ОРТОГОНАЛЬНОЕ ХАОТИЧЕСКОЕ КОДИРОВАНИЕ ДЛЯ ΜΙΜΟ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

January 31, 2013 by admin Комментировать »

Калинин В. И. Институт радиотехники и электроники Российской Академии наук (ИРЭ РАН) пл. Академика Б. А. Введенского, 1, г. Фрязино, Московская обл., 141195, Россия

Аннотация – Предложен метод ортогонального хаотического пространственно временного кодирования для WCDMA телекоммуникационной системы с широкополосным беспроводным доступом на основе ΜΙΜΟ технологии. Построено множество ортогональных хаотических кодов для многопозиционной высокоскоростной передачи данных.

I.                                       Введение

Ортогональное пространственно-временное кодирование сигналов в многоэлементных разнесенных антенных системах (ΜΙΜΟ – Multiple Input-Multiple Output) представляет в настоящее время одно из наиболее перспективных направлений развития информационных технологий для высокоскоростной и помехоустойчивой передачи информации в каналах связи с многолучевым распространением [1-2]. Интерференция сигналов на входе приемников вследствие многолучевого распространения является причиной помех, которые ограничивают скорость передачи данных до

Mbit/s в мобильных сотовых сетях и до 20-40 Mbit/s в фиксированных многопользовательских беспроводных системах даже при использовании широкополосных сигналов с потенциально высокой информационной емкостью [2]. В последние годы предложены эффективные алгоритмы пространственно временного кодирования широкополосных сигналов с помощью многоэлементных приемно-передающих антенн. ΜΙΜΟ технология позволяет в реальном времени оптимизировать параметры каналов связи к переменным условиям многолучевого распространения и тем самым увеличить во много раз скорость передачи данных [1-2]. Реализация М1МО-технологии в телекоммуникационных сетях является технически сложной проблемой. Согласно разрабатываемому стандарту IEEE 802.15b для WOFDM с цифровой про- странственно-временной обработкой ортогональных сигналов возможна передача со скоростью до 1000 Mbit/s потоков разнообразной информации.

Для кодирования сообщений применяют М- последовательности, которые обладают хорошими автокорреляционными свойствами [3-5]. Однако количество М-последовательностей всегда ограничено и среди них встречаются сильно коррелированные пары, использование которых способствует межсим- вольной интерференции. Актуальной задачей для развития WCDMA и WOFDM беспроводных систем связи является синтез больших по мощности ансамблей ортогональных кодов с хорошими корреляционными и групповыми свойствами, а также высокой спектральной эффективностью [4-5].

В настоящей работе рассмотрена многопозиционная передача цифровой информации с ортогональным хаотическим пространственно временным кодированием в CDMA широкополосном канале.

II.        Ортогональное пространственно- временное кодирование

Скорость передачи данных многократно увеличивается за счет одновременного кодирования сразу нескольких информационных битов с последующей передачей многомерного потока кодированных данных в линии связи [3]. Телекоммуникационная система с BLAST (Bell Laboratories Layered Space Time) архитектурой использует много разнесенных в пространстве передающих и приемных антенн [1-2]. Повышение информационной емкости и усиление полезных сигналов для ΜΙΜΟ беспроводной системы достигается кодированием информации на основе ортогонального множества пространственно временных кодов (space-time block codes – STBCs).

Функциональная схема многопозиционной передачи содержит ряд параллельных подканалов кодирования в передатчике и столько же параллельных подканалов декодирования в приемнике. Высокоскоростной поток информационных битов разделяется в передатчике на М параллельных подканалов. В результате формируется многомерный поток данных в виде информационных кадров с частотой следования в М раз меньше скорости исходного потока данных. Текущий информационный кадр из М двоичных битов кодируется ортогональным ансамблем из М хаотических кодов с помощью М параллельных инверторов в передатчике. Хаотические коды длиной N двоичных символов образуют ансамбль из М взаимно-ортогональных кодов, которые формируются быстродействующим цифровым хаотическим кодером. При многопозиционной передаче исходный поток данных однозначно преобразуется (M*N) размерной матрицей в поток информационных кадров. Избыточность кодирования определяется длиной N хаотического кода.

Передача информации производится методом прямого расширения спектра (Direct Spread Spec- trum- DSS) в каждом из Μ параллельных подканалов. В настоящей работе рассмотрен CDMA широкополосный радиоканал для передачи цифровой информации на основе стандарта IEEE 802.11b. Фазовая манипуляция многомерных сигналов на частоте

2.411   GHz производится с помощью быстродействующих микрополосковых фазовых модуляторов, которые управляются ансамблем из М хаотических кодов длиной N=128 символов.

Длительность элементарных символов хаотического кода составляет 100 ns. Исходный поток данных со скоростью от 80 Kbit/s до 2 Mbit/s передается кадрами из М=8 бит и частотой следования информационных кадров от 10 KHz до 250 KHz. На выходе каждого из М=8 фазовых модуляторов формируется высокочастотный шумоподобный сигнал на частоте

2.411   GHz с непрерывным спектром в полосе частот 10 MHz. Сформированные шумоподобные сигналы с расширением спектра излучаются в эфир 8-ми элементной антенной решеткой. Фазовая манипуляция в 8-ми параллельных подканалах осуществляется вза- имно-ортогональными хаотическими кодами, поэтому в беспроводную линию связи одновременно поступают М=8 независимых шумоподобных сигналов в общей полосе частот 10 MHz.

Приемник содержит М=8 аналогичных параллельных подканалов для полной демодуляции широкополосных многомерных сигналов с помощью быст

родействующих фазовых модемов. На вход приемной антенны каждого подканала поступает аддитивная смесь из 8-ми широкополосных кодированных сигналов, а также сигналы вследствие многолучевого распространения и посторонние помехи. В каждом из 8-ми подканалов приемника осуществляется полная демодуляция фазы только полезного сигнала при синхронизме во времени принятого и опорного кода. Фазовый модем под управлением точной копии хаотического кода (опорного кода) для данного подканала восстанавливает фазу только полезного сигнала, который модулирован хаотическим кодом этого подканала. В процессе демодуляции происходит когерентное сжатие спектра только одного принятого сигнала, модулированного хаотическим кодом для данного подканала. Энергия сжатого сигнала сосредоточена в узкой полосе частот порядка AF 1/Т = (80-2000) KHz, где Т длительность информационного бита. Все остальные сигналы, модулированные другими ортогональными хаотическими кодами, не подлежат когерентному сжатию по спектру даже при полном синхронизме кодов (рис.З).

При разработке многопозиционных WCDMA систем важным является выбор математических алгоритмов, порождающих большой ансамбль псевдослучайных последовательностей. Синтез множества ортогональных хаотических кодов производится на основе нелинейных дискретно разностных алгоритмов с запаздыванием, которые получены методом реконструкции нелинейной динамики [5]. Множество хаотических бинарных кодов L^={Xi (xi, хг, xn)}, образующее Л/-мерное пространство с метрикой Хемминга, формируется согласно критерию близости кодового расстояния dij для всех пар кодов (Х/, Xj) к величине равной половине длины кода d=N/2. Построенное таким образом множество состоит из ортогональных, т. е. некоррелированных между собой хаотических кодов. Численный анализ показал, что дифференциальная функция распределения всех пар кодов приближается к нормальному закону распределения симметричного относительно медианы, равной половине длины кода.

Показана возможность многопозиционной передачи цифровой информации для WCDMA телекоммуникационной системы с широкополосным беспроводным доступом на основе технологии прямого расширения спектра. Многопозиционное кодирование передаваемой информации с помощью ортогональных хаотических кодов позволит повысить скорость передачи информации, уменьшить влияние помех вследствие межканальной интерференции и многолучевого распространения сигналов, а также обеспечить защиту конфиденциальной информации.

IV.                           Список литературы

[1]  G. J. Foschini. Layered Space-Time Architecture for Wireless Communication in a Fading Environment When Using Multiple Antennas, Bell Laboratories Technical Journal,

Vol.1, No 2, pp.41-59. Autumn 1996.

[2]  G. J. Foschini and M. J. Gans. On the Limits of Wreless Communication in a Fading Environment When Using Multiple Antennas, Wreless Personal Communications, Vol.6(3), pp.311-335, 1998.

[3]  C. E. Shannon. A Mathematical Theory of Communication. // Bell. System Techn. J., 1948. V.27, No 3, P. 379-423.

[4]  Andrew J., Viterby. CDMA: Principles of Spread Spectrum Communication. – New York: Addison-Wesley Publ. 1996

Гуляев Ю. В., Беляев Р. В., Воронцов Г. М., Залогин Н. Н., Калинин В. И. и др., Информационные технологии на основе динамического хаоса для передачи, обработки, хранения и защиты информации. Радиотехника и электроника, 2003, Т.48, № 10, С.1157-1185.

ORTHOGONAL CHAOTIC CODING IN ΜΙΜΟ TELECOMMUNICATION SYSTEM

Kalinin V. I.

Institute Radio Engineering & Electronics of Russian Academy of Sciences IRE RAS Fryazino, Moscow Region, 141195, Russia Ph./fax: (095) 7855639/7029572

Abstract – Orthogonal chaotic code sets are designed for wireless telecommunication system with wideband multiple access on the basis of MIMO technology. It is shown that orthogonal chaotic code application provides low interference between channel waveforms, in order to increase information capacity, and to guard the information transmitted.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты