mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2023-11-1-41-50mireabulletin-613Research ArticleСОВРЕМЕННЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫMODERN RADIO ENGINEERING AND TELECOMMUNICATION SYSTEMSОптимальный прием многопозиционных сигналов М-ФМ и М-КАМ с некогерентной обработкой гармонической помехиOptimal reception of multiple phase shift keying and quadrature amplitude modulation signals with non-coherent processing of harmonic interferencehttps://orcid.org/0000-0001-7964-6653КуликовГ. В.KulikovG. V.

Куликов Геннадий Валентинович, д.т.н., профессор, профессор кафедры радиоэлектронных систем и комплексов Института радиоэлектроники и информатики

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Scopus Author ID 36930533000

Gennady V. Kulikov, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Professor of the Department of Radio Electronic Systems and Complexes, Institute of Radio Electronics and Informatics

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454

Scopus Author ID 36930533000

kulikov@mirea.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9596-5440ДоЧ. Т.DoT. T.

До Чунг Тиен, аспирант кафедры радиоэлектронных систем и комплексов Института радиоэлектроники и информатики

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Trung T. Do, Postgraduate Student, Department of Radio Electronic Systems and Complexes, Institute of Radio Electronics and Informatics

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454

dotrungtien1993@gmail.comЛелюхА. А.LelyukhA. A.

Лелюх Андрей Александрович, заместитель начальника технического центра специальной аппаратуры

109029, Москва, Нижегородская ул., д. 32

Andrey A. Lelyukh, Deputy Head of the Technical Center of Special Equipment

32, Nizhegorodskaya ul., Moscow, 109029

a.lel@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2810-1204НгуенВ. З.NguyenV. D.

Нгуен Ван Зунг, ассистент

Ханой, ул. Хоанг Куок Вьет, 236

Van D. Nguyen, Assistant

236 Hoang Quoc Viet, Hanoi

codonmaimai92@gmail.comМИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian FederationМосковский научно-исследовательский институт радиосвязиРоссияMoscow Research Institute of Radio CommunicationsRussian FederationВьетнамский государственный технический университет им. Ле Куй ДонаВьетнамLe Quy Don Technical UniversityViet Nam2023030220231114150Copyright © Куликов Г.В., До Ч.Т., Лелюх А.А., Нгуен В.З., 20232023Куликов Г.В., До Ч.Т., Лелюх А.А., Нгуен В.З.Kulikov G.V., Do T.T., Lelyukh A.A., Nguyen V.D.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/613

Цели. Проведенный в работах многих исследователей анализ помехоустойчивости приема многопозиционных сигналов с фазовой (М-ФМ) и квадратурной амплитудной модуляцией (М-КАМ) показал, что качество приема дискретной информации существенно снижается при наличии кроме шумовой помехи еще и нефлуктуационных помех разных видов в канале радиосвязи. Одной из наиболее опасных является прицельная гармоническая помеха, поэтому разработка алгоритмов компенсации влияния такой помехи является актуальной задачей. Существуют различные методы борьбы с такого рода мешающими воздействиями, обладающие большей или меньшей эффективностью. Целью настоящей работы является синтез и анализ оптимального алгоритма приема многопозиционных сигналов М-ФМ и М-КАМ с некогерентной обработкой гармонической помехи.Методы. Использованы методы статистической радиотехники, теории оптимального приема сигналов и компьютерное моделирование.Результаты. Выполнен синтез и анализ оптимального алгоритма приема многопозиционных сигналов М-ФМ и М-КАМ с некогерентной обработкой гармонической помехи. Показано, что кроме вычисления корреляционных интегралов в приемнике необходимо формировать весовые коэффициенты, величина которых зависит от степени корреляции помехового колебания, выделенного из принимаемой смеси, с копией помехи, хранящейся в приемнике. Получены зависимости вероятности битовой ошибки от отношения сигнал/шум, расстройки помехи и неточности установки частоты и уровня копии помехи в приемнике. Показано, что выигрыш в помехоустойчивости приема тем выше, чем больше интенсивность гармонической помехи.Выводы. Синтезированная схема приемника позволяет достаточно эффективно бороться с гармонической помехой. Эффективность ее работы зависит от расстройки гармонической помехи относительно центральной частоты спектра полезного сигнала. Схема некогерентной обработки гармонической помехи сохраняет работоспособность и при небольших (в пределах ±10%) неточностях установки частоты и уровня копии помехи в приемнике.

Objectives

Objectives. Analysis of the reception noise immunity of multiple phase shift keying (M-PSK) and quadrature amplitude modulation (M-QAM) signals has demonstrated a significant reduction in the quality of reception of discrete information due to the presence of various types of non-fluctuating interference in a radio communication channel including targeted harmonic interference. Therefore, the development of algorithms for compensating the influence of such forms of interference is an urgent task. While various methods for combatting this kind of interference, these vary in terms of their effectiveness. The aim of the present work is to synthesize and analyze the optimal algorithm for the reception of M-PSK and M-QAM signals with incoherent processing of harmonic interference.

Methods

Methods. Various statistical radio engineering and computer simulation methods were used in accordance with optimal signal reception theory.

Results

Results. Synthesis and analysis of the optimal algorithm for receiving M-PSK and M-QAM signals with incoherent processing of harmonic interference were carried out. In addition to calculating the correlation integrals in the receiver, it is necessary to form weight coefficients, whose value depends on the correlation of the interference oscillation (extracted from the received mixture) with a sample of the interference stored in the receiver. The dependences of the bit error probability on the signal-to-noise ratio, interference detuning, and inaccuracy in setting the frequency and level of the interference sample in the receiver were obtained. It is shown that the higher the gain in the noise immunity of reception, the greater the intensity of the harmonic interference.

Conclusions

Conclusions. The synthesized receiver circuit effectively compensates for harmonic interference. However, the efficiency of its operation depends on the detuning of the harmonic interference relative to the center frequency of the spectrum of the useful signal. The scheme for incoherent processing of harmonic interference remains operational even with small (within ±10%) inaccuracies in setting the frequency and the level of the interference copy in the receiver.

многопозиционная фазовая модуляцияквадратурная амплитудная модуляциягармоническая помехаоптимальный приемпомехоустойчивостьmultiple phase shift keyingquadrature amplitude modulationharmonic interferenceoptimal receptionnoise immunityReferencesСавватеев Ю.И., Назаров О.В. (ред.). Помехозащищенность приема дискретных сигналов. М.: Радиотехника; 2015. 584 с. ISBN 978-5-93108-094-9Savvateev Yu.I., Nazarov O.V. (Eds.). Pomekhozashchishchennost’ priema diskretnykh signalov (Noise immunity of reception of discrete signals). Moscow: Radiotekhnika; 2015. 584 p. (in Russ.). ISBN 978-5-93108-094-9Петров А.В., Белобородов Д.А. Воздействие фазоманипулированной помехи на канал передачи данных с многопозиционной фазовой манипуляцией. Специальная техника. 2016;3:2–10.Petrov A.V., Beloborodov D.A. Impact of phase-shift keyed noise signal on data transmission channel with multiple phase-shift keying. Spetsial’naya tekhnika = Special Technique. 2016;3:2–10 (in Russ.).Бучинский Д.И., Вознюк В.В., Фомин А.В. Исследование помехоустойчивости приемника сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией к воздействию помех с различной структурой. Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. 2019;671:120–127.Buchinskii D.I., Voznyuk V.V., Fomin A.V. Research of noise stability of the receiver with M-PSK modulation under the interference with different structure. Trudy Voenno-kosmicheskoi akademii imeni A.F. Mozhaiskogo = Proceedings of the Mozhaisky Military Space Academy. 2019;671:120–127 (in Russ.).Петров А.В. Вероятность ошибочного приема символа в канале с квадратурной амплитудной манипуляцией под воздействием манипулированной по фазе помехи. Информационно-измерительные и управляющие системы. 2018;5:47–53.Petrov A.V. Symbol error rate in channel, using quadrature amplitude modulation, under the impact of phase-shift keyed jamming. Informatsionno-izmeritel’nye i upravlyayushchie sistemy = Information-measuring and Control Systems. 2018;(5):47–53 (in Russ.).Ложкин К.Ю., Петров А.В., Прожеторко С.С. Аналитические зависимости средней вероятности искажения бита M-КАМ сигнала на фоне гармонической или фазоманипулированной помех. Электромагнитные волны и электронные системы. 2018;23(5):32–41.Lozhkin K.Yu., Petrov A.V., Prozhetorko S.S. Analytical dependences of bit distortion average probability M-QAM of a signal against harmonic or PSK interference. Elektromagnitnye volny i elektronnye sistemy = Electromagnetic Waves and Electronic Systems. 2018;23(5):32–41 (in Russ.).Куликов Г.В., Нгуен Ван Зунг, Нестеров А.В., Лелюх А.А. Помехоустойчивость приема сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией в присутствии гармонической помехи. Наукоемкие технологии. 2018;19(11): 32–38.Kulikov G.V., Nguyen V.D., Nesterov A.V., Lelyukh A.A. Noise immunity of reception of signals with multiple phase shift keying in the presence of harmonic interference. Naukoemkie tekhnologii = Science Intensive Technologies. 2018;19(11):32–38 (in Russ.)Куликов Г.В., Нестеров А.В., Лелюх А.А. Помехоустойчивость приема сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией в присутствии гармонической помехи. Журнал радиоэлектроники. 2018;11:2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.11.9Kulikov G.V., Nesterov A.V., Lelyukh A.A. Interference immunity of reception of signals with quadrature amplitude shift keying in the presence of harmonic interference. Zhurnal Radioelektroniki = Journal of Radio Electronics. 2018;11:2 (in Russ.). https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.11.9Ложкин К.Ю., Петров А.В., Миронов В.А., Михалёв В.В., Прожеторко С.С. Аналитические зависимости средней вероятности искажения бита М-КАМ-сигнала на фоне гармонической или фазоманипулированной помех с учетом замираний. Радиотехника. 2020;84(4–8):27–35.Lozhkin K.Yu., Petrov A.V., Mironov V.A., Mikhalev V.V., Prozhetorko S.S. Analytical dependences of bit distortion average probability M-QAM of a signal against harmonic or PSK jamming subject to fading. Radiotekhnika = Radioengineering. 2020;84(4,8):27–35 (in Russ.).Куликов Г.В., Лелюх А.А., Баталов Е.В., Кузеленков П.И. Помехоустойчивость приема сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией в присутствии фазоманипулированной помехи. Журнал радиоэлектроники. 2019;7. https://doi.org/10.30898/16841719.2019.7.10Kulikov G.V., Lelyukh A.A., Batalov E.V., Kuzelenkov P.I. Noise immunity of reception of signals with quadrature amplitude modulation in the presence of interference phase-shift keying. Zhurnal Radioelektroniki = J. Radio Electronics 2019;7 (in Russ.). https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.7.10Nandi M. Symbol error probablity of coherent PSK system in the presence of two path interference. Int. J. Phys. Appl. (IJPA). 2013;5(2):133–137. URL: http://www.irphouse.com/ijpa/ijpav5n2_10.pdfNandi M. Symbol error probablity of coherent PSK system in the presence of two path interference. Int. J. Phys. Appl. (IJPA). 2013;5(2):133–137. Available from URL: http://www.irphouse.com/ijpa/ijpav5n2_10.pdfWidrow B., Stearns S.D. Adaptive signal processing. Prentice-Hall; 1985. 474 p.Widrow B., Stearns S.D. Adaptive signal processing. Prentice-Hall; 1985. 474 p.Куликов Г.В., До Чунг Тиен. Эффективность фазового алгоритма адаптивной фильтрации при приеме сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией. Журнал радиоэлектроники. 2020;4:1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.4.9Kulikov G.V., Do T.T. Efficiency of the phase algorithm of adaptive filtering for receiving signals with multiposition phase shift keying. Zhurnal Radioelektroniki = Journal of Radio Electronics. 2020;4:1 (in Russ.). https:// doi.org/10.30898/1684-1719.2020.4.9Прилепский А.В., Прилепский В.В., Каменский С.А. Оптимизация спектров сложных фазоманипулированных сигналов при приеме на фоне узкополосных помех и шума. Теория и техника радиосвязи. 2005;1: 44–47.Prilepskii A.V., Prilepskii V.V., Kamenskii S.A. Optimization of the spectra of complex phase-shift keyed signals when received against the background of narrow-band interference and noise. Teoriya i tekhnika radiosvyazi = Radio Communication Theory and technology. 2005;1:44–47 (in Russ.).Поборчая Н.Е., Смердова Е.О. Вариационный алгоритм компенсации искажений КАМ сигнала на фоне квазидетерминированной полосовой помехи и аддитивного белого шума. Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов. 2014;5(4):141–147.Poborchaya N.E., Smerdova E.O. Variational algorithm for compensating QAM signal distortion against the background of quasi-deterministic band interference and additive white noise. Sistemy sinkhronizatsii, formirovaniya i obrabotki signalov = Systems of Signal Synchronization, Generation and Processing. 2014;5(4):141–147 (in Russ.).Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь; 1983. 320 с.Tikhonov V.I. Optimal’nyi priem signalov (Optimal Signal Reception). Moscow: Radio i svyaz’; 1983. 320 p. (in Russ.).Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь; 1982. 624 с.Tikhonov V.I. Statisticheskaya radiotekhnika (Statistical Radio Engineering): 2nd ed. Moscow: Radio i svyaz’; 1982. 624 p. (in Russ.).Куликов Г.В., Лелюх А.А., Граченко Е.Н. Адаптивная фильтрация гармонической помехи при приеме сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией. Журнал радиоэлектроники. 2021;8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.8.13Kulikov G.V., Lelyukh A.A., Grachenko E.N. Adaptive filtering of harmonic interference when receiving signals with quadrature amplitude modulation. Zhurnal Radioelektroniki = Journal of Radio Electronics. 2021;8 (in Russ.). https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.8.13

The authors declare that there are no conflicts of interest present.