Исследование влияния корректирующих кодов на когерентный прием сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией при наличии шумовой и гармонической помех

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. 

1. Abu-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.2021.080102

2. Singh 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-V9P316

3. Saraswat 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.pdf

4. Sarnin 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.2010.5508536

5. Pandey M., Pandey V.K. Comparative Performance Analysis of Block and Convolution Codes. Int. J. Computer Appl. 2015;119(24):43–47. http://doi.org/10.5120/21388-4398

6. Pushpa 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.pdf

7. Chopra 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/v9i47/106868

8. El 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_23

9. Wang 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.2022.3201354

10. Ar-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-x

11. Серченя 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.pdf

12. Маглицкий Б.Н., Сергеева А.С. Оценка влияния искажений и помех на качественные показатели цифровых систем радиосвязи методом имитационного моделирования. Новосибирск: СибГУТИ; 2016. 129 с.

13. 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=lvxmjjy9dr243257656

14. Голиков А.М. Кодирование в телекоммуникационных системах. Томск: ТУСУР; 2018. 319 с.

15. 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=lxirdr6ica649732959

16. Куликов Г.В. Влияние гармонической помехи на помехоустойчивость корреляционного демодулятора сигналов МЧМ. Радиотехника. 2002;7:42–44.

17. 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/10.30898/16841719.2018.11.9

18. Куликов 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=lxireoosth700939360

19. Proakis J.G. Digital communications. 4th ed. New York: McGraw-Hill; 2001. 1002 p.

20. Sklar B. Digital Communication: Fundamentals and Application. 2nd ed. Prentice Hall; 2001. 1079 p.

21. 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/10.1155/2019/3905094