close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Помехоустойчивость фазоманипулированных сигналов на основе вейвлетов Гаусса.

код для вставкиСкачать
УДК 621.391
ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
НА ОСНОВЕ ВЕЙВЛЕТОВ ГАУССА
С.В. Дворников, С.С. Манаенко
В статье представляются материалы по исследованию помехоустойчивости фазоманипулированных сигналов
на основе фрагментов вейвлетов Гаусса при воздействии сосредоточенной по спектру помехи. Обосновываются процедуры их синтеза. Рассматриваются энергетические параметры модулирующих фрагментов и анализируются результаты компьютерного моделирования
Ключевые слова: синтез сигналов, помехоустойчивость, вейвлет Гаусса
Вопросам поиска подходов к повышению
помехоустойчивости сигналов всегда уделялось
особое внимание. Прежде всего, это связано с
необходимостью достоверной передачи информации по радиоканалам в условиях шумов и сосредоточенных по спектру помех различной интенсивности.1
Среди широко известных модуляционных
форматов наибольшей помехоустойчивостью
обладают сигналы двухпозиционной фазовой
манипуляции (ФМ-2) [1]. Между тем, в радиотехнике в последнее время широкое распространение получили различные методы кратномасштабного анализа на основе вейвлетфункций (в дальнейшем вейвлетов). В частности, фрагментарность и временная локализация
вейвлетов Гаусса позволяет предположить о
возможности синтеза на их основе различных
фазоманипулированных сигналов [2].
Вопросы повышения помехоустойчивости
за счет использования базисов формирования
сигналов отличных от гармонических рассматривались в [3], где предлагался синтез сигналов
в
базисах
функций
сплайн-Виленкина –
Крестенсона (СВКФ), которые являются обобщающими по отношению к гармоническим
функциям Фурье. Один из результатов работы
[3] заключался в том, что авторам удалось установить эффект структурной скрытности, когда
сигнал, сформированный в базисе СВКФ, будет
иметь все внешние признаки модулированного
колебания, синтезированного в гармоническом
базисе. Однако анализ такого сигнала на основе
процедур преобразования Фурье не позволит
получить значение истинных параметров, т.е.
Дворников Сергей Викторович – ВАС им. С.М. Буденного, д-р техн. наук, профессор, тел. 8-905-275-50-02, e-mail:
practicdsv@yandex.ru
Манаенко Сергей Сергеевич - ВАС им. С.М. Буденного,
канд. техн. наук, тел. 8-911-121-93-80,
e-mail:
manaenkoss@mail.ru
правильно осуществить демодуляцию и извлечь
вложенную в сигнал информацию.
В связи с этим целью статьи является оценка помехоустойчивости сигналов ФМ-2 на основе вейвлетов Гаусса в канале с аддитивным белым гауссовым шумом (АБГШ) при воздействии сосредоточенной по спектру помехи.
В качестве модуляционного формата была
выбрана двухпозиционная фазовая манипуляция. Здесь и далее под модуляционным форматом будем понимать совокупность манипуляции
и скорости передачи сигнала.
В формате ФМ-2 скорость передачи определяется минимальной длительностью сигнала
τ с , в пределах которой его фаза остается постоянной. Указанный интервал в [1] определен как
элемент сигнала ФМ-2. С рассмотренных позиций синтез сигналов ФМ-2 определяется следующей последовательностью действий. Формируется несущее колебание, которое манипулируется информационной последовательностью
логических нулей и единиц.
Учитывая, что сигнал ФМ-2 представляет
собой совокупность повторяющихся элементов
(радиоимпульсов с различной начальной фазой),
соответствующих логическим нулям и единицам, предлагается следующий подход к его синтезу.
На первом этапе формируются элементы
сигнала (радиоимпульсы) s1(t ) и s0(t ) , соответствующие логическим нулю и единице (см.
рис.1). Длительности элементов τ с выбираются
таким образом, чтобы соответствовать требуемой скорости манипуляции v  1 τс .
2
2
0
0
-2
-2
0
0,2
0,4
0,6
а)
0,8
1
0
0,2
0,4
б)
0,6
Рис. 1. Элементы сигнала ФМ-2:
а – логической единицы; б – логического нуля
0,8
1
20
20
10
10
0
0
-10
-10
-20
-20
dBm
где tm   m [...] / t m , m  1.
Анализ выражения (1) указывает на локализованный характер функции, т.е. формируемый вейвлет представляет собой радиоимпульс.
Так, на рис. 2 представлены элементы сигнала
ψ1(t ) и ψ0(t ) , сформированные на основе
вейвлета Гаусса первого порядка ( m  1 ).
Двусторонняя временная структура позволяет на основе вейвлетов Гаусса формировать
колебания, из которых можно синтезировать
сигналы формата ФМ-2. На рис. 3 показаны
фрагменты ФМ-2 сигналов, сформированных на
основе вейвлетов Гаусса различных порядков.
Для оценки помехоустойчивости вейвлетконструкции был определен канал с АБГШ, в
котором действует сосредоточенная по спектру
помеха. На рис. 4 представлен фрагмент эксперимента по оценке помехоустойчивости сигнала
ФМ-2 на основе вейвлета Гаусса 1-го порядка в
условиях воздействия сосредоточенной по спектру помехи.
dBm
На втором этапе, согласно информационной последовательности, из сформированных
элементов сигнала s1(t ) и s0(t ) синтезируется
сигнал ФМ-2.
Рассмотренный подход открывает возможности по синтезу вейвлет-сигналов формата
ФМ-2. Действительно, в качестве элементов
сигнала s1(t ) и s0(t ) можно определить фрагменты вейвлета Гаусса ψ(t ) с различной
начальной фазой.
Аналитически вейвлет Гаусса описывается
следующим выражением [4]:
ψ(t )  (1)m tm exp(t 2 / 2) .
-30
-40
-40
-50
-50
-60
-60
2
2
-70
0
0
-80
-2
-2
0
0.2
0.4
0.6
а)
0.8
1
0,2
0,4
0,6
0,8
б)
Рис. 2. Элементы вейвлет-сигнала:
а – логической единицы; б – логического нуля
2
m=1
0
-2
m=2
2
0
-2
m=3
2
m=2
0
-2
m=4
2
-70
-80
0
0
m=2
0
1
-30
2
4
6
Frequency (Hz)
а)
8
0
2
4
6
Frequency (Hz)
8
б)
Рис. 4. Спектральное представление помехи (а) и исследуемого сигнала ФМ-2 на основе
вейвлета Гаусса 1-го порядка (б)
Моделирование проводилось в среде Simulink программы MatLab. Программная реализация модели для оценки помехоустойчивости
вейвлет-сигналов, обрабатываемых в базисе
вейвлет-функций, представлена на рис. 5, где в
блоке Modulator WS формируются фазоманипулированные сигналы на основе вейвлетов Гаусса, в блоке Demodulator WS на приеме осуществляется их демодуляция, в блоке Pomexa
формируется помеха (см. рис. 4а).
-2
m=5
2
m=2
0
-2
m=6
2
m=2
0
-2
m=7
2
m=2
0
-2
m=8
2
Рис. 5. Программная реализация модели в среде Simulink
m=2
0
-2
Рис. 3. Сигналы ФМ-2 на основе вейвлетов
Гаусса различных порядков ( m  1  8. )
На рис. 6 показаны графики, характеризующие зависимость вероятности битовой ошибки
Pb от значения отношения мощности сигнала к
спектральной плотности мощности шума
(ОСШ) h 2 для сигналов ФМ-2 на основе фрагментов вейвлетов, синтезированных в соответствии с рассмотренным подходом.
P
m=1
m=2
m=3
m=4
m=5
m=6
m=7
m=8
b
-1
10
-2
10
-3
10
-4
10
0
2
4
6
8
10
12
14
ность элементарной посылки и др.) сохраняются
[5]. Следовательно, выбор модулирующего
вейвлета (порядка вейвлета) в процессе передачи, позволяет оперативно обеспечивать требуемый уровень помехоустойчивости в условиях
воздействия сосредоточенных по спектру помех.
Так, при прочих равных условиях, существенный эффект достигается при переходе от
вейвлетов 1-го, 2-го порядка, к вейвлетам 5-го
порядка и выше (см. рис. 6).
Дальнейшие исследования авторы связывают с вопросами оценки помехозащищенности
сигналов, сконструированных на основе вейвлетов различных порядков в условиях преднамеренных прицельных помех.
Литература
2
h , дБ
Рис. 6. Зависимость вероятности ошибки на бит от
ОСШ для сигналов ФМ-2 на основе вейвлетов Гаусса различных порядков
Полученные результаты позволяют сделать
следующий
вывод.
Помехоустойчивость
вейвлет-сигналов в канале с АБГШ при воздействии узкополосной сосредоточенной по спектру помехи зависит от вида вейвлета. В частности, она определяется порядком дифференцирования исходной функции Гаусса.
Указанный эффект обусловлен смещением
спектра вдоль частотной оси.
При этом основные технические параметры
модулированного сигнала (скорость передачи,
спектральная плотность мощности, длитель-
1. Прокис Дж. Цифровая связь. [Текст]: пер. с англ. /
под ред. Д.Д. Кловского. – М.: Радио и связь. 2000. – 800 с.
2. Синтез фазоманипулированных вейвлет-сигналов /
[Текст] / С.В. Дворников, С.С. Манаенко, А.А. Погорелов,
С.С. Дворников // Информационные технологии. – 2015,
№ 2. - С. 140-143.
3. Агиевич, С.Н. Описание сигналов в базисах функций сплайн-Виленкина – Крестенсона [Текст] / С.Н. Агиевич, С.В. Дворников, А.С. Гусельников // КонтрольДиагностика. – 2009, № 3. - С. 52–57.
4. Яковлев, А.Н. Введение в вейвлет-преобразования:
[Текст]: учеб. пособие / А.Н. Яковлев.– Новосибирск: Издво НГТУ, 2003. – 104 с.
5. Автоматизированная система контроля интенсивности физических полей рассеивания сигналов [Текст] /
А.А. Алексеев, С.В. Дворников, В.К. Железняк, В.Ф. Комарович. - Научное приборостроение. – 2000. - Т. 10, № 3. С. 77-87
Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного, г.Санкт-Петербург
NOISE IMMUNITY PHASE-SHIFT KEYED SIGNALS BASED ON
WAVELET GAUSS
S.V. Dvornikov, S.S. Manaenko
The paper presents the study of materials on noise immunity phase-shift keyed signals based on wavelet Gauss. Settle
the procedure for their synthesis. We consider the energy parameters modulating fragments and analyzed the results of computer simulation
Key words: synthesis signals, noise immunity, Gauss wavelet
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
9
Размер файла
524 Кб
Теги
помехоустойчивость, фазоманипулированных, основы, сигналов, вейвлетов, гаусса
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа