mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2024-12-5-33-41ELQHEKmireabulletin-979Research ArticleСОВРЕМЕННЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫMODERN RADIO ENGINEERING AND TELECOMMUNICATION SYSTEMSПомехоустойчивость приема сигналов с многопозиционной частотной манипуляцией на фоне ретранслированной помехиNoise immunity of signal reception with multiple frequency-shift keying against retransmitted interferencehttps://orcid.org/0009-0002-9315-8829ТроицкаяА. Е.TroitskayaA. E.

Троицкая Александра Евгеньевна, студент, Институт радиоэлектроники и информатики

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

Alexandra E. Troitskaya, Student, Institute of Radio Electronics and Informatics

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

troitskaya.a.e@mirea.ruhttps://orcid.org/0009-0007-6327-9685ПолеводаЮ. А.PolevodaYu. A.

Полевода Юрий Александрович, аспирант, кафедра радиоэлектронных систем и комплексов, Институт радиоэлектроники и информатики

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

Yuriy A. Polevoda, Postgraduate Student, Department of Radio Electronic Systems and Complexes, Institute of Radio Electronics and Informatics

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

polevoda@mirea.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7964-6653КуликовГ. В.KulikovG. V.

Куликов Геннадий Валентинович, д.т.н., профессор, кафедра радиоэлектронных систем и комплексов, Институт радиоэлектроники и информатики

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

Scopus Author ID 36930533000

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

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

Scopus Author ID 36930533000

kulikov@mirea.ruМИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian Federation2024041020241253341Copyright © Троицкая А.Е., Полевода Ю.А., Куликов Г.В., 20242024Троицкая А.Е., Полевода Ю.А., Куликов Г.В.Troitskaya A.E., Polevoda Y.A., Kulikov G.V.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/979Цели

Цели. Радиотехнические системы передачи информации широко применяются в роботизированных комплексах для использования военными и гражданскими службами. При попадании такого комплекса в сложную окружающую среду, в которой возникает большое количество ретранслированных помех, например, при попадании комплекса под завал, в железобетонные трубы или различные коммунальные объекты, связь с командным пунктом может быть потеряна. Задача поддержания надежной связи в сложных условиях распространения радиоволн является весьма актуальной. В области телекоммуникаций широко используются многопозиционные виды модуляции, которые, несмотря на их хорошие спектральные характеристики, обеспечивают невысокую помехоустойчивость в условиях нефлуктуационных помех, особенно в случае ретранслированных помех. Представляется целесообразным исследовать возможность применения сигналов с многопозиционной частотной манипуляцией (М-ЧМ) в радиосистемах со сложной помеховой обстановкой. Целью работы является анализ помехоустойчивости когерентного приема сигналов М-ЧМ на фоне ретранслированной помехи.

Методы

Методы. Использованы методы статистической радиотехники, теории оптимального приема сигналов и математического моделирования.

Результаты

Результаты. Приведена модель сигнала М-ЧМ и ретранслированной помехи. Получены статистические параметры распределений случайных процессов в многоканальном когерентном приемнике сигналов М-ЧМ на фоне ретранслированной помехи. На этой основе рассчитана вероятность битовой ошибки при приеме сигналов М-ЧМ разной позиционности М на фоне ретранслированной помехи с различной интенсивностью.

Выводы

Выводы. Показано, что воздействие ретранслированной помехи приводит к снижению помехоустойчивости приема сигналов М-ЧМ, которое тем больше, чем выше интенсивность помехи. С возрастанием позиционности сигналов М-ЧМ при небольшой интенсивности ретранслированной помехи помехоустойчивость приема значительно улучшается, но помеха большой интенсивности сильно увеличивает вероятность битовой ошибки. Наличие помехи с относительной интенсивностью 0.5 вызывает энергетические потери от 4 до 6 дБ в зависимости от позиционности. При М > 4 сигналы М-ЧМ значительно выигрывают в помехоустойчивости у сигналов с многопозиционной фазовой, квадратурной амплитудной и амплитудно-фазовой манипуляцией.

Objectives

Objectives. Radio engineering information transmission systems are widely used in robotic systems employed in various military and civilian services. If such systems are used in a harsh environment, where a large amount of retransmitted interference occurs, for example, if a complex is buried under rubble or is located in reinforced concrete pipes or other utility facilities, communication with the command post may be lost. Thus, the task of maintaining reliable communications under difficult conditions of radio wave propagation is very urgent. In the field of telecommunications, multiposition types of modulation are widely used, which, despite their good spectral characteristics, provide low noise immunity under conditions of nonfluctuating interference, especially in cases of retransmitted interference. Therefore, it is relevant to explore the possibility of using multiple frequency-shift keying (M-FSK) signals in radio systems with complex interference environments. The paper sets out to analyze the noise immunity of coherent reception of M-FSK signals against the background of retransmitted interference.

Methods

Methods. Statistical radio engineering and mathematical modeling methods are used according to the theory of optimal signal reception.

Results

Results. A model of the M-FSK signal and retransmitted interference is provided. The statistical parameters of the distributions of random processes occurring in a multichannel coherent receiver of M-FSK signals against retransmitted interference are obtained; based on this, the bit error rate is calculated when receiving M-FSK signals of different positionality M against retransmitted interference with different intensities.

Conclusions

Conclusions. The impact of retransmitted interference is shown to result in a decrease in the noise immunity of M-FSK signal reception, which is greater the higher its intensity. With increasing positionality of M-FSK signals at low intensity of retransmitted interference, the noise immunity of reception is significantly improved; however, high-intensity interference significantly increases the bit error rate. The presence of interference with a relative intensity of 0.5 causes energy losses from 4 to 6 dB depending on the positionality. When M > 4, M-FSK signals gain significantly in terms of noise immunity over signals with multiple phase-shift keying, quadrature amplitude modulation, and amplitude and phase-shift keying.

многопозиционная частотная манипуляцияретранслированная помехпомехоустойчивостьвероятность битовой ошибкиmultiple frequency-shift keyingretransmitted interferencenoise immunitybit error rateReferencesАсхадеев А.И., Павлов Е.В., Баранник А.Ю., Лагутина А.В., Козлов В.И., Пеньков И.А., Чирко О.В. Система робототехники МЧС России. Состояние и перспективы развития. Технологии гражданской безопасности. 2022;19(2–72): 41–47. URL: https://www.vniigochs.ru/upload/medialibrary/6b3/ufktj81owcrv39y864piuh8dtzmw0njo/p_8_Emercom_Russia_Robotics_System_tgb_2_2022.pdfAskhadeev A.I., Pavlov E.V., Barannik A.Y., Lagutina A.V., Kozlov V.I., Penkov I.A., Chirko O.V. Emercom of Russia Robotics System. State and Prospects of Development. Tekhnologii grazhdanskoi bezopasnosti = Civil Security Technologies. 2022;19(2–72):41–47 (in Russ.). Available from URL: https://www.vniigochs.ru/upload/medialibrary/6b3/ufktj81owcrv39y864piuh8dtzmw0njo/p_8_Emercom_Russia_Robotics_System_tgb_2_2022.pdfАнтохин Е.А., Панасенко Н.Н., Чернова А.Д. Основные требования к беспроводным каналам связи наземных робототехнических комплексов военного назначения. Робототехника и техническая кибернетика. 2017;4(17):10–14.Antokhin E.A., Panasenko N.N., Chernova A.D. Main requirements to wireless communication channels of military ground robotic complexes. Robototekhnika i tekhnicheskaya kibernetika = Robotics and Technical Cybernetics. 2017;4(17):10–14 (in Russ.).Андреев В.П. Обеспечение безопасности работы кино- и тележурналистов средствами экстремальной робототехники. Экстремальная робототехника. Труды 33-й Международной научно-технической конференции. 2022;1(1):25–34. URL: https://er.rtc.ru/images/docs/2022/Proceedings_ER-2022.pdfAndreev V.P. Ensuring the safety of the work of film and TV journalists by means of extreme robotics. In: Proceedings of the International Scientific and Technological Conference EXTREME ROBOTICS. 2022;1(1):25–34 (in Russ.). Available from URL: https://er.rtc.ru/images/docs/2022/Proceedings_ER-2022.pdfМанько С.В., Лохин В.М., Диане С.К. Принципы построения и экспериментальные исследования прототипного образца многоагентной робототехнической системы для разбора завалов. Russian Technological Journal. 2022;10(6): 28–41. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2022-10-6-28-41Manko S.V., Lokhin V.M., Diane S.K. Prototype multi-agent robotic debris removal system: principles of development and experimental studies. Russ. Technol. J. 2022;10(6):28–41 (in Russ.). https://doi.org/10.32362/2500-316X-2022-10-6-28-41Гуреев А.В., Гуреев И.А., Павлюк Ю.М., Тхурайн Т. Влияние многолучевости распространения радиоволн на характеристики широкополосных беспроводных систем внутри зданий. Электронные информационные системы. 2017;4(15):17–23.Gureev A.V., Gureev I.A., Pavlyuk Y.M., Thurain T. The effect of multipath propagation on characteristics of indoor broadband wireless systems. Elektronnye informatsionnye sistemy = Electronic Information Systems. 2017;4(15):17–23 (in Russ.).Гуреев А.В. Энергетические характеристики распространения электромагнитных волн внутри зданий. Известия высших учебных заведений. Электроника. 2015;20(4):421–430.Gureev A.V. Energetic characteristics of indoor wave propagation. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Elektronika = Proceedings of Universities. Electronics. 2015;20(4):421–430 (in Russ.).Гуреев А.В., Гуреев И.А., Павлюк Ю.М., Жмылев В.А., Качуренко Д.С. Исследование характеристик распространения электромагниных волн внутри зданий. Электронные информационные системы. 2019;4(23):95–101.Gureev A.V., Gureev I.A., Pavlyuk Y.M., Zhmylev V.A., Kachurenko D.S. Investigation of characteristics of electromagnetic waves propagation in buildings. Elektronnye informatsionnye sistemy = Electronic Information Systems. 2019;4(23):95–101 (in Russ.).Башкиров А.В., Крисилов А.В., Машин В.В., Муратов А.В., Хорошайлова М.В. Анализ вероятностей символьных ошибок для 16-QAM-сигналов в присутствии QPSK-сигналов и 16-QAM-сигналов. Радиотехника. 2020;84(6–12): 5–9. https://doi.org/10.18127/j00338486-202006(12)-01Bashkirov A.V., Krisilov A.V., Mashin V.V., Muratov A.V., Khoroshailova M.V. Analysis of symbol error rate for 16-QAM signals in the presence of QPSK signals and 16-QAM signals. Radiotekhnika = Radioengineering. 2020;84(6–12):5–9 (in Russ.). https://doi.org/10.18127/j00338486-202006(12)-01Сидельников Г.М. Сравнительный анализ эффективности разнесенного приема сигналов с квадратурной амплитудной и с фазовой модуляцией в канале с дискретной многолучевостью. Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2020;2(46):18–30. https://doi.org/10.25686/2306-2819.2020.2.18Sidelnikov G.M. Comparative analysis of efficiency of spaced reception of signals with quadrature amplitude and with phase modulation in a channel with discrete multipath. Vestnik Povolzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta. Seriya: Radiotekhnicheskie i infokommunikatsionnye sistemy = Vestnik of Volga State University of Technology. Series: Radio Engineering and Infocommunication Systems. 2020;2(46):18–30 (in Russ.). https://doi.org/10.25686/2306-2819.2020.2.18Куликов Г.В., Лелюх А.А., Граченко Е.Н. Помехоустойчивость когерентного приемника сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией при наличии ретранслированной помехи. Радиотехника и электроника. 2020;65(8): 804–808. https://doi.org/10.31857/S0033849420070074Kulikov G.V., Lelyukh A.A., Grachenko E.N. Noise immunity of coherent signal receiver with quadrature amplitude modulation in the presence of relayed interference. J. Commun. Technol. Electron. 2020;65(8):934–938. https://doi.org/10.1134/S1064226920070074 [Original Russian Text: Kulikov G.V., Lelyukh A.A., Grachenko E.N. Noise immunity of coherent signal receiver with quadrature amplitude modulation in the presence of relayed interference. Radiotekhnika i Elektronika. 2020;65(8):804–808 (in Russ.). https://doi.org/10.31857/S0033849420070074 ]Нгуен В.З. Помехоустойчивость корреляционного приемника сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией при наличии ретранслированной помехи. Журнал радиоэлектроники. 2019;3. https://doi.org/10.30898/16841719.2019.3.4Nguyen V.D. Noise immunity of correlation receiver of signal with multi-position phase shift keying in the presence of retransmitted interference. Zhurnal radioelektroniki = J. Radio Electronics. 2019;3 (in Russ.). https://doi.org/10.30898/16841719.2019.3.4Куликов Г.В., Данг С.Х. Помехоустойчивость приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией в двухлучевом канале связи. Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2022;2:43–49.Kulikov G.V., Dang X.Kh. Noise immunity of reception of signal with amplitude-phase shift keying in a two-path communication channel. Voprosy radioelektroniki. Seriya: Tekhnika televideniya = Questions of Radio Electronics. Series: TV Technique. 2022;2:43–49 (in Russ.).Haykin S. Communication Systems. John Wiley & Sons. Inc.; 2001. 816 p.Haykin S. Communication Systems. John Wiley & Sons. Inc.; 2001. 816 p.Прокис Дж. Цифровая связь: пер. с англ.; под ред. Д.Д. Кловского. М.: Радио и связь; 2000. 800 с.Proakis J. Tsifrovaya svyaz’ (Digital Communication): transl. from Engl. Moscow: Radio i svyaz’; 2000. 800 p. (in Russ.). [Proakis J. Digital Communications. N.Y.: McGraw-Hill; 1995. 928 p.]Xiong F. Digital Modulation Techniques. 2nd ed. Boston, London: Artech House, Inc.; 2006. 1039 p.Xiong F. Digital Modulation Techniques. 2nd ed. Boston, London: Artech House, Inc.; 2006. 1039 p.

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