Спосіб адаптивного вибору виду багатопозиційної модуляції
Номер патенту: 95365
Опубліковано: 25.12.2014
Автори: Осипчук Сергій Олександрович, Уривський Леонід Олександрович, Прокопенко Катерина Анатоліївна
Формула / Реферат
Спосіб адаптивного вибору виду багатопозиційної модуляції з набору QPSK, PSK-8, PSK-16, PSK-32, PSK-64, QAM-16, QAM-64, QAM-128, QAM-256 для передачі дискретної інформації між передавачем і приймачем, який відрізняється тим, що передбачає періодичну оцінку відношення рівня енергії сигналу до спектральної потужності шуму в точці прийому, що здійснюється за допомогою аналізатора спектру, передачі отриманого числового значення відношення рівня енергії сигналу до спектральної потужності шуму в точці прийому на передавальну сторону, де передавач на основі заздалегідь розрахованих характеристик залежності продуктивності від відношення рівня енергії сигналу до спектральної потужності шуму в точці прийому та на основі прийнятого значення відношення рівня енергії сигналу до спектральної потужності шуму в точці прийому приймає рішення про використання оптимального виду модуляції з набору QPSK, PSK-8, PSK-16, PSK-32, PSK-64, QAM-16, QAM-64, QAM-128, QAM-256 за критерієм максимальної продуктивності в каналі зв'язку та забезпечення заданої достовірності передачі дискретної інформації при отриманому значенні відношення рівня енергії сигналу до спектральної потужності шуму в точці прийому від приймача.
Текст
Реферат: UA 95365 U UA 95365 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки електричного зв'язку на основі систем з поєднанням двох або більше видів модуляції несучої і призначених для передачі інформації в безпроводовому каналі зв'язку. Корисна модель може бути використана в адаптивній системі передачі даних, наприклад, що використовує багатопозиційні методи модуляції QPSK, PSK-8, PSK-16, PSK-32, PSK-64, QAM-16, QAM-64, QAM-128, QAM-256, та призначена для передачі даних між передавачем та приймачем саме з максимальною продуктивністю [1] в безпроводовому каналі зв'язку. Така система може бути застосована для передачі максимальної кількості інформації до приймача 3 абонента з коефіцієнтом бітових помилок, наприклад, на рівні 10~ . Технічний результат забезпечення максимальної продуктивності в безпроводовому каналі зв'язку на основі адаптивного вибору багатопозиційної модуляції та заданих вимогах абонента до якості передачі даних, тобто ймовірності бітової помилки. Відомий спосіб адаптивного вибору виду модуляції [2], запропонований для роботи в безпроводовому каналі із непостійними параметрами, передбачає адаптивний вибір виду модуляції (QPSK, QAM-16) та завадостійкого кодування для високошвидкісної передачі даних. Критерієм вибору оптимального виду модуляції та завадостійкого кодування є оцінка відношення рівня сигналу до рівня шуму та контроль якості передачі даних на основі циклічного надлишкового коду CRC (Cyclic Redundancy Code) зі зворотнім зв'язком. Недоліком способу [2] адаптивного вибору виду модуляції є те, що критерієм вибору виду багатопозиційної модуляції є періодичне підтвердження від приймача до передавача про успішну доставку вибраних пакетів даних, що були отримані, і в результаті неуспішного підтвердження про доставку пакету приймається рішення про зміну виду модуляції на вид модуляції з меншим числом біт на символ, що призводить до неоптимальної продуктивності в дискретному каналі зв'язку (рис. 1), проте вимоги до достовірності передачі інформації при цьому задовольняються. Іншим недоліком способу адаптивної модуляції [2] є також те, що спосіб не враховує продуктивність дискретного каналу зв'язку при використаному методі багатопозиційної модуляції, в результаті чого ресурси каналу зв'язку використовуються не оптимально. Ще одним недоліком способу адаптивної модуляції [2] є те, що цей спосіб враховує тільки два види багатопозиційної модуляції, а саме -QPSK та QAM-16, в той час як інші види багатопозиційної модуляції, можливо, будуть забезпечувати кращі характеристики передачі даних в безпроводовому каналі. Найбільш близьким до запропонованого способу вибору адаптивного виду модуляції є відомий винахід [3], що відноситься до систем бездротового зв'язку і може використовуватися для переключення системи модуляції при погіршенні якості каналу зв'язку. Досягнутий технічний результат - забезпечення додаткової надійності каналу після перемикання системи модуляції під час погіршення якості каналу. У цьому способі виконують моніторинг каналу, і коли спостерігають погіршення якості каналу, кількість рівнів у багаторівневій модуляції зменшують для забезпечення зв'язку з гарною якістю з частотою передачі бітів на мінімальному рівні, а коли якість каналу покращується, то кількість рівнів багаторівневої модуляції збільшують для збільшення бітової швидкості передавання даних із задоволенням вимог щодо достовірності передачі. Ознаки запропонованого способу вибору багатопозиційної модуляції, які збігаються з ознаками прототипу, - це адаптивне перемикання виду модуляції на модуляцію більш низького рівня при погіршенні якості каналу зв'язку. Ознаки запропонованого способу вибору багатопозиційної модуляції, які є новими порівняно з прототипом, - це критерій вибору виду модуляції, а саме: в прототипі передбачається задоволення вимог щодо передачі інформації із бітовою помилкою, не гірше заданої, в той час як запропонований спосіб приймає рішення про зміну виду модуляції на основі забезпечення максимальної продуктивності в каналі зв'язку з одночасним забезпеченням необхідної якості передачі. Такий спосіб може бути ефективно використаний в системах передачі, де поруч з вимогами до якості передачі інформації додатковим критерієм є максимальна продуктивність в каналі зв'язку. Недоліком відомого винаходу [3] є те, що цей спосіб не може бути використаний в системах, де якість передачі інформації є другорядним критерієм, оскільки в цьому випадку система буде намагатися покращувати достовірність передавання інформації ціною зменшення продуктивності каналу зв'язку. Іншим недоліком винаходу [3] є те, що в ньому розглянуто роботу менше видів багатопозиційної модуляції, а саме - QPSK, QAM-16, QAM64, в той час у запропонованому способі може бути враховано більша кількість видів модуляції: QPSK, PSK-8, PSK-16, PSK-32, PSK-64, QAM-16, QAM-64, QAM-128, QAM-256. В основу корисної моделі поставлено задачу, яка передбачає досягнення максимальної продуктивності каналу зв'язку після оцінки значення відношення рівня енергії сигналу до рівня спектральної потужності шуму в точці прийому. Продуктивність каналу зв'язку є інформаційною характеристикою каналу і характеризує питому кількість інформації, яку можна передати по 1 UA 95365 U 5 10 15 20 25 каналу зв'язку за інтервал часу при заданих спектрально-енергетичних характеристиках каналу [1]. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб адаптивного вибору багатопозиційної модуляції включає 2 етапи: 1) Визначення значення відношення рівня енергії сигналу до рівня спектральної потужності шуму в точці прийому за допомогою аналізатора спектру; 2) Згідно визначеного значення відношення рівня сигналу до рівня шуму в точці прийому на кроці 1, та заздалегідь розрахованих характеристик залежності продуктивності від відношення рівня енергії сигналу до спектральної потужності шуму в точці прийому, приймається рішення щодо використання певного виду багатопозиційної модуляції із набору QPSK, PSK-8, PSK-16, PSK-32, PSK-64, QAM-16, QAM-64, QAM-128, QAM-256 в діапазоні відношень рівнів сигналу до рівня шуму 1…100 разів (0…20 дБ), який має найбільшу продуктивність при визначеному значенні відношення рівня сигналу до рівня шуму в точці прийому. Розрахунок характеристик залежності продуктивності від відношення рівня енергії сигналу до спектральної потужності шуму в точці прийому, що повинні бути відомі на передавальній стороні для реалізації запропонованого способу адаптивного вибору модуляції, проводиться заздалегідь з використанням наступних кроків: 1) розрахунок ймовірності значення бітової помилки для кожного виду багатопозиційної модуляції з набору QPSK, PSK-8, PSK-16, PSK-32, PSK-64, QAM-16, QAM-64, QAM-128, QAM256 [4] в діапазоні відношень рівня сигналу до рівня шуму 1…100; 2) розрахунок продуктивності при використанні кожного виду багатопозиційної модуляції з набору BPSK, QPSK, PSK-8, PSK-16, QAM-16, QAM-64 в діапазоні відношень рівня сигналу до рівня шуму 1.100 разів (0…20 дБ); В результаті, вибір методу модуляції на передавальній стороні здійснюється за фактом максимальної продуктивності при використанні певного виду модуляції та відомого значення відношення рівня сигналу до рівня шуму. На Фіг. 1 зображено схематично систему передачі. Відношення рівня сигналу до рівня шуму в точці прийому (Фіг. 1): h2 Ec kE b P c , N0 N0 N0 Vc (1) 30 де h2 - відношення рівня сигналу до рівня шуму в точці прийому; Ec - енергія сигналу; Eb - енергія біта; 35 k - число біт сигнальної комбінації заданого виду багатопозиційної модуляції; N0 - спектральна потужність шуму; Pc - потужність сигналу; Vc - швидкість передачі даних в каналі зв'язку. Нехай для всіх видів багатопозиційної модуляції виділено однакову смугу частот і швидкість передачі даних в каналі незмінна: 40 Vc const , (2) де Vc - швидкість в каналі зв'язку. Швидкість джерела даних відноситься до швидкості в каналі зв'язку за наступним виразом: Vs Vc log 2 M , (3) 45 де Vs - швидкість джерела даних; Vc - швидкість в каналі зв'язку; M - число можливих сигнальних комбінацій для заданого виду багатопозиційної модуляції і визначається за наступним виразом: 50 M 2k , (4) 2 UA 95365 U де M - число можливих сигнальних комбінацій для заданого виду багатопозиційної модуляції; k - число біт сигнальної комбінації заданого виду багатопозиційної модуляції. Таким чином, швидкість джерела даних відноситься до швидкості в каналі зв'язку як 5 Vs k Vc , (5) де Vs - швидкість джерела даних; Vc - швидкість в каналі зв'язку;:10 15 k - число біт кожної сигнальної комбінації заданого виду багатопозиційної модуляції. Вираз показує можливість збільшення швидкості джерела пропорційно числу біт в символі сигнальної конструкції заданого виду багатопозиційної модуляції. Продуктивність каналу на фізичному рівні моделі OSI розглядається як міра граничних можливостей фізичного каналу із заданими характеристиками по передачі інформації за заданого виду багатопозиційної модуляції. Продуктивність дискретного каналу представляє максимум питомої швидкості передачі взаємної інформації на одне вимірювання по всіх можливих розподілах сигналу і визначається наступним чином: p R Vs 1 pб log 2 б (1 pб ) log 2 (1 pб ) . M1 20 25 30 (6) де R - продуктивність дискретного каналу зв'язку; Vs - швидкість джерела даних; M - число можливих сигнальних комбінацій для заданого виду багатопозиційної модуляції; pб - ймовірність помилки в приймачі при детектуванні біта заданого виду багатопозиційної модуляції як функція параметру h2 - відношення рівня сигналу до рівня шуму в точці прийому. 2 Ймовірність символьної помилки Р6(^ ) визначається для кожного виду багатопозиційної модуляції з набору QPSK, PSK-8, PSK-16, PSK-32, PSK-64, QAM-16, QAM-64, QAM-128, QAM256 за різними виразами і залежить від відношення рівня сигналу до рівня шуму в точці прийому h2 [4]. Значення ймовірності бітової помилки та продуктивності за різних видів багатопозиційної модуляції (QPSK, PSK-8, PSK-16, PSK-32, PSK-64, QAM-16, QAM-64, QAM-128, QAM-256) розраховані та показані на Фіг. 2 і Фіг. 3 відповідно. Згідно Фіг. 3, з набору модуляцій QPSK, PSK-8, PSK-16, PSK-32, PSK-64, QAM-16, QAM-64, QAM-128, QAM-256, рекомендується використовувати ті види модуляцій за критерієм максимальної продуктивності від відношення рівня енергії сигналу до спектральної потужності шуму в точці прийому, які визначені в Табл. 1, а на фіг. 3 відзначені стрілками. 35 Таблиця 1 Вибір виду модуляції для забезпечення максимальної продуктивності в каналі зв'язку та 3 досягнення достовірності бітової помилки 10 при відомій енергетиці каналу (відношення енергії біта до спектральної потужності шуму, дБ) 6.8-10 дБ QPSK 40 45 10-10.5 PSK-8 10.5-13.7 QAM-16 13.7-14.8 QAM-32 14.8-18 QAM-64 18-19.2 QAM-128 >19.2 дБ QAM-256 Вочевидь, при зміні вимог до достовірності, розподіл границь прийняття рішення щодо зміни виду маніпуляції, вказаних в табл. 1, буде змінюватися. Для реалізації запропонованого методу на практиці, дані табл. 1 повинні бути відомі передавачу для прийняття рішення про використання певного виду модуляції. Таким чином, при відомому значенні відношення рівня сигналу до рівня шуму, користуючись даними табл. 1, можна приймати рішення про застосування оптимального виду багатопозиційної модуляції за критерієм досягнення максимальної продуктивності в каналі зв'язку із визначеним значенням відношення рівня сигналу до рівня шуму в точці прийому. Джерела інформації: 3 UA 95365 U 5 1. Зюко А.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи [Текст] / А.Г. Зюко.-2-е изд., перераб. и доп. - М.: Связь, 1972.-360 с. 2. Adaptive modulation and coding. European patent Application. EP 1 505 756 A3, 2005. 3. УСТРОЙСТВО БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ И СПОСОБ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ЕГО СИСТЕМЫ МОДУЛЯЦИИ. RU 2 420 902, 2007. 4. Proakis, J.G. Digital Communications, 4th ed., McGraw-Hill, 2001. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 Спосіб адаптивного вибору виду багатопозиційної модуляції з набору QPSK, PSK-8, PSK-16, PSK-32, PSK-64, QAM-16, QAM-64, QAM-128, QAM-256 для передачі дискретної інформації між передавачем і приймачем, який відрізняється тим, що передбачає періодичну оцінку відношення рівня енергії сигналу до спектральної потужності шуму в точці прийому, що здійснюється за допомогою аналізатора спектру, передачі отриманого числового значення відношення рівня енергії сигналу до спектральної потужності шуму в точці прийому на передавальну сторону, де передавач на основі заздалегідь розрахованих характеристик залежності продуктивності від відношення рівня енергії сигналу до спектральної потужності шуму в точці прийому та на основі прийнятого значення відношення рівня енергії сигналу до спектральної потужності шуму в точці прийому приймає рішення про використання оптимального виду модуляції з набору QPSK, PSK-8, PSK-16, PSK-32, PSK-64, QAM-16, QAM64, QAM-128, QAM-256 за критерієм максимальної продуктивності в каналі зв'язку та забезпечення заданої достовірності передачі дискретної інформації при отриманому значенні відношення рівня енергії сигналу до спектральної потужності шуму в точці прийому від приймача. 4 UA 95365 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5
ДивитисяДодаткова інформація
МПК / Мітки
МПК: H04L 27/32
Мітки: вибору, адаптивного, спосіб, багатопозиційної, модуляції, виду
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/7-95365-sposib-adaptivnogo-viboru-vidu-bagatopozicijjno-modulyaci.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб адаптивного вибору виду багатопозиційної модуляції</a>
Попередній патент: Спосіб автоматизованої електронної синхронізації інформаційних даних про потреби і пропозиції
Наступний патент: Гідроциклонний апарат
Випадковий патент: Кристалічна форма iv агомелатину, спосіб її одержання і фармацевтична композиція, яка її містить