Lähettimen tehonsäätö adaptiivisena inverssisäätönä häipyvässä monitiekanavassa: Diplomityö

Marko Höyhtyä

Lähettimen tehonsäätö adaptiivisena inverssisäätönä häipyvässä monitiekanavassa: Diplomityö

Translated title of the contribution: Adaptive power control as inverse control in multipath fading channel: Master's thesis

Marko Höyhtyä

Research output: Thesis › Master's thesis

Abstract

Tässä työssä tutkitaan adaptiivista tehonsäätöä taajuusepäselektiivisessä, hitaasti häipyvässä monitiekanavassa sekä kiinteässä kanavassa. Tehonsäätö toteutetaan kohinattoman ja viiveettömän takaisinkytkennän avulla suljetun silmukan tehonsäätönä. Lähetin säätää lähetystehoa käyttäen hyväksi vastaanottimen lähettämää tietoa kanavan hetkellisestä tilasta. Lähetetyt kanavan tilan estimaatit ovat optimaalisia, harhattomia estimaatteja. Kirjallisuudessa esitettyjä täyttömenetelmää ja katkaistun kanavainversion tehonsäätöä analysoidaan ja vertaillaan toisiinsa. Havaitaan, että vakiobittinopeudella monitiekanavassa toimittaessa katkaistun kanavainversion suorituskyky on huomattavasti täyttömenetelmää parempi. Kummassakin menetelmässä on kynnysarvo, joka määrittää huonoimman kanavan tilan, jolla lähetetään. Kynnysarvo on täyttömenetelmässä matalammalla eli bittejä lähetetään syvemmissä häipymäkuopissa erittäin pienellä teholla. Tämä synnyttää paljon virheitä. Inversiossa lähetysteho on kynnysarvon lähellä suurin. Täyttömenetelmässä tilanne on päinvastoin. Työssä on kehitetty FxLMS/FxRLS-algoritmia käyttävä tehonsäätörakenne inverssisäätöön. Säädön suorituskykyä verrataan kiinteän askeleen ja vaihtuvan askeleen tehonsäätöön. Kiinteässä kanavassa säätö toimii erinomaisesti. Käytet-täessä 10 dB:n keskimääräistä lähetettyä signaali-kohinasuhdetta (SNR) ja kohtalaisen pitkää havaintoaikaväliä vastaanotetun signaalin taso voidaan pitää 0,2 dB:n tarkkuudella halutulla tasolla. Kiinteän askeleen säädössä tarvitaan paljon pidempi alkusuppenemisaika samaan tarkkuuteen pääsemiseksi. Kohinan vaikutuksen havaitaan olevan suurempi kuin FxLMS-säädössä. Hitaasti häipyvässä kanavassa FxLMS-tehonsäätö kiinteällä adaptointi-askeleella on liian hidas kompensoimaan häipymää, ellei käytetä diversiteettiä. Sama ongelma on myös FxRLS-säädössä, kun yritetään keskiarvoistaa kohinaa pitkällä havaintoaikavälillä pois. Jos sen sijaan käytetään normalisoitua versiota FxLMS-algoritmista, mikä vastaa FxRLS-algoritmia hyvin lyhyellä havaintoaikavälillä, invertointi saadaan tehtyä varsin nopeasti ja tarkasti. Vastaanotettu SNR poikkeaa halutusta maksimissaan 2–3 dB syvien häipymien kohdalla. Muuten taso pysyy noin 1 dB:n tarkkuudella halutussa. Kiinteän askeleen säätöä ei millään askelkoolla saada yhtä tarkaksi. Pienillä askeleilla ei ehditä kompensoida syviä häipymiä ja suuremmilla askelilla vastaanotettu SNR vaihtelee useita desibelejä halutun tason ympärillä koko ajan. Vaihtuvan askeleen säätö on parempi kuin kiinteän askeleen, mutta säädön tarkkuus ei silti yllä normalisoidun FxLMS-säädön tasolle. Adaptiivisten säätöjen havaitaan tarvitsevan noin 7 dB suuremman keskimääräisen lähetetyn SNR:n 10 dB:n vastaanotetun SNR:n saavuttamiseen kuin katkaistu kanavainversio. Tämä johtuu kynnysarvon puuttumisesta. Suuri osa tehoista häviää nyt syviin häipymiin, joiden aikana katkaistua kanavainversiota käytettäessä ei lähetetä.

Translated title of the contribution	Adaptive power control as inverse control in multipath fading channel: Master's thesis
Original language	Finnish
Qualification	Master Degree
Awarding Institution	University of Oulu
Place of Publication	Oulu
Publisher	University of Oulu
Publication status	Published - 2005
MoE publication type	G2 Master's thesis, polytechnic Master's thesis

Keywords

FxLMS-algoritmi
FxRLS-algoritmi
adaptiivinen tiedonsiirto

Cite this

@mastersthesis{439cb36f62174cf4b9458079fa9cdd5e,

title = "L{\"a}hettimen tehons{\"a}{\"a}t{\"o} adaptiivisena inverssis{\"a}{\"a}t{\"o}n{\"a} h{\"a}ipyv{\"a}ss{\"a} monitiekanavassa: Diplomity{\"o}",

abstract = "T{\"a}ss{\"a} ty{\"o}ss{\"a} tutkitaan adaptiivista tehons{\"a}{\"a}t{\"o}{\"a} taajuusep{\"a}selektiivisess{\"a}, hitaasti h{\"a}ipyv{\"a}ss{\"a} monitiekanavassa sek{\"a} kiinte{\"a}ss{\"a} kanavassa. Tehons{\"a}{\"a}t{\"o} toteutetaan kohinattoman ja viiveett{\"o}m{\"a}n takaisinkytkenn{\"a}n avulla suljetun silmukan tehons{\"a}{\"a}t{\"o}n{\"a}. L{\"a}hetin s{\"a}{\"a}t{\"a}{\"a} l{\"a}hetystehoa k{\"a}ytt{\"a}en hyv{\"a}ksi vastaanottimen l{\"a}hett{\"a}m{\"a}{\"a} tietoa kanavan hetkellisest{\"a} tilasta. L{\"a}hetetyt kanavan tilan estimaatit ovat optimaalisia, harhattomia estimaatteja. Kirjallisuudessa esitettyj{\"a} t{\"a}ytt{\"o}menetelm{\"a}{\"a} ja katkaistun kanavainversion tehons{\"a}{\"a}t{\"o}{\"a} analysoidaan ja vertaillaan toisiinsa. Havaitaan, ett{\"a} vakiobittinopeudella monitiekanavassa toimittaessa katkaistun kanavainversion suorituskyky on huomattavasti t{\"a}ytt{\"o}menetelm{\"a}{\"a} parempi. Kummassakin menetelm{\"a}ss{\"a} on kynnysarvo, joka m{\"a}{\"a}ritt{\"a}{\"a} huonoimman kanavan tilan, jolla l{\"a}hetet{\"a}{\"a}n. Kynnysarvo on t{\"a}ytt{\"o}menetelm{\"a}ss{\"a} matalammalla eli bittej{\"a} l{\"a}hetet{\"a}{\"a}n syvemmiss{\"a} h{\"a}ipym{\"a}kuopissa eritt{\"a}in pienell{\"a} teholla. T{\"a}m{\"a} synnytt{\"a}{\"a} paljon virheit{\"a}. Inversiossa l{\"a}hetysteho on kynnysarvon l{\"a}hell{\"a} suurin. T{\"a}ytt{\"o}menetelm{\"a}ss{\"a} tilanne on p{\"a}invastoin. Ty{\"o}ss{\"a} on kehitetty FxLMS/FxRLS-algoritmia k{\"a}ytt{\"a}v{\"a} tehons{\"a}{\"a}t{\"o}rakenne inverssis{\"a}{\"a}t{\"o}{\"o}n. S{\"a}{\"a}d{\"o}n suorituskyky{\"a} verrataan kiinte{\"a}n askeleen ja vaihtuvan askeleen tehons{\"a}{\"a}t{\"o}{\"o}n. Kiinte{\"a}ss{\"a} kanavassa s{\"a}{\"a}t{\"o} toimii erinomaisesti. K{\"a}ytet-t{\"a}ess{\"a} 10 dB:n keskim{\"a}{\"a}r{\"a}ist{\"a} l{\"a}hetetty{\"a} signaali-kohinasuhdetta (SNR) ja kohtalaisen pitk{\"a}{\"a} havaintoaikav{\"a}li{\"a} vastaanotetun signaalin taso voidaan pit{\"a}{\"a} 0,2 dB:n tarkkuudella halutulla tasolla. Kiinte{\"a}n askeleen s{\"a}{\"a}d{\"o}ss{\"a} tarvitaan paljon pidempi alkusuppenemisaika samaan tarkkuuteen p{\"a}{\"a}semiseksi. Kohinan vaikutuksen havaitaan olevan suurempi kuin FxLMS-s{\"a}{\"a}d{\"o}ss{\"a}. Hitaasti h{\"a}ipyv{\"a}ss{\"a} kanavassa FxLMS-tehons{\"a}{\"a}t{\"o} kiinte{\"a}ll{\"a} adaptointi-askeleella on liian hidas kompensoimaan h{\"a}ipym{\"a}{\"a}, ellei k{\"a}ytet{\"a} diversiteetti{\"a}. Sama ongelma on my{\"o}s FxRLS-s{\"a}{\"a}d{\"o}ss{\"a}, kun yritet{\"a}{\"a}n keskiarvoistaa kohinaa pitk{\"a}ll{\"a} havaintoaikav{\"a}lill{\"a} pois. Jos sen sijaan k{\"a}ytet{\"a}{\"a}n normalisoitua versiota FxLMS-algoritmista, mik{\"a} vastaa FxRLS-algoritmia hyvin lyhyell{\"a} havaintoaikav{\"a}lill{\"a}, invertointi saadaan tehty{\"a} varsin nopeasti ja tarkasti. Vastaanotettu SNR poikkeaa halutusta maksimissaan 2–3 dB syvien h{\"a}ipymien kohdalla. Muuten taso pysyy noin 1 dB:n tarkkuudella halutussa. Kiinte{\"a}n askeleen s{\"a}{\"a}t{\"o}{\"a} ei mill{\"a}{\"a}n askelkoolla saada yht{\"a} tarkaksi. Pienill{\"a} askeleilla ei ehdit{\"a} kompensoida syvi{\"a} h{\"a}ipymi{\"a} ja suuremmilla askelilla vastaanotettu SNR vaihtelee useita desibelej{\"a} halutun tason ymp{\"a}rill{\"a} koko ajan. Vaihtuvan askeleen s{\"a}{\"a}t{\"o} on parempi kuin kiinte{\"a}n askeleen, mutta s{\"a}{\"a}d{\"o}n tarkkuus ei silti yll{\"a} normalisoidun FxLMS-s{\"a}{\"a}d{\"o}n tasolle. Adaptiivisten s{\"a}{\"a}t{\"o}jen havaitaan tarvitsevan noin 7 dB suuremman keskim{\"a}{\"a}r{\"a}isen l{\"a}hetetyn SNR:n 10 dB:n vastaanotetun SNR:n saavuttamiseen kuin katkaistu kanavainversio. T{\"a}m{\"a} johtuu kynnysarvon puuttumisesta. Suuri osa tehoista h{\"a}vi{\"a}{\"a} nyt syviin h{\"a}ipymiin, joiden aikana katkaistua kanavainversiota k{\"a}ytett{\"a}ess{\"a} ei l{\"a}hetet{\"a}.",

keywords = "FxLMS-algoritmi, FxRLS-algoritmi, adaptiivinen tiedonsiirto",

author = "Marko H{\"o}yhty{\"a}",

note = "CA: ELE diplomity{\"o} Oulun yliopisto, s{\"a}hk{\"o}- ja tietotekniikan osasto: Diplomity{\"o}",

year = "2005",

language = "Finnish",

publisher = "University of Oulu",

address = "Finland",

school = "University of Oulu",

}

TY - GEN

T1 - Lähettimen tehonsäätö adaptiivisena inverssisäätönä häipyvässä monitiekanavassa

T2 - Diplomityö

AU - Höyhtyä, Marko

N1 - CA: ELE diplomityö Oulun yliopisto, sähkö- ja tietotekniikan osasto: Diplomityö

PY - 2005

Y1 - 2005

N2 - Tässä työssä tutkitaan adaptiivista tehonsäätöä taajuusepäselektiivisessä, hitaasti häipyvässä monitiekanavassa sekä kiinteässä kanavassa. Tehonsäätö toteutetaan kohinattoman ja viiveettömän takaisinkytkennän avulla suljetun silmukan tehonsäätönä. Lähetin säätää lähetystehoa käyttäen hyväksi vastaanottimen lähettämää tietoa kanavan hetkellisestä tilasta. Lähetetyt kanavan tilan estimaatit ovat optimaalisia, harhattomia estimaatteja. Kirjallisuudessa esitettyjä täyttömenetelmää ja katkaistun kanavainversion tehonsäätöä analysoidaan ja vertaillaan toisiinsa. Havaitaan, että vakiobittinopeudella monitiekanavassa toimittaessa katkaistun kanavainversion suorituskyky on huomattavasti täyttömenetelmää parempi. Kummassakin menetelmässä on kynnysarvo, joka määrittää huonoimman kanavan tilan, jolla lähetetään. Kynnysarvo on täyttömenetelmässä matalammalla eli bittejä lähetetään syvemmissä häipymäkuopissa erittäin pienellä teholla. Tämä synnyttää paljon virheitä. Inversiossa lähetysteho on kynnysarvon lähellä suurin. Täyttömenetelmässä tilanne on päinvastoin. Työssä on kehitetty FxLMS/FxRLS-algoritmia käyttävä tehonsäätörakenne inverssisäätöön. Säädön suorituskykyä verrataan kiinteän askeleen ja vaihtuvan askeleen tehonsäätöön. Kiinteässä kanavassa säätö toimii erinomaisesti. Käytet-täessä 10 dB:n keskimääräistä lähetettyä signaali-kohinasuhdetta (SNR) ja kohtalaisen pitkää havaintoaikaväliä vastaanotetun signaalin taso voidaan pitää 0,2 dB:n tarkkuudella halutulla tasolla. Kiinteän askeleen säädössä tarvitaan paljon pidempi alkusuppenemisaika samaan tarkkuuteen pääsemiseksi. Kohinan vaikutuksen havaitaan olevan suurempi kuin FxLMS-säädössä. Hitaasti häipyvässä kanavassa FxLMS-tehonsäätö kiinteällä adaptointi-askeleella on liian hidas kompensoimaan häipymää, ellei käytetä diversiteettiä. Sama ongelma on myös FxRLS-säädössä, kun yritetään keskiarvoistaa kohinaa pitkällä havaintoaikavälillä pois. Jos sen sijaan käytetään normalisoitua versiota FxLMS-algoritmista, mikä vastaa FxRLS-algoritmia hyvin lyhyellä havaintoaikavälillä, invertointi saadaan tehtyä varsin nopeasti ja tarkasti. Vastaanotettu SNR poikkeaa halutusta maksimissaan 2–3 dB syvien häipymien kohdalla. Muuten taso pysyy noin 1 dB:n tarkkuudella halutussa. Kiinteän askeleen säätöä ei millään askelkoolla saada yhtä tarkaksi. Pienillä askeleilla ei ehditä kompensoida syviä häipymiä ja suuremmilla askelilla vastaanotettu SNR vaihtelee useita desibelejä halutun tason ympärillä koko ajan. Vaihtuvan askeleen säätö on parempi kuin kiinteän askeleen, mutta säädön tarkkuus ei silti yllä normalisoidun FxLMS-säädön tasolle. Adaptiivisten säätöjen havaitaan tarvitsevan noin 7 dB suuremman keskimääräisen lähetetyn SNR:n 10 dB:n vastaanotetun SNR:n saavuttamiseen kuin katkaistu kanavainversio. Tämä johtuu kynnysarvon puuttumisesta. Suuri osa tehoista häviää nyt syviin häipymiin, joiden aikana katkaistua kanavainversiota käytettäessä ei lähetetä.

AB - Tässä työssä tutkitaan adaptiivista tehonsäätöä taajuusepäselektiivisessä, hitaasti häipyvässä monitiekanavassa sekä kiinteässä kanavassa. Tehonsäätö toteutetaan kohinattoman ja viiveettömän takaisinkytkennän avulla suljetun silmukan tehonsäätönä. Lähetin säätää lähetystehoa käyttäen hyväksi vastaanottimen lähettämää tietoa kanavan hetkellisestä tilasta. Lähetetyt kanavan tilan estimaatit ovat optimaalisia, harhattomia estimaatteja. Kirjallisuudessa esitettyjä täyttömenetelmää ja katkaistun kanavainversion tehonsäätöä analysoidaan ja vertaillaan toisiinsa. Havaitaan, että vakiobittinopeudella monitiekanavassa toimittaessa katkaistun kanavainversion suorituskyky on huomattavasti täyttömenetelmää parempi. Kummassakin menetelmässä on kynnysarvo, joka määrittää huonoimman kanavan tilan, jolla lähetetään. Kynnysarvo on täyttömenetelmässä matalammalla eli bittejä lähetetään syvemmissä häipymäkuopissa erittäin pienellä teholla. Tämä synnyttää paljon virheitä. Inversiossa lähetysteho on kynnysarvon lähellä suurin. Täyttömenetelmässä tilanne on päinvastoin. Työssä on kehitetty FxLMS/FxRLS-algoritmia käyttävä tehonsäätörakenne inverssisäätöön. Säädön suorituskykyä verrataan kiinteän askeleen ja vaihtuvan askeleen tehonsäätöön. Kiinteässä kanavassa säätö toimii erinomaisesti. Käytet-täessä 10 dB:n keskimääräistä lähetettyä signaali-kohinasuhdetta (SNR) ja kohtalaisen pitkää havaintoaikaväliä vastaanotetun signaalin taso voidaan pitää 0,2 dB:n tarkkuudella halutulla tasolla. Kiinteän askeleen säädössä tarvitaan paljon pidempi alkusuppenemisaika samaan tarkkuuteen pääsemiseksi. Kohinan vaikutuksen havaitaan olevan suurempi kuin FxLMS-säädössä. Hitaasti häipyvässä kanavassa FxLMS-tehonsäätö kiinteällä adaptointi-askeleella on liian hidas kompensoimaan häipymää, ellei käytetä diversiteettiä. Sama ongelma on myös FxRLS-säädössä, kun yritetään keskiarvoistaa kohinaa pitkällä havaintoaikavälillä pois. Jos sen sijaan käytetään normalisoitua versiota FxLMS-algoritmista, mikä vastaa FxRLS-algoritmia hyvin lyhyellä havaintoaikavälillä, invertointi saadaan tehtyä varsin nopeasti ja tarkasti. Vastaanotettu SNR poikkeaa halutusta maksimissaan 2–3 dB syvien häipymien kohdalla. Muuten taso pysyy noin 1 dB:n tarkkuudella halutussa. Kiinteän askeleen säätöä ei millään askelkoolla saada yhtä tarkaksi. Pienillä askeleilla ei ehditä kompensoida syviä häipymiä ja suuremmilla askelilla vastaanotettu SNR vaihtelee useita desibelejä halutun tason ympärillä koko ajan. Vaihtuvan askeleen säätö on parempi kuin kiinteän askeleen, mutta säädön tarkkuus ei silti yllä normalisoidun FxLMS-säädön tasolle. Adaptiivisten säätöjen havaitaan tarvitsevan noin 7 dB suuremman keskimääräisen lähetetyn SNR:n 10 dB:n vastaanotetun SNR:n saavuttamiseen kuin katkaistu kanavainversio. Tämä johtuu kynnysarvon puuttumisesta. Suuri osa tehoista häviää nyt syviin häipymiin, joiden aikana katkaistua kanavainversiota käytettäessä ei lähetetä.

KW - FxLMS-algoritmi

KW - FxRLS-algoritmi

KW - adaptiivinen tiedonsiirto

M3 - Master's thesis

PB - University of Oulu

CY - Oulu

ER -

Lähettimen tehonsäätö adaptiivisena inverssisäätönä häipyvässä monitiekanavassa: Diplomityö

Abstract

Keywords

Fingerprint

Cite this