Определение параметров, структуры и демодуляция сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией в режиме постобработки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.01, кандидат технических наук Воробьев, Михаил Юрьевич

• Воробьев, Михаил Юрьевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Воробьев, Михаил Юрьевич

Введение

1. Постановка задачи

1.1. Модель принимаемого сигнала

1.2. Описание решаемых задач

1.3. Показатели качества алгоритмов

1.4. Основные результаты главы.

2. Оценка тактовой частоты и временного сдвига сигнала с неизвестным видом амплитудно-фазовой манипуляции

2.1. Алгоритмы измерения тактовой частоты

2.2. Алгоритмы измерения временного сдвига

2.3. Результаты имитационного моделирования

2.4 Основные результаты главы.

3. Оценка расстройки несущей частоты и фазы сигнала с неизвестным видом амплитудно-фазовой манипуляции

3.1. Синхронизация по несущей без обратной связи по решению

3.2. Синхронизация по несущей с петлей обратной связи по решению

3.3. Результаты имитационного моделирования

3.4. Основные результаты главы.

4. Определение структуры АФМ сигнала

4.1. Различение ФМ и KAM сигналов

4.2. Различение ФМ-Л/сигналов

4.3. Различение KAM сигналов

4.4. Оценка SNR.

4.5 Основные результаты главы.

5. Подавление помех при приеме АФМ сигнала с неизвестными параметрами и структурой

5.1. Обнаружение и подавление узкополосных помех

5.2. Обнаружение и подавление многолучевости

5.3. Результаты имитационного моделирования

5.4. Основные результаты главы.

6. Алгоритм автоматического определения параметров и структуры АФМ сигнала

6.1. Описание алгоритма.

6.2. Основные результаты главы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение параметров, структуры и демодуляция сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией в режиме постобработки»

Актуальность темы

В ближайшее десятилетие ожидается значительный рост потоков цифровой информации. Это связано как с ростом объема передаваемых цифровых данных, так и с тем, что все более широкое распространение будут получать цифровые методы передачи аналоговых сообщений, в частности звуковых и телевизионных. Цифровые системы связи в качестве среды распространения могут использовать направляющие (кабельные, волоконно-оптические и другие линии) и пространство (радиосвязь). В диссертации рассматриваются системы радиосвязи и прежде всего радиорелейные линии (хотя результаты применимы и для других видов радиосвязи, например спутниковой). Часто в таких системах для передачи цифровой информации используется модуляция сигнала по фазе и амплитуде (АФМ). Наиболее распространенными видами в этом случае являются фазовая манипуляция (ФМ) и квадратурная амплитудная модуляция (KAM). Существует множество вариантов ФМ и KAM, которые различаются количеством позиций манипуляции по фазе и амплитуде.

Современные связные приемники спроектированы для приема либо одного вида манипуляции сигнала, либо определенного класса манипуляций. Однако для осуществления приема требуется априорная информация о конкретном виде манипуляции и скорости передачи цифровой информации в линии связи, то есть тактовой частоте сигнала. В этом случае приемник оказывается аппаратно привязанным к конкретному набору манипуляций АФМ сигнала, которые он может принимать и демодулировать, а также к конкретному набору возможных значений тактовой частоты принимаемого сигнала.

Такая структура приемника не позволяет расширить класс принимаемых сигналов после того, как приемник разработан и изготовлен. Необходимую гибкость для построения универсального приемника цифровой информации может обеспечить блок адаптации, который мог бы производить анализ принимаемого сигнала с целью самостоятельной (без внешних целеуказаний) синхронизации приемника. Наличие блока адаптации в этом случае дало бы приемнику ряд существенных преимуществ перед традиционными вариантами.

Во-первых, универсализация приемника по отношению к структуре и параметрам входного сигнала позволяет расширять круг решаемых таким приемником задач без каких-либо существенных изменений его аппаратной структуры. В этом случае можно резко сократить финансовые и временные 7 затраты, исключив из производственного цикла процедуры разработки, изготовления, тестирования и установки новых или модифицированных приемников взамен старых для расширения или изменения набора манипуляций принимаемых сигналов.

Во-вторых, приемник с блоком адаптации к сигналу позволяет обеспечить более высокое качество приема с точки зрения помехоустойчивости и помехозащищенности по сравнению с приемником, параметры которого фиксированы. Это преимущество связано с постоянным анализом помеховой обстановки и параметров принимаемого сигнала в адаптивном приемнике.

В-третьих, приемник с блоком адаптации может служить инструментом анализа при решении задач радиомониторинга. Радиомониторинг - это анализ радиоэфира с целью поиска несанкционированных сигналов, измерения электромагнитной совместимости радиоустройств, исследования сигнала на предмет наличия искажений в линии связи и другое.

Цель работы заключается в разработке алгоритмов определения параметров, структуры и демодуляции АФМ сигналов в режиме постобработки (postprocessing1), на базе которых может быть создан блок адаптации универсального приемника АФМ сигналов.

Для этого следует решить следующие задачи:

1. Осуществить сравнительный анализ методов фазовой и тактовой синхронизации при приеме АФМ сигналов в условиях отсутствия априорной информации о виде манипуляции сигнала.

2. Выбрать или предложить новые способы и алгоритмы синхронизации при приеме АФМ сигналов, наиболее полно удовлетворяющие требованиям точности, робастности, временных и вычислительных затрат.

3. Проанализировать существующие и при необходимости предложить новые способы определения (распознавания, различения) вида манипуляции АФМ сигнала.

4. Рассмотреть возможность защиты блока адаптации от паразитного воздействия негауссовых помех (узкополосных помех и многолучевости) и предложить алгоритмы для такой защиты. обработка сигнала за временной интервал, который может значительно превышать длительность обрабатываемой реализации сигнала. 8

5. Оценить степень влияния отсутствия полной априорной информации о структуре и параметрах АФМ сигнала на вероятность ошибки при его демодуляции.

Научная новизна работы. В диссертационной работе получены следующие результаты:

1. Предложены методы синхронизации при приеме АФМ сигналов при отсутствии информации о некоторых параметрах сигнала.

2. Предложена классификация АФМ сигналов в виде иерархической структуры для определения вида манипуляции сигнала.

3. Показано, что пороговые свойства и точность предлагаемого способа адаптивной синхронизации практически не влияют на ошибку демодуляции АФМ сигнала при ограничениях, накладываемых на длительность анализируемой дискретной реализации сигнала.

Практическая ценность результатов.

1. Разработаны и программно реализованы алгоритмы синхронизации по несущей и тактовой частотам для сигналов с неизвестным видом АФМ, относящихся к классу сигналов с ФМ и KAM.

2. Предложен и программно реализован алгоритм определения вида манипуляции ФМ и KAM сигналов с известной тактовой частотой.

3. Предложены и программно реализованы алгоритмы обнаружения и подавления узкополосных помех и многолучевости, основанные на спектральном анализе принимаемого сигнала в режиме постобработки.

4. Предложен и программно реализован алгоритм работы блока адаптации универсального приемника АФМ сигналов.

В связи с решенными задачами:

- разработана математическая модель принимаемого АФМ сигнала с учетом негауссовых помех, которая реализована в виде вычислительной программы;

- разработан пакет прикладных программ, реализующий алгоритм блока адаптации приемника в режиме постобработки.

Реализация научно-технических результатов работы

Результаты диссертационной работы внедрены предприятием в/ч 35533 г.Москвы в разрабатываемый комплекс радиомониторинга ФМ и KAM сигналов, 9 излучаемых радиорелейными станциями. Для вышеназванного предприятия автором диссертации выполнены две научно-исследовательские работы [8, 9], результаты которых изложены в главах 2, 3, 4, 5.

Апробация работы

Основные теоретические и практические результаты доложены и обсуждены на следующих научно-технических конференциях: "Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве", Москва, 1997; "Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве", Москва, 1998 [7].

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ [3,4,5,7,8,9].

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Алгоритмы грубого и точного измерения тактовой частоты и временной задержки АФМ сигнала, которые являются слабо чувствительными к виду модуляции сигнала и к расстройке несущей частоты.

2. Алгоритмы измерения расстройки несущей частоты и фазы АФМ сигнала, которые являются слабо чувствительными к виду модуляции сигнала, относящихся к классу сигналов с ФМ или KAM.

3. Иерархическая структура классификации видов манипуляции АФМ сигналов, позволяющая разбить задачу определения конкретной структуры сигнала на ряд последовательно решаемых подзадач различения сигналов по некоторым уникальным признакам. Предложены алгоритмы различения АФМ сигналов, которые не требуют точного знания частоты несущей сигнала.

4. Алгоритмы обнаружения и подавления узкополосных помех и многолучевости, которые являются универсальными по отношению к структуре и параметрам АФМ сигнала.

5. Алгоритм блока адаптации приемника (совокупность алгоритмов обнаружения и подавления помеховых сигналов, определения параметров, структуры и демодуляции АФМ сигнала).

6. Показано, что отсутствие априорной информации о виде модуляции и параметрах АФМ сигнала в адаптивном приемнике при наложении определенных ограничений на длительность анализируемой дискретной реализации сигнала в режиме постобработки практически не увеличивает вероятность ошибки

10 демодуляции по сравнению со случаем, когда параметры и структура сигнала известны точно.

Обзор литературы по теме диссертации:

В отечественных и зарубежных публикациях вопрос построения адаптивного АФМ приемника в той постановке, которая была приведена выше, практически не рассматривается. Однако это не означает, что ведущие фирмы в области разработки АФМ приемников не осуществляют каких-либо работ в этом направлении. Скорее всего, на данном этапе производятся научно-технические исследования возможности адаптации приемника к параметрам и структуре принимаемого АФМ сигнала и сведения о таких исследованиях носят конфиденциальный характер. Однако некоторые результаты таких исследований зарегистрированы патентной службой США.

Так, например, проблема универсализации АФМ приемника по структуре принимаемого сигнала рассмотрена в [45]. В [45] предложены универсальная к виду модуляции система синхронизации приемника АФМ сигналов по несущей частоте, а также универсальная схема детектирования АФМ сигнала.

В [46] рассмотрена система автоматического различения сигналов с амплитудно-фазовой и частотной модуляциями с помощью спектрального анализа входного сигнала.

В [47] описан способ автоматического определения структуры (вида манипуляции) KAM сигнала. Основная идея этого способа заключается в отождествлении (идентификации) сигнала по уникальным признакам, заложенным в его амплитуду.

Много работ связано с адаптацией АФМ приемника к негауссовым помехам. Наиболее часто дискутируются вопросы, связанные с обнаружением и подавлением многолучевости [14, 32, 35, 49] и узкополосных помех [16, 23, 44, 51, 52].

В некоторых публикациях отражены идеи универсализации устройств синхронизации АФМ приемника по несущей и тактовой частотам. Например, в [25, 27, 28, 36, 38, 41] описаны способы построения универсальных систем синхронизации несущей частоты и фазы АФМ сигнала для некоторого набора или класса манипуляций. В [17, 22] рассмотрены способы тактовой синхронизации сигнала, которые являются робастными для широкого круга АФМ сигналов.

11

При анализе существующего технического уровня развития цифровой техники передачи информации автор диссертации широко использовал работы общего плана [2, 10, 11, 14, 17, 18, 21].

Анализ опубликованных материалов, связанных с задачей построения универсального адаптивного АФМ приемника, показывает, что в этих публикациях тема адаптации или универсализации касается только лишь какого-нибудь конкретного блока приемника, но не всего приемника в целом. Поэтому, основной задачей диссертационной работы является, во-первых, объединение универсальных по отношению к принимаемому сигналу алгоритмов синхронизации, идентификации и демодуляции АФМ сигналов в единое целое и, во-вторых, разработка новых алгоритмов, улучшающих показатели адаптивного приемника.

Содержание работы

В первой главе диссертационной работы проведен общий анализ возможности реализации алгоритмов адаптации приемника к АФМ сигналу в режиме постобработки, конкретизированы решаемые задачи и приведены ограничения, накладываемые на параметры сигнала, помех и канала связи, при котором эти задачи будут решаться.

Во второй главе предложены универсальные, не зависящие от вида модуляции алгоритмы грубого и точного измерения тактовой частоты сигнала, нечувствительные к расстройке несущей частоты. Алгоритм грубой оценки тактовой частоты основан на особенности спектра АФМ сигнала, сформированного на передающей стороне с помощью фильтра Найквиста. Алгоритм точной оценки тактовой частоты сигнала выбран на основе сравнения нескольких хорошо известных алгоритмов восстановления тактовой частоты АФМ сигнала, которые заключаются в нелинейном преобразовании принятого сигнала с целью выделения регулярной составляющей на тактовой частоте. Оценку значения частоты такой регулярной составляющей предложено осуществлять с помощью спектрального анализа, а не с помощью следящих измерителей, которые обычно используются в аппаратуре синхронизации приемника. Это позволяет избежать переходных процессов, характерных для следящих измерителей. Кроме того этот способ более прост для реализации при постобработке.

Проведен анализ алгоритма измерения временного сдвига (задержки) АФМ сигнала для случая, когда форма сигнала не известна (не известен коэффициент

12 скругления фильтра Найквиста, который определяет форму элементарного сигнала). В результате разработан алгоритм, обеспечивающий минимальные энергетические потери при измерении временного сдвига сигнала с неизвестной формой элементарного сигнала по отношению к оптимальному алгоритму для сигнала известной формы.

В третьей главе предложена универсальная по отношению к виду модуляции процедура измерения расстройки несущей частоты и фазы сигнала. Процедура включает в себя нелинейное преобразование принятого сигнала для восстановления регулярной составляющей на несущей частоте и алгоритм измерения параметров (частоты и фазы) этой регулярной составляющей, основанный на спектральном анализе. На основе сравнения широко известных способов восстановления несущего колебания выбран алгоритм с возведением сигнала в четную степень, применяемый для осуществления синхронизации по несущей сигналов с ФМ. Показано, что этот алгоритм имеет приемлемую точность целеуказания для реализации алгоритма уточнения несущей частоты и фазы KAM сигналов. Оценены потери предложенного алгоритма из-за нелинейности преобразования и потери при восстановлении несущей частоты для KAM сигналов.

Показано, что точность измерения расстройки несущей частоты и фазы KAM сигналов с помощью универсального алгоритма оказывает существенное влияние на вероятность ошибки при демодуляции сигнала. Поэтому предложен способ уточнения частоты и начальной фазы KAM сигнала, использующий информацию о конкретном виде модуляции сигнала (которая определяется предварительно). Алгоритм уточнения расстройки несущей частоты и фазы KAM сигналов основан на использовании петли обратной связи по решению. Основная идея алгоритма заключается в поиске таких значений оцениваемых параметров, при которых дискретное представление реализации принятого сигнала в квадратурной плоскости наилучшим образом (согласно МНК) совпадало со структурой сигнального созвездия конкретного вида модуляции. Показано, что точность измерения параметров сигнала (несущей и тактовых частот, а также их начальных фаз) с помощью алгоритмов, описанных выше, практически не сказывается на вероятности ошибки при демодуляции сигнала, а пороговый потенциал сигнала для определения его структуры лежит ниже порога, требуемого для его демодуляции с вероятностью ошибки не более 1СГ1 (для ФМ-4 это пороговое отношение сигнал/шум равно 8 дБ, для КАМ-16 - 13 дБ, для КАМ-256 -25 дБ).

13

В четвертой главе предложена иерархическая схема классификации структуры сигнала, позволяющая разбить задачу определения вида модуляции АФМ сигнала на ряд последовательно решаемых подзадач различения сигналов по некоторым, изложенным ниже, уникальным признакам.

Предложенный алгоритм различения ФМ и KAM сигналов основан на вычислении дисперсии тактовых отсчетов амплитуды сигнала и сравнении ее с порогом. Основная идея этого алгоритма заключается в различении сигналов по признаку наличия амплитудной модуляции.

Предложенный алгоритм различения ФМ сигналов основан на последовательном возведении принятого сигнала во вторую, четвертую и восьмую степень. При появлении регулярной составляющей в спектре преобразованного сигнала выносится решение о том, что степень возведения соответствует числу позиций манипуляции.

Предложенный алгоритм различения квадратной и неквадратной структуры сигнального созвездия KAM сигнала основан на факте различия интенсивности регулярной составляющей в спектре преобразованного сигнала, который является результатом возведения KAM сигнала в четвертую степень.

Предложенный алгоритм различения KAM сигналов основан на вычислении гистограммы значений тактовых отсчетов амплитуды сигнала и в сравнении такой гистограммы с априорно вычисленными гистограммами, уникальными для каждого вида KAM. Прототип предложенного алгоритма изложен в американском патенте [45]. В нем для реализации различения KAM сигналов было предложено использовать некоторые контрольные точки гистограммы значений амплитуды сигнала. В диссертации предлагается полностью использовать информацию, заложенную в гистограмме. Использование статистических методов анализа распределения наблюдения позволяет существенно (на 5 . 8 дБ) снизить пороговый потенциал различения KAM сигналов.

В четвертой главе разработан универсальный по отношению к структуре и параметрам АФМ сигнала алгоритм обнаружения и подавления узкополосных помех, основанный на спектральном анализе сигнала. Разработанный алгоритм имеет оригинальную процедуру подавления помехи по сравнению с известными алгоритмами [44, 51, 52], привлекающими спектральный анализ для борьбы с узкополосными помехами.

В этой же главе рассмотрен вопрос о влиянии многолучевости на точность измерения параметров сигнала и его демодуляции. Предложен алгоритм обнаружения и подавления многолучевости, основанный на анализе

14 автокорреляционной функции сигнала. Предложенный способ борьбы с многолучевостью отличается от прототипов (система РАКЕ и другие) тем, что не чувствителен к структуре сигнала и не требует полной априорной информации о параметрах сигнала, то есть синхронизации.

В пятой главе предложена последовательность выполнения алгоритмов обнаружения и подавления помеховых сигналов, определения параметров, структуры и демодуляции полезного АФМ сигнала.

15

Заключение диссертации по теме «Теоретические основы радиотехники», Воробьев, Михаил Юрьевич

6.2. Основные результаты главы

1. Предложен алгоритм автоматического определения параметров и структуры АФМ сигнала в условиях действия негауссовых помех (узкополосных и многолучевых). На основе этого алгоритма разработана программа, которая входит в состав комплекса действующей аппаратуры радиомониторинга.

2. Показано, что отсутствие точной информации о параметрах и структуре АФМ сигнала не мешает осуществить операции синхронизации и демодуляции для такого сигнала. При этом потери за счет отсутствия априорных сведений о сигнале при его демодуляции практически отсутствуют (потери3 не более 0.5 дБ для набора сигналов: ФМ-2, ФМ-4, ФМ-8, КАМ-16, КАМ-32, КАМ-64, КАМ-128, КАМ-256). Полагается известным набор возможных видов манипуляции сигнала, а начальная информация о тактовой и несущей частотах сигнала извлекается из анализа его спектра. '' Без учета потерь при воздействии негауссовых помех

130

Заключение

В диссертационной работе исследована возможность построения универсального приемника АФМ сигналов, структура которого включает блок адаптации к принимаемому сигналу. Такой блок адаптации позволяет производить автоматическую настройку на сигнал при неизвестных его параметрах и структуре. Предложены алгоритмы работы блока адаптации в режиме постобработки, когда в качестве исходных данных используется запись дискретной реализации сигнала конечной временной длительности. Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем.

1. Показано, что при реализации иниверсальных к виду манипуляции АФМ сигнала систем тактовой синхронизации и синхронизации по несущей частоте в режиме постобработки с точки зрения точностных характеристик и простоты реализации наиболее удобно применение неследящих измерителей параметров сигнала. В основном это связано со спецификой режима постобработки, когда для анализа доступна вся реализация сигнала целиком, а не только текущий и предыдущие отсчеты сигнала, как в режиме реального времени.

2. Предложены универсальные, не зависящие от вида модуляции алгоритмы грубого (2.8) и точного (2.11) измерения тактовой частоты АФМ сигнала, слабо чувствительные к расстройке несущей частоты.

Алгоритм грубой оценки тактовой частоты сигнала предложен впервые и основан на особенности свойств спектра АФМ сигнала, сформированного на передающей стороне с помощью фильтра Найквиста. Алгоритм является слабо чувствительным к значению коэффициента скругления фильтра Найквиста и его точность практически не оказывает влияние на помехоустойчивость алгоритма точного измерения тактовой частоты, используемого для синхронизации сигнала по информационным символам.

Алгоритм точной оценки тактовой частоты выбран на основе сравнения нескольких хорошо известных алгоритмов восстановления тактовой частоты АФМ сигнала, которые заключаются в нелинейном преобразовании принятого сигнала с целью выделения регулярной составляющей на тактовой частоте. Оценку значения частоты такой регулярной составляющей предложено осуществлять с помощью спектрального анализа (БПФ), а не с помощью следящих измерителей, которые обычно используются в аппаратуре синхронизации приемника. Это позволяет избежать переходных процессов, характерных для следящих измерителей, а также этот способ более прост для реализации при постобработке.

131

3. Осуществлен поиск алгоритма измерения временного сдвига (задержки) АФМ сигнала для случая, когда форма сигнала не известна (не известен коэффициент скругления фильтра Найквиста, формирующий форму элементарного сигнала). В результате поиска была произведена модификация оптимального алгоритма (2.15) для сигнала известной формы. Предложенная модификация (2.17) обеспечивает минимальные энергетические потери (не более 3 дБ) при измерении временного сдвига сигнала с неизвестной формой элементарного сигнала по отношению к оптимальному алгоритму (2.15).

4. Показано, что точность предложенных алгоритмов символьной синхронизации практически не оказывает влияние на ошибку демодуляции АФМ сигнала (п.2).

5. Предложена универсальная по отношению к виду модуляции процедура измерения расстройки несущей частоты и фазы АФМ сигнала (п.З). Процедура включает в себя нелинейное преобразования (3.1) принятого сигнала для восстановления регулярной составляющей на несущей частоте и алгоритм измерения параметров (частоты и фазы) этой регулярной составляющей, основанный на спектральном анализе (БПФ). На основе сравнения широко известных способов восстановления несущего колебания был выбран алгоритм с возведением сигнала в четную степень (3.2), который применяется для синхронизации ФМ сигнала по несущей частоте. Показано, что этот алгоритм имеет приемлемую точность целеуказания для реализации алгоритма уточнения несущей частоты и фазы KAM сигналов. Оценены потери предложенного алгоритма из-за нелинейности преобразования и потери при восстановлении несущей частоты для KAM сигналов.

6. Показано, что для обеспечения приемлемой точности восстановления несущей частоты (то есть такой точности, при которой синхронизация по несущей практически не оказывает влияние на вероятность ошибки демодуляции сигнала) для KAM сигналов необходимо знание вида манипуляции. Таким образом, полная синхронизация по несущей для KAM сигналов может быть осуществлена только после определения вида манипуляции принимаемого сигнала. Предложен алгоритм уточнения несущей частоты и фазы KAM сигналов, который использует метод наименьших квадратов (3.32). Основная идея алгоритма заключается в поиске таких значений оцениваемых параметров, при которых дискретное представление реализации принятого сигнала в квадратурной плоскости наилучшим образом (согласно МНК) соответствовало структуре сигнального созвездия.

132

7. Предложена иерархическая структура классификации структуры АФМ сигнала, позволяющая разбить задачу определения вида модуляции сигнала на ряд последовательно решаемых подзадач различения сигналов по некоторым уникальным признакам. Согласно такой структуре классификации предложены алгоритмы различения ФМ и KAM сигналов, различения ФМ сигналов, различения квадратной и неквадратной структуры сигнального созвездия KAM сигналов, различения KAM сигналов.

Алгоритм различения ФМ и KAM сигналов предложен впервые. Он основан на вычислении дисперсии тактовых отсчетов амплитуды сигнала и сравнении ее с порогом (п.4.1). Основная идея этого алгоритма заключается в различении сигналов по признаку наличия амплитудной модуляции.

Алгоритм различения ФМ сигналов (п.4.2) основан на последовательном возведении принятого сигнала во вторую, четвертую и восьмую степень. При появлении регулярной составляющей в спектре преобразованного сигнала выносится решение о том, что степень возведения соответствует числу позиций манипуляции.

Алгоритм различения квадратной и неквадратной структуры сигнального созвездия KAM сигнала (п.4.3) предложен впервые. Он основан на факте различия интенсивности регулярной составляющей в спектре преобразованного сигнала, который является результатом возведения KAM сигнала в четвертую степень.

Алгоритм различения KAM сигналов (п.4.3) основан на вычислении гистограммы значений тактовых отсчетов амплитуды сигнала и сравнении такой гистограммы с априорно вычисленными гистограммами, уникальными для каждого вида KAM. Идея такого варианта различения KAM сигналов изложена в одном из американских патентов [47]. Идентификация вида модуляции для такого алгоритма заключается в анализе только некоторых контрольных точек гистограммы. В диссертации предлагается использовать информацию, заложенную в гистограмме полностью, используя статистические методы анализа распределения наблюдения, что позволяет существенно (на 5 . 8 дБ) снизить пороговый потенциал различения KAM сигналов.

8. Предложен универсальный по отношению к структуре и параметрам АФМ сигнала алгоритм обнаружения и подавления узкополосных помех, основанный на спектральном анализе сигнала с помощью БПФ (п.5.1). Предлагаемый алгоритм имеет оригинальную процедуру подавления помехи по сравнению с известными алгоритмами, привлекающими спектральный анализ для борьбы с узкополосными помехами.

133

Рассмотрен вопрос о влиянии многолучевости на точность измерения параметров АФМ сигнала и его демодуляции. Предложен алгоритм обнаружения и подавления многолучевости (5.2.2), основанный на анализе автокорреляционной функции сигнала. Предложенный способ борьбы с многолучевостью отличается от прототипа [49] тем, что нечувствителен к структуре сигнала, не требует точной априорной информации о параметрах сигнала и адаптирован к работе в режиме постобработки.

9. Предложена последовательность алгоритмов самосинхронизации универсального приемника АФМ сигналов (глава 6). Такая последовательность алгоритмов представляет собой функциональное описание блока адаптации приемника в режиме постобработки. Показано что порог по шуму во всех алгоритмах адаптации к сигналу лежит ниже уровня, необходимого для демодуляции. Следовательно, если мощности АФМ сигнала достаточно для его демодуляции с малой вероятностью ошибки (менее 0.1), то отсутствие априорной информации о конкретных параметрах и структуре сигнала практически не приводит к потерям при его демодуляции при наличии блока адаптации (потери на более 0.3 дБ без учета потерь за счет помех негауссова вида) при ограничениях, наложенных на длительность дискретной реализации анализируемого сигнала и его параметры.

Банди Б. Методы оптимизации. - М.: Радио и связь, 1988.

Березин Л.В., Вейцель В.А. Теория и проектирование радиосистем. М.: Советское радио, 1977.

Борисов В.А., Воробьев М.Ю. Идентификация сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией II Радиотехнические тетради. - 1997. - № 12 с. 4447.

Борисов В.А., Воробьев М.Ю. Определение вида манипуляции АФМ сигнала II Радиотехнические тетради. - 1998. - №14.

Борисов В.А., Воробьев М.Ю. Определение тактовой частоты и временного сдвига АФМ сигнала с неизвестным видом манипуляции II Радиотехнические тетради. - 1998. - №14.

Вейцель В.А., Жданов A.B., Жодзишский М.И. Стробовые корреляторы в навигационных приемниках с псевдошумовыми сигналами II Радиотехника. - 1997. - №8, с.11-18.

Воробьев М.Ю., Борисов В.А. Определение параметров и структуры АФМ сигнала. II Тезисы докладов ежегодной НТК студентов и аспирантов вузов России "Радиотехника и электротехника в народном хозяйстве". - Москва, 1998,- том 1, 1998. - с. 96.

Воробьев М.Ю., Борисов В.А. Отчет о НИР "Разработка математических методов классификации и определения параметров сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией", выполненной по договору №2063634 с в/ч 35533, 1996.

Воробьев М.Ю., Борисов В.А. Отчет о НИР "Разработка математических методов классификации, определения параметров и программной демодуляции сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией", выполненной по договору №2094970 с в/ч 35533, 1998.

Захаренко Н.В., Нудельман П.Я., Кононович В.Г. Основы передачи дискретных сообщений. - М.: Радио и связь, 1990.

Зяблов В.В., Коробков Д.Л., Портной С.П. Высокоскоростная передача сообщений в реальных каналах. - М.: Радио и связь, 1991, - 288с.

Левин Б.Р. Теория случайных процессов и ее применение в радиотехнике. -М.: Советское радио, 1957, -496с

Мирский Г.Я. Аппаратное определение характеристик случайных процессов. - М.: Энергия, 1972, - 455с.

Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации. - М.: Советское радио, 1976 - 366с.

Поиск, обнаружение и измерение параметров сигналов в радионавигационных системах. Под ред. Казаринова Ю.М. - М: Советское радио, 1975, - 296с.

Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами. Под ред. Г.И.Тузова. - М.: Радио и связь, 1985, - 264с.

Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь. - М.: Связь, 1979, - 592с.

Стиффлер Дж. Теория синхронной связи. М.: Связь, 1975, - 487с.

Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. - М.: Радио и связь, 1982, -624с

Фалькович С.Е. Оценка параметров сигнала. - М.: Советское радио, 1970, -334с.

Цифровые радиоприемные системы. Под ред. Жодзишского М.И. - М: Радио и связь, 1990, - 208с.

Franks L. Carrier and Bit Synchronization in Data Communication. IEEE Transactions on Communications, Aug. 1980.

Global Positioning System: Theory and Applications. Volume 1. Edited by Bradford W.Parkinson and James J.Spilker Jr., 1996.

Hogge Jr. Carrier and Clock Recovery for 8PSK Synchronous Demodulation. IEEE Transactions on Communications, 1978, pp. 528-533.

Horikawa L., Murase T., Saito Y. Design and Performance of a 200 Mbit/s 16 QAM Digital Radio System. IEEE Transactions on Communications, 1979, p.p. 1953-1958.

Kurzenknabe G. Phase noise under vibration in crystal oscillators. Piezo Crystal Company. 1988.

Leclent A. Universal Carrier Recovery Loop for QASK and PSK Signal Sets. IEEE Transaction on Communications, 1983, pp. 130-136.

Leclert A., Vandamme P. Universal Carrier Recovery Loop for QASK and PSK signal sets. IEEE Transactions on Communications, 1982, pp.1228-1231

Liskov N. Performance of Coherent Phase and Amplitude Digital Modulations with Carrier Recovery Noise. IEEE Transactions on Communications, 1987, pp. 972-976.

Matsuo Y., Namiki J. Carrier Recovery Systems for Arbitrarily Mapped APK Signals. IEEE Transactions on Communications, 1982, pp.2385-2390.

Moeneclaey M., Dejonghe G. ML-oriented NDA carrier synchronization for general rotationally symmetric signal constellations. IEEE Transactions on Communications, 1994, pp. 2531-2533.

Morgan D. Adaptive Multipath Cancellation for Digital Data Communication. IEEE Transactions on Communications, 1978, Number 9.

Noguchi T. Modulation techniques for microwave digital radio. IEEE Communications Magazine, Oct. 01, 1986, pp. 21-30.

Osborne H. Polarity-Type Costas Loop for Tracking MPSK Signals. IEEE Transactions on Communications, vol. 1982, pp.2289-2296.

Ott R.H, Thompson M.C., Violette E.S., Allen K.C. Experimental and Theoretical Assessment of Multipath Effects on QPSK. IEEE Transactions on Communications, 1978, Number 10.

Preston J. Algorithms for Carrier Acquisition for QAM constellations. IEEE International Symposium on Information Theory - Proceedings, 1997, p.122.

Rhea R.W. Oscillator design and computer simulation. Noble Publishing. Atlanta. 1995.

Sari. New Phase and Frequency Detectors for Carrier Recovery in PSK and QAM Systems. IEEE Transactions on Communications, 1988, pp. 1035-1043.

The mobile communication. Edited by Jerry D.Gibson, Texas A&M University, Texas, 1996.

Townsend B., Fenton P., Van Dierendonck K. L1 Carrier Phase Multipath Error Reduction Using MEDLL Technology. Proceedings of ION GPS, 1995, pp. 15391544.

US Patent #4,458,356. Carrier Recovery Circuit. Jul. 3, 1984.

US Patent # 4,466,109. Carrier Recovery Arrangement for Sixteen-State Amplitude and Phase Modulation and Receiving System for Digital Data, Comprising Such an Arrangement. Aug. 14, 1984.

US Patent # 4,587,498. Circuit for Recovering The Carrier of an Amplitude-and-Phase-Modulated Input Signal. May 6, 1986.

US Patent # 4,613,978 : Narrowband interference suppression system. Sep. 23, 1986.

US Patent # 4,866,395. Universal Carrier Recovery and Data Detection for Digital Communication Systems. Sep. 12, 1989.

US Patent # 4,878,228. Microwave Relay Station Having a Common Standby Channel for Signals of Different types of Modulation . Oct. 31, 1989.

US Patent # 5,381,450. Technique for automatically detecting the constellation size of a quadrature amplitude modulated (QAM) signal. Aug. 20, 1993.

US Patent # 5,519,733. Method and Apparatus for Recovering a QAM carrier. May 21, 1996.

US Patent # 5,526,378. Blind Multipath Correction for Digital Communication Channel. Jun. 11, 1996.

US Patent # 5,640,125. Digital PSK-Type Demodulator Having Clock Recovery Before Carrier recovery. Jun. 17, 1997.

US Patent # 5,671,247. Method and Apparatus for Interference Suppression in Spread Spectrum Signals. Sep. 23, 1997.

Zhodzishsky M., Cherniavsky D., Kirsanov A., Vorobiev M., Prasolov V., Zhdanov A., Ashjaee J. In-Band Interference Suppression for GPS/GLONASS. Proceedings of ION GPS, 1998.