mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2024-12-4-84-95OJGGRPmireabulletin-965Research ArticleСОВРЕМЕННЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫMODERN RADIO ENGINEERING AND TELECOMMUNICATION SYSTEMSИсследование влияния корректирующих кодов на когерентный прием сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией при наличии шумовой и гармонической помехStudying the influence of correction codes on coherent reception of M-PSK signals in the presence of noise and harmonic interferencehttps://orcid.org/0000-0002-2810-1204НгуенВ. З.NguyenV. D.

Нгуен Ван Зунг, к.т.н., преподаватель, кафедра теории цепей – измерения, Факультет радиотехники и электроники

Ханой, ул. Хоанг Куок Вьет, д. 236

 

Van D. Nguyen, Cand. Sci. (Eng.), Lecturer, Department of Circuit Theory – Measurement, Faculty of Radio-Electronic Engineering

236, Hoang Quoc Viet, Ha Noi

nguyenvandungvtdt@lqdtu.edu.vnВьетнамский государственный технический университет им. Ле Куй ДонаВьетнамLe Quy Don Technical UniversityViet Nam20240508202412484–95Copyright © Нгуен В.З., 20242024Нгуен В.З.Nguyen V.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/965

Цели. Сигналы с многопозиционной фазовой манипуляцией (М-ФМ), обладающие хорошими спектральными и энергетическими характеристиками, успешно применяются во многих системах передачи информации, таких, как системы спутниковой связи, GPS, ГЛОНАСС, DVB/DVB-S2, в наборе стандартов беспроводной связи IEEE 802.11. В каналах радиосвязи на полезный сигнал действуют, кроме шумовой, разные помехи, одной из них является гармоническая, которая при большой интенсивности практически разрушает прием сигналов М-ФМ. Одним из важных требований, предъявляемых к качеству передачи данных, является устойчивость системы к ошибкам. Существуют разные способы повышения качества передачи информации, один из которых – применение технологии корректирующего кодирования. Цель статьи – оценка помехоустойчивости когерентного демодулятора сигналов М-ФМ с применением кодов Хэмминга (7,4) и (15,11) и сверточного кодирования с алгоритмом декодирования Витерби (7,5) при приеме сигналов М-ФМ в условиях воздействия в канале связи шумовой и гармонической помех.Методы. Использованы методы статистической радиотехники, теории оптимального приема сигналов и компьютерного имитационного моделирования.Результаты. С помощью компьютерного имитационного моделирования получены экспериментальные зависимости вероятности битовой ошибки от отношения сигнал/шум и от интенсивности гармонической помехи для когерентного приема сигналов М-ФМ в канале с шумовой и гармонической помехами без применения корректирующих кодов и с применением кодов Хэмминга (7,4) и (15,11), сверточного кодирования с алгоритмом декодирования Витерби (7,5).Выводы. Показано, что применение корректирующих кодов позволяет эффективно исправлять ошибки при наличии шумовой и гармонической помех с малой интенсивностью. При большой интенсивности помехи коррекция неэффективна. Результаты могут служить важным руководством при проектировании надежных и энергоэффективных систем передачи информации. 

Objectives. Signals with multiple phase shift keying (M-PSK) exhibiting good spectral and energy characteristics are successfully used in many information transmission systems. These include satellite communication systems, GPS, GLONASS, DVB/DVB-S2, and a set of IEEE 802.11 wireless communication standards. In radio communication channels, the useful signal is affected by various interferences in addition to noise. One of these is harmonic interference. As a result, high intensity harmonic interference practically destroys the reception of M-PSK signals. One of the important requirements for the quality of data transmission is the system error tolerance. There are different ways of improving the quality of information transmission. One of these is the use of corrective encoding technology. The aim of the paper is to assess the noise immunity of a coherent demodulator of M-PSK signals using Hamming codes (7,4) and (15,11), and convolutional encoding with Viterbi decoding algorithm (7,5) when receiving M-PSK signals under noise and harmonic interference in the communication channel.Methods. The methods of statistical radio engineering, optimal signal reception theory and computer simulation modeling were used.Results. Experimental dependencies of the bit error rate on the signal-to-noise ratio and on the intensity of harmonic interference of coherent reception of M-PSK signals in a channel with noise and harmonic interference were obtained using computer simulation modeling. This was done without using correction codes and with Hamming code (7.4) and (15.11) and convolutional encoding with Viterbi decoding algorithm (7,5).Conclusions. It is shown that the application of the correction codes effectively corrects errors in the presence of noise and harmonic interference with lower intensity. The correction is ineffective in the presence of high intensity interference. These results can provide important guidance in designing the reliable and energy efficient system.

многопозиционная фазовая манипуляциякорректирующие кодыкод Хэммингасверточный кодалгоритм декодирования Витербипомехоустойчивостьвероятность битовой ошибкигармоническая помехаmultiple phase shift keyingcorrection codesHamming codeconvolutional encodingViterbi decoding algorithmnoise immunitybit error rateharmonic interferenceReferencesAbu-Baker A., Bani-Hani K., Khasawneh F., Jaradat A. The Impact of Hamming Code and Cyclic Code on MPSK and MQAM Systems over AWGN Channel: Performance Analysis. Univers. J. Electr. Electron. Eng. 2021;8(1):9–15. http://doi.org/10.13189/ujeee.2021.080102Abu-Baker A., Bani-Hani K., Khasawneh F., Jaradat A. The Impact of Hamming Code and Cyclic Code on MPSK and MQAM Systems over AWGN Channel: Performance Analysis. Univers. J. Electr. Electron. Eng. 2021;8(1):9–15. http://doi.org/10.13189/ujeee.2021.080102Singh J., Bahel S. Comparative study of data transmission techniques of different block codes over AWGN channel using Simulink. International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT). 2014;9(12):609–615. http://doi.org/10.14445/22315381/IJETT-V9P316Singh J., Bahel S. Comparative study of data transmission techniques of different block codes over AWGN channel using Simulink. International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT). 2014;9(12):609–615. http://doi.org/10.14445/22315381/IJETT-V9P316Saraswat H., Sharma G., Mishra S.K. Performance evaluation and comparative analysis of various concatenated error correcting codes using BPSK modulation for AWGN channel. International Journal of Electronics and Communication Engineering (IJECE). 2012;5(3):235–244. URL: https://www.ripublication.com/irph/ijece/ijecev5n3_01.pdfSaraswat H., Sharma G., Mishra S.K. Performance evaluation and comparative analysis of various concatenated error correcting codes using BPSK modulation for AWGN channel. International Journal of Electronics and Communication Engineering (IJECE). 2012;5(3):235–244. Available from URL: https://www.ripublication.com/irph/ijece/ijecev5n3_01.pdfSarnin S.S., Kadri N., Mozi A.M., Ab Wahab N., Naim N.F. Performance analysis of BPSK and QPSK using errorcorrecting code through AWGN. In: 2010 International Conference on Networking and Information Technology. IEEE; 2010. P. 178–182. https://doi.org/10.1109/ICNIT.2010.5508536Sarnin S.S., Kadri N., Mozi A.M., Ab Wahab N., Naim N.F. Performance analysis of BPSK and QPSK using errorcorrecting code through AWGN. In: 2010 International Conference on Networking and Information Technology. IEEE; 2010. P. 178–182. https://doi.org/10.1109/ICNIT.2010.5508536Pandey M., Pandey V.K. Comparative Performance Analysis of Block and Convolution Codes. Int. J. Computer Appl. 2015;119(24):43–47. http://doi.org/10.5120/21388-4398Pandey M., Pandey V.K. Comparative Performance Analysis of Block and Convolution Codes. Int. J. Computer Appl. 2015;119(24):43–47. http://doi.org/10.5120/21388-4398Pushpa V., Ranganathan H., Palanivelan M. BER analysis of BPSK for block codes and convolution codes over AWGN channel. Int. J. Pure Appl. Math. 2017;114(11):221–230. URL: https://acadpubl.eu/jsi/2017-114-7-ICPCIT-2017/articles/11/22.pdfPushpa V., Ranganathan H., Palanivelan M. BER analysis of BPSK for block codes and convolution codes over AWGN channel. Int. J. Pure Appl. Math. 2017;114(11):221–230. Available from URL: https://acadpubl.eu/jsi/2017-114-7ICPCIT-2017/articles/11/22.pdfChopra S.R., Kaur J., Monga H. Comparative Performance Analysis of Block and Convolution Codes. Indian J. Sci. Technol. 2016;9(47):1–5. http://doi.org/10.17485/ijst/2016/v9i47/106868Chopra S.R., Kaur J., Monga H. Comparative Performance Analysis of Block and Convolution Codes. Indian J. Sci. Technol. 2016;9(47):1–5. http://doi.org/10.17485/ijst/2016/v9i47/106868El Maammar N., Bri S., Foshi J. Convolutional Codes BPSK Modulation with Viterbi Decoder. In: Noreddine G., Kacprzyk J. (Eds.). International Conference on Information Technology and Communication System. ITCS 2017. Advances in Intelligent Systems and Computing. Springer; 2018. V. 640. P. 267–278. http://doi.org/10.1007/978-3-319-64719-7_23El Maammar N., Bri S., Foshi J. Convolutional Codes BPSK Modulation with Viterbi Decoder. In: Noreddine G., Kacprzyk J. (Eds.). International Conference on Information Technology and Communication System. ITCS 2017. Advances in Intelligent Systems and Computing. Springer; 2018. V. 640. P. 267–278. http://doi.org/10.1007/978-3-319-64719-7_23Wang J., Huang H., Liu J., Li J. Joint Demodulation and Error Correcting Codes Recognition Using Convolutional Neural Network. IEEE Access. 2022;10:104844–104851. http://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3201354Wang J., Huang H., Liu J., Li J. Joint Demodulation and Error Correcting Codes Recognition Using Convolutional Neural Network. IEEE Access. 2022;10:104844–104851. http://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3201354Ar-Reyouchi E.M., Rattal S., Ghoumid K. A Survey on Error–Correcting Codes for Digital Video Broadcasting. SN Comput. Sci. 2022;3(2):105. https://doi.org/10.1007/s42979-021-00994-xAr-Reyouchi E.M., Rattal S., Ghoumid K. A Survey on Error–Correcting Codes for Digital Video Broadcasting. SN Comput. Sci. 2022;3(2):105. https://doi.org/10.1007/s42979-021-00994-xСерченя А.А. Сравнительная оценка помехоустойчивого кодирования при использовании разных типов кодов. В сб.: Инфокоммуникации: материалы 55-й юбилейной научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов. Минск; 2019. С. 49–50. URL: https://libeldoc.bsuir.by/bitstream/123456789/35911/1/Serchenya_Sravnitelnaya.pdfSerchenya A.A. Comparative assessment of noise-resistant coding using different types of codes. In: Infocommunications: Materials of the 55th Anniversary Scientific Conference of Graduate Students, Undergraduates and Students. Minsk; 2019. P. 49–50 (in Russ.). Available from URL: https://libeldoc.bsuir.by/bitstream/123456789/35911/1/Serchenya_Sravnitelnaya.pdfМаглицкий Б.Н., Сергеева А.С. Оценка влияния искажений и помех на качественные показатели цифровых систем радиосвязи методом имитационного моделирования. Новосибирск: СибГУТИ; 2016. 129 с.Maglitskii B.N., Sergeeva A.S. Otsenka vliyaniya iskazhenii i pomekh na kachestvennye pokazateli tsifrovykh sistem radiosvyazi metodom imitatsionnogo modelirovaniya (Assessment of the Influence of Distortions and Interference on the Quality Indicators of Digital Radio Communication Systems using Simulation Modeling). Novosibirsk: SibGUTI; 2016. 129 p. (in Russ.).Елишев В.В., Тихонов Я.Е. Помехоустойчивость систем передачи информации с быстрой псевдослучайной перестройкой рабочей частоты и кодированием в условиях шумовых помех. Научно-техническая конференция Санкт-Петербургского НТО РЭС им. А.С. Попова, посвященная Дню радио. 2021;1(76):163–166. URL: https://conf-ntores.etu.ru/assets/files/2021/cp/papers/163-166.pdf?ysclid=lvxmjjy9dr243257656Elishev V.V., Tikhonov Ya.E. Noise immunity of information transmission systems with fast pseudo-random tuning of the operating frequency and coding in noise interference conditions. Scientific and Technical Conference of the A.S. Popov St. Petersburg NTO RES devoted to Radio Day. 2021;1(76):163–166 (in Russ.). Available from URL: https://conf-ntores.etu.ru/assets/files/2021/cp/papers/163-166.pdf?ysclid=lvxmjjy9dr243257656Голиков А.М. Кодирование в телекоммуникационных системах. Томск: ТУСУР; 2018. 319 с.Golikov A.M. Kodirovanie v telekommunikatsionnykh sistemakh (Coding in Telecommunication Systems). Tomsk: TUSUR; 2018. 319 p. (in Russ.).Куликов Г.В., Нгуен В.З., Нестеров А.В., Лелюх А.А. Помехоустойчивость приема сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией в присутствии гармонической помехи. Наукоемкие технологии. 2018;19(11):32–38. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=vscalp&ysclid=lxirdr6ica649732959Kulikov 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.). Available from URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=vscalp&ysclid=lxirdr6ica649732959Куликов Г.В. Влияние гармонической помехи на помехоустойчивость корреляционного демодулятора сигналов МЧМ. Радиотехника. 2002;7:42–44.Kulikov G.V. The effect of harmonic interference on the noise immunity of the correlating demodulator of the MSK signals. Radiotekhnika = Radioengineering. 2002;7:42–44 (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/10.30898/16841719.2018.11.9Kulikov 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 = J. Radio Electronics. 2018;11:2 (in Russ.). https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.11.9Куликов Г.В., Усманов Р.Р., Трофимов Д.С. Анализ помехоустойчивости приема сигналов с многопозиционной амплитудно-фазовой манипуляцией в присутствии гармонической помехи. Наукоемкие технологии. 2020;21(1):22–29. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=fdxmsn&ysclid=lxireoosth700939360Kulikov G.V., Usmanov R.R., Trofimov D.S. Noise immunity analysis of amplitude and phase-shift keying signals reception in presence of harmonic interference. Naukoemkie tekhnologii = Science Intensive Technologies. 2020;21(1):22–29 (in Russ.). Available from URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=fdxmsn&ysclid=lxireoosth700939360Proakis J.G. Digital communications. 4th ed. New York: McGraw-Hill; 2001. 1002 p.Proakis J.G. Digital communications. 4th ed. New York: McGraw-Hill; 2001. 1002 p.Sklar B. Digital Communication: Fundamentals and Application. 2nd ed. Prentice Hall; 2001. 1079 p.Sklar B. Digital Communication: Fundamentals and Application. 2nd ed. Prentice Hall; 2001. 1079 p.Hillier C., Balyan V. Error Detection and Correction On-Board Nanosatellites Using Hamming Codes. J. Electr. Comput. Eng. 2019;6:1–15. https://doi.org/10.1155/2019/3905094Hillier C., Balyan V. Error Detection and Correction On-Board Nanosatellites Using Hamming Codes. J. Electr. Comput. Eng. 2019;6:1–15. https://doi.org/10.1155/2019/3905094

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