ошибки (СКО); максимум отношения средней мощности сигнала к средней мощности помехи (ОСШ); максимум функции правдоподобия минимум дисперсии шума. При использовании любого из этих критериев основная сложность связана с обращением выборочной корреляционной матрицы (КМ) входного процесса в приемных антеннах. Эта матрица играет важную роль в теории ААР, являясь отображением помеховой обстановки в ААР и определяя, в конечном счете, все ее основные характеристики.
В на моем исследовании рассматривается ААР работающая по критерию минимум СКО. Процедура получения оптимальных ВК сводится к решению уравнения Винера-Хопфа.
Для оценки влияния будем рассматривать зашумленность выходного сигнала, вызванную погрешностями в весовых коэфициента.
Рассмотрим зависимость величины шумовой мощности, представляющей из себя отношение суммы мощностей сигнала и помехи к мощности сигнала, от параметраов ВК.
Была получена формула для такой зависимости в которой отражены основные параметры:
дисперсия амплитуды и фазы погрешности ВК, углы места прихода полезного сигнала и помехи, количество элементов решетки и ее шаг.
Здесь проводился рассчет при условии что остальные параметры заданы в соответствии с ТЗ(Н=7, д=0.7,дисперсии=0.1), помеха ортогональна решетке, а коэф. корреляции изменяется. Получено семейство зависимостей, на которых видно: что при отсутствии корреляции в соседних каналах шумовая мощность не зависит от направления прихода сигнала, собстванно как и от помехи, что будет показано дальше. с увеличением коэф. корреляции наблюдается изменение ШМ в соответствии с попаданием сигнала в лепестки ДН. Видно что в области главного лепестка мы имеем наибольшую зашумленность выходного сигнала. На следующем графике изображено семейство зависимостей ШМ от направления прихода Помехи.
Расчеты проводились с теми же условиями что и для полезного сигнала. Результат практически идентичен, с той разницей что амплитуда ШМ при попадании помехи в 3 раза меньше, что показывает работу адаптирующей системы.
На данном графике показано пространственное тело зависимости ШМ от углов прихода сигнала и помехи. Заметно, что наиболее критичным явлется пространственный угол, когда сигнал и помеха попадают в главный лепесток ДН.
я назвал этот угол критический, т.к. в этом угле происходит развал ДН. Следующий параметр - коэф. корреляции.
Здесь при расчетах изменялись углы прихода сигнала и помехи. На данном графике показана зависимость ШМ от коэф. корреляции. Видно как мощность линейно спадает с ростом коррелированости каналов. Сигнал и помеха не попадают в главный лепесток ДН.
На следующем грагфике показано резкое изменение направления зависимости. При попадании сигнала (1), помехи (2), или обоих в “критический угол” зависимость начинает рости с увеличением корреляции. Следующей расмотрим изменение ШМ при изменении фазовой и аплитудной дисперсии ВК.
Здесь показаны две зависимости, где в первой вариируется фазовая дисперсия, во втором - амплитудная. Если посмотреть на динамику изменения зависимостей можно заметить что дисперсия фазы влияет значительнее на ШМ нежели амплитудная. Следует отметить, что маправление зависимостей сохрамяется: для амплитудной - линейно возрастает, для фазовой - линейно спадает.
