Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Помехоустойчивые радиосистемы передачи информации на основе многокритериального синтеза сигналов. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Рязанский государственный радиотехнический университет
им. В.Ф. Уткина
А.А.ЛИСНИЧУК
ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫЕ РАДИОСИСТЕМЫ
ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ
МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО СИНТЕЗА
СИГНАЛОВ
Учебное пособие
Рекомендовано научно-методическим советом ФГБОУ ВО
«Рязанского государственного радиотехнического университета им. В.Ф. Уткина»
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений
очной формы обучения по специальности
11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы» (уровень — специалитет).
Рязань 2023
УДК 621.396
Помехоустойчивые радиосистемы передачи информации на основе многокри-
териального синтеза сигналов: учеб. пособие / А.А.Лисничук; Рязан. гос. радиотехн. унт. Рязань, 2023. 116 с.
В состав учебного пособия входят разделы, посвященные адаптации радиосистем передачи информации к действующей помеховой обстановке за счет многокритериального синтеза радиосигналов. Проведено обоснование набора критериев качества,
характеризующих свойства радиосигналов непосредственно по соответствующему канальному алфавиту при минимизации вычислительных затрат. Исследованы зависимости показателей качества синтезируемых радиосигналов от параметров действующей
помеховой обстановки.
Предназначено для обучения специалистов по специальности «Радиоэлектронные системы и комплексы» по курсу «Помехоустойчивые системы передачи информации».
Табл. 14. Ил. 32. Библиогр.: 101 назв.
Многокритериальный синтез, сигнально-кодовые конструкции, адаптивные системы передачи информации, помехоустойчивость
Печатается по решению научно-методического совета Рязанского государственного радиотехнического университета им. В.Ф. Уткина.
Рецензенты: профессор кафедры радиооборудования и схемотехники ФГБОУ
ВО «Московский технический университет связи и информатики», д-р техн. наук, профессор С.Ф. Горгадзе; зав. кафедрой радиоуправления и связи ФГБОУ ВО «Рязанский
государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина», канд. техн. наук
В.Т. Дмитриев.
Л и с н и ч у к Александр Александрович
Помехоустойчивые радиосистемы передачи информации на основе многокритериально-
го синтеза сигналов
Редактор Р.К. Мангутова
Корректор С.В. Макушина
Подписано в печать __.__.23. Формат бумаги 60×84 1/16.
Бумага писчая. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 7,25.
Тираж 50 экз. Заказ _____
Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина.
390005, г. Рязань, ул. Гагарина, 59/1.
Редакционно-издательский центр РГРТУ.
© Рязанский государственный
радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина, 2023
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................... 8
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО
СИНТЕЗА МНОГОПОЗИЦИОННЫХ РАДИОСИГНАЛОВ
НА ОСНОВЕ ЭЛЕМЕНТОВ КАНАЛЬНОГО АЛФАВИТА .......... 11
1.1. ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ ...................................................... 11
1.2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ
РАДИОСИГНАЛОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В ВИДЕ
СОВОКУПНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КАНАЛЬНОГО АЛФАВИТА ....................... 12
1.2.1. Общие сведения ........................................................... 12
1.2.2. Амплитудная манипуляция (amplitude-shift keying –
ASK)............................................................................... 13
1.2.3. Фазовая манипуляция (phase-shift keying – PSK) ....... 14
1.2.4. Квадратурная амплитудная модуляция (quadrature
amplitude modulation – QAM) ...................................... 14
1.2.5. Амплитудно-фазовая манипуляция (amplitude phase-
shift keying – APSK) ...................................................... 15
1.2.6. Частотная манипуляция (frequency-shift keying – FSK)
....................................................................................... 15
1.3. ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ КАЧЕСТВА РАДИОСИГНАЛОВ
ПРИ ПРОЦЕДУРЕ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО СИНТЕЗА КАНАЛЬНОГО
АЛФАВИТА В ИНТЕРЕСАХ АДАПТАЦИИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
ИНФОРМАЦИИ К УЗКОПОЛОСНЫМ ПОМЕХАМ ....................................... 17
4
2. ПРОЦЕДУРА МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО СИНТЕЗА
МНОГОПОЗИЦИОННЫХ РАДИОСИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАНАЛЬНОГО АЛФАВИТА .............................. 27
2.1. ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕДУРЫ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО
СИНТЕЗА КАНАЛЬНОГО АЛФАВИТА ....................................................... 27
2.2. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕДУРЫ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО
СИНТЕЗА КАНАЛЬНОГО АЛФАВИТА ДЛЯ МНОГОПОЗИЦИОННЫХ ВИДОВ
МОДУЛЯЦИИ .......................................................................................... 32
3. МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫЙ СИНТЕЗ
ЧЕТЫРЕХПОЗИЦИОННЫХ РАДИОСИГНАЛОВ ........................ 41
3.1. АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА СИНТЕЗИРОВАННЫХ
ЧЕТЫРЕХПОЗИЦИОННЫХ РАДИОСИГНАЛОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ
КОЛИЧЕСТВА ОТСЧЕТОВ НА СИМВОЛ И ЗНАЧЕНИЙ ВЕСОВЫХ
КОЭФФИЦИЕНТОВ.................................................................................. 41
3.2. АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА СИНТЕЗИРОВАННЫХ
РАДИОСИГНАЛОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПАРАМЕТРОВ ДЕЙСТВУЮЩЕЙ
УЗКОПОЛОСНОЙ ПОМЕХИ...................................................................... 45
3.3. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ
ИЗВЕСТНЫХ (ПОСЛЕ РЕЖЕКЦИИ УЗКОПОЛОСНОЙ ПОМЕХИ)
И СИНТЕЗИРОВАННЫХ РАДИОСИГНАЛОВ .............................................. 50
3.4. МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫЙ СИНТЕЗ 16-ПОЗИЦИОННЫХ
РАДИОСИГНАЛОВ .................................................................................. 55
3.4.1. Многокритериальный синтез 16-позиционных
радиосигналов для случая отсутствия воздействия
узкополосных помех ..................................................... 55
5
3.4.2. Многокритериальный синтез 16-позиционных
радиосигналов для случая фиксированного весового
коэффициента с2, определяющего
помехоустойчивость к действию АБГШ .................. 59
4. ПРОЦЕДУРЫ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО СИНТЕЗА
СИГНАЛЬНО-КОДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ В ИНТЕРЕСАХ
АДАПТАЦИИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ К
ДЕЙСТВИЮ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ ПОМЕХ ........................... 65
4.1. ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ ...................................................... 65
4.2. ПРОЦЕДУРА МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО СИНТЕЗА
СИГНАЛЬНО-КОДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ РЕШЕТЧАТОГО
КОДИРОВАНИЯ В ИНТЕРЕСАХ АДАПТАЦИИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
ИНФОРМАЦИИ К ДЕЙСТВИЮ УЗКОПОЛОСНЫХ ПОМЕХ .......................... 68
4.2.1. Особенности использования критериев качества
радиосигналов при процедуре многокритериального
синтеза сигнально-кодовых конструкций на основе
решетчатого кодирования в интересах адаптации
систем передачи информации к узкополосным
помехам ........................................................................ 68
4.2.2. Анализ коэффициентов, определяющих важность
отдельных критериев качества синтезированных
сигнально-кодовых конструкций на основе
решетчатого кодирования ......................................... 70
4.2.3. Анализ показателей качества синтезированных
сигнально-кодовых конструкций на основе
решетчатого кодирования в зависимости от
параметров действующей узкополосной помехи ..... 75
6
4.3. ПРОЦЕДУРА МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО СИНТЕЗА
СИГНАЛЬНО-КОДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ «ЗАВИСИМЫХ»
СИГНАЛОВ В ИНТЕРЕСАХ АДАПТАЦИИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
ИНФОРМАЦИИ К ДЕЙСТВИЮ УЗКОПОЛОСНЫХ ПОМЕХ .......................... 77
4.3.1. Особенности использования критериев качества
радиосигналов при процедуре многокритериального
синтеза сигнально-кодовых конструкций на основе
«зависимых» сигналов в интересах адаптации систем
передачи информации к узкополосным помехам ...... 77
4.3.2. Анализ коэффициентов, определяющих важность
отдельных критериев качества синтезированных
сигнально-кодовых конструкций на основе
«зависимых» сигналов ................................................. 81
4.3.3. Анализ показателей качества синтезированных
сигнально-кодовых конструкций на основе
«зависимых» сигналов при изменении параметров
действующей узкополосной помехи ........................... 85
4.4. ПРОЦЕДУРА МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО СИНТЕЗА
СИГНАЛЬНО-КОДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ БИТОВОГО
ПЕРЕМЕЖЕНИЯ ДЛЯ АДАПТАЦИИ РАДИОСИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
ИНФОРМАЦИИ К ДЕЙСТВИЮ ИМПУЛЬСНОЙ ПАКЕТНОЙ
СИГНАЛОПОДОБНОЙ ПОМЕХИ ............................................................... 87
4.4.1. Обоснование процедуры многокритериального
синтеза сигнально-кодовых конструкций на основе
битового перемежения для адаптации радиосистем
передачи информации к действию импульсной
пакетной сигналоподобной помехи ............................ 87
7
4.4.2. Анализ показателей качества синтезированных
сигнально-кодовых конструкций на основе битового
перемежения при изменении параметров
действующей помехи .................................................. 91
4.5. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАЗРАБОТАННЫХ
ПРОЦЕДУР МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО СИНТЕЗА ..................................... 96
СИГНАЛЬНО-КОДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ...................................... 96
4.6. ВЫВОДЫ ............................................................................ 99
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ...................................................... 102
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ................................... 105
8
ВВЕДЕНИЕ
На практике работа беспроводных систем передачи информации
(СПИ) осуществляется в условиях действия различного вида радиопомех: узкополосных, структурных, полосовых, импульсных, а также их
комбинаций. На важные показатели качества СПИ (в том числе на помехоустойчивость) существенное влияние оказывают вид используемых сигналов и характеристики устройств их обработки. Следует отметить, что спектральный состав помеховой обстановки меняется с
течением времени как под воздействием разнообразных случайных
факторов, так и в результате функционирования мешающих радиоканалов. Данное обстоятельство при фиксированном виде модуляции и
устройстве обработки сигнала не позволяет достигнуть наилучших
характеристик помехоустойчивости и структурной скрытности СПИ.
При априорно неизвестной помеховой обстановке высокой эффективностью обладают адаптивные системы [1] – интеллектуальные системы передачи информации (ИСПИ).
Для повышения достоверности передаваемых данных применяют СПИ с каналом обратной радиосвязи [2]. В предельном случае для
целей квитирования с помощью такой обратной связи может передаваться количество информации, равное объему полезных данных (в
прямом канале). Такие системы (с «полной обратной связью») зачастую выполняют ретрансляцию принятых сообщений. Однако этот
подход требует применения специально отведенных для передачи
служебной информации обратных каналов или же значительного снижения для них скорости передачи данных. В современных СПИ применяется «укороченная обратная связь» (limited feedback) [3], позволяющая реализовать повышение показателей качества за счет адаптации СПИ без значительного снижения доступной пропускной способности дуплексного радиоканала.
Для реализации адаптации СПИ в работе [4] предлагается технология когнитивного радио (cognitive radio), использующая на вторичной основе участки спектра, не занятые в текущий момент службами, за которыми закреплены эти частоты. Существующие системы
9
когнитивного радио [5...8] способны перестраивать сигнал путем варьирования несущей частоты, излучаемой мощности, скорости передачи
информации, а также процедур кодирования и модуляции, т.е. эти системы применяют класс известных радиосигналов. Последние могут
быть распознаны с целью перехвата передаваемого сообщения или
постановки эффективной структурной помехи [9]. Следовательно,
данный подход не позволяет удовлетворить потребности современных
СПИ в части многоэшелонированной помехозащищенности радиоканалов, т.е. обеспечения скрытности и помехоустойчивости радиолиний
[10] на различных этапах формирования, передачи и детектирования
сигналов. Кроме того, системы когнитивного радио могут посчитать
диапазон частот непригодным для передачи информации при наличии
помех, что в свою очередь в целом уменьшает эффективность использования свободных участков спектра.
В работах проф. С.Н. Кириллова [11, 12] предложено синтезировать двухпозиционные радиосигналы, принадлежащие к классу сигналов с нелинейной частотной модуляцией и обеспечивающие ослабление влияния узкополосной помехи (УП) на СПИ за счет формирования провала в спектре полезного сигнала на частотах действия помехи.
Представляет интерес развитие данной теории для различных видов
многопозиционных радиосигналов и сигнально-кодовых конструкций
в адаптивных СПИ при действии более широкого класса помех (нескольких УП, структурных, полосовых, импульсных и их комбинаций), а также с учетом быстродействия современной элементной базы.
Следовательно, в условиях ограниченного частотного ресурса или для
дальнейшего развития технологии когнитивного радио целесообразно
производить синтез сигналов (с позиционностью
4M
) для адапта-
ции ИСПИ к действию помех при использовании в том числе и неизвестных видов модуляции.
В ряде работ [13...15] синтез радиосигналов осуществляют за
счет оптимизации по единственному показателю качества, что приводит к неконтролируемому ухудшению других характеристик [12,
16...19]. Поэтому для более эффективного использования ресурсов радиоканала целесообразно применять многокритериальный синтез сиг-
10
налов, являющийся в свою очередь задачей нелинейного программирования сравнительно высокой размерности, решение которой необходимо производить при динамичном изменении внешних условий, т.е. в
режиме реального времени.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]