РВВЕДЕНИЕ 6
1 Анализ технического задания 8
2 Стандарты и поколения сотовой связи 10
2.1 Первое поколение - 1G 11
2.2 Стандарты сотовой связи - 2G 12
2.3 Стандарты сотовой связи - 3G 13
2.4 Стандарты мобильной связи - 4G 15
2.5 Стандарты мобильной связи - 5G 16
2.6 Технология MIMO 17
3 Технологии построения систем позиционирования 19
3.1 Метод направления прихода сигналов 21
3.2 Дальномерный метод 22
3.3 Метод фиксации времени прибытия сигналов 24
3.4 Метод позиционирования по разности моментов времени прихода
сигналов 25
3.5 Локализация с помощью дополненной системы GPS 26
3.6 Разностно-дальномерные системы 28
3.7 Угломерно-разностно-дальномерные системы 29
3.8 Интегрированные системы 31
3.9 Точность систем местоопределения 32
4 Общие сведения об алгоритмах со сверхразрешением 34
4.1 Алгоритм ESPRIT 377
4.2 Алгоритм минимизации дисперсии MVDR (метод Кейпона) 400
4.3 Алгоритм Root MUSIC 411
5 Разработка модели приёмника на основе алгоритмов высокоточного измерения 43
5.1 Структурная схема модели 43
5.2 Реализация модели в Simulink 45
5.2.1 Описание блоков модели 46
6 Статистическая обработка 52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 65
ЕФЕРАТ
Задача определения направления прихода сигналов является актуальной на протяжении довольно длительного времени. Она берет свое начало еще в тридцатые годы прошлого столетия в системах радиолокационных комплексов и продолжает свое развитие на сегодняшний день в сетях мобильной, сотовой связи, спутниковой навигации, системах позиционирования и др.
В данной работе проводится исследование точности определения направления прихода сигналов, реализованное на основе алгоритмов со сверхразрешением, таких как MVDR, ESPRIT, Root MUSIC.
Методы со сверхразрешением применяются для решения задачи определения координат нескольких источников излучения и углового разрешения объектов в области радиолокации, но их можно применять и в системах сотовой связи для эффективного формирования луча и приема отраженного сигнала в местах городских застроек и жилых сооружений.
На рисунке 1 представлены лучи направления прихода сигналов S1 и S2 от абонента сети сотовой связи к базовой станции ( S1 - зеленый, S2 - синий) и обратном направлении. Оба сигнала отражены от зданий и приходят к базовой станции сотовой связи различными путями. Предполагается, что на базовой станции установлена фазированная антенная решетка. Размещаемая на БС фазированная антенная решетка с п- количеством элементов принимает отраженные сигналы. Наличие фазированной антенной решетки позволит выделить направление прихода наиболее мощного сигнала, избавиться от мешающих сигналов и это может обеспечить качественную связь, более высокую скорость передачи, а так же использование в технологиях MIMO.
Рисунок 1 - Направление прихода сигнала в местах городских застроек
В работе проанализированы вопросы технологий в области систем связи, в области направления прихода сигнала, описана разработанная модель приемника сигналов, реализующего направление прихода сигналов на основе алгоритмов высокоточного измерения таких как ULA MVDR, ESPRIT, Root MUSIC. Проведен анализ точности определения направления прихода
сигналов на основе вышеназванных алгоритмов в зависимости от соотношения сигнал/ шум и конфигурации антенной решетки. Приведены результаты тестирования и моделирования, которые позволяют сделать вывод о точности направления прихода сигнала и применение данных алгоритмов в сетях сотовой связи.
В результате проделанной работы были изучены алгоритмы высокоточного измерения направления прихода сигнала такие как: ULA MVDR, ESPRIT, Root MUSIC. В среде MATLAB Simulink разработана модель приёмника сигналов, реализующая указанные методы для точности определения направления прихода сигналов.
Проведены исследования их эффективности в зависимости от отношения сигнал/шум и конфигурации антенной решетки.
Полученные исследования показывают, что алгоритмы высокоточными измерениями имеют хорошую эффективность по сравнению с классическими методами даже при малом количестве антенных элементов и несложной структуре диаграммы направленности антенны, что важно при решении практических задач.
Наилучшие показатели в точности определения направления прихода в условиях воздействия шумов показал алгоритм Root MUSIC. При отношении сигнал/шум 15 дБ и конфигурации антенной решетки, состоящей из 20 элементов, данный алгоритм дает отклонение от заданного угла (0=30°) всего в 0,01 градус, когда остальные алгоритмы в заданных условиях показывают результат с отклонением до 0,1 градуса. Основной его недостаток - большие вычислительные затраты.
