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
51
воздействия УП на СПИ – режекции УП на приемной стороне [10, 25].
На рисунках 3.9 и 3.10 приведены зависимости порогов помехоустой-
чивости при вероятности битовой ошибки
2
10
−
()
rj
g
от отношения
сигнал-помеха (q) при действии УП и гармонической помехи соответственно.
Таблица 3.9 — Зависимости порога помехоустойчивости (при
вероятности битовой ошибки
2
10
−
) известных с режекцией УП
и синтезированных радиосигналов от отношения сигнал-помеха
На вход детектора подается смесь полезного сигнала, АБГШ и
УП (рисунок 3.9) с параметрами
0
NS
f fT=
;
5%
N
f=
или гармони-
ческой помехи (рисунок 3.10)
0
NS
f fT=
. Статистика накапливается
для 100 реализаций полезного радиосигнала. Размер выборки определялся требованием не перекрытия доверительных интервалов, рассчитываемых для доверительной вероятности 0,95 и при условии, что измеряемые величины имеют нормальный закон распределения.
Из анализа рисунка 3.9 следует, что QPSK-сигнал с режекцией
УП обеспечивает порог помехоустойчивости
22
rj
g
дБ при отноше-
нии сигнал-помеха
0q
дБ, что на 7 дБ лучше данного показателя в
сравнении с известным QPSK-сигналом без какой-либо специальной
обработки [65]. Однако при отношении сигнал-помеха
10q
дБ
QPSK-сигнал с режекцией УП проигрывал известному QPSK-сигналу
52
до 5 дБ (по порогу помехоустойчивости). Это связано с уменьшением
отношения сигнал-шум за счет фильтрации на приемной стороне как
УП, так и пораженной части СПМ полезного сигнала. Синтезированный радиосигнал
1
0,5c =
;
3
0,3c =
обеспечивал порог помехоустой-
чивости
7
rj
g
дБ при значениях отношения сигнал-помеха
20q −
дБ; при
20q −
дБ происходило резкое ухудшение характе-
ристик. Тем не менее, при воздействии УП
(0
NS
f fT=
;
5%)
N
f=
предпочтительно применение синтезированных радиосигналов как
обеспечивающих сравнительно лучшие характеристики порога помехоустойчивости в рассматриваемом диапазоне отношений сигналпомеха, чем QPSK-сигналы с режекцией УП.
Из анализа рисунка 3.10 следует, что режекция гармонической
помехи при отношении сигнал-помеха
6q
дБ проигрывает по поме-
хоустойчивости до 5 дБ известному QPSK-сигналу без какой-либо
специальной обработки. Синтезированные радиосигналы при
1
0,5c =
;
3
0,3c =
для отношений сигнал-помеха
47q −
дБ обеспечивают вы-
игрыш по порогу помехоустойчивости
rj
g
до 7 дБ по сравнению с
QPSK-сигналами с режекцией гармонической помехи. При отношении
сигнал-помеха
50q −
дБ наблюдается резкое повышение порога по-
мехоустойчивости для синтезированных сигналов, что связано с ненулевым уровнем спектральных составляющих на частотах формируемого провала в СПМ. При этом вследствие большего подавления таких
спектральных составляющих у радиосигналов с режекцией гармонической помехи при
60q −
дБ обеспечивается меньшая скорость дегра-
дации порога помехоустойчивости
rj
g
по сравнению с синтезирован-
ными сигналами. Однако в условиях воздействия гармонической помехи
( 0 )
NS
f fT=
при отношении сигнал-помеха
60q −
дБ также
целесообразно использовать синтезированные сигналы как обеспечивающие сравнительно более высокую помехоустойчивость.
53
Таблица 3.10 — Зависимости порога помехоустойчивости (при
вероятности битовой ошибки
2
10
−
) известных с режекцией
гармонической помехи и синтезированных радиосигналов
от отношения сигнал-помеха
На рисунке 3.11 приведены зависимости порога помехоустойчивости при вероятности битовой ошибки
3
10
−
от отношения сигнал-
помеха (q) при действии УП. Также получена [66] зависимость (см.
рисунок 3.11) показателя качества помехоустойчивости от отношения
сигнал-помеха для синтезированных сигналов с режекцией УП на приемной стороне ИСПИ. Для режекции УП использовался нерекурсивный фильтр (порядка 500) с линейной фазочастотной характеристикой
[67].
Из анализа рисунка 3.11 следует, что общий тренд в полученных зависимостях аналогичен приведенным на рисунке 3.9. QPSK-
сигнал с режекцией УП обеспечивает порог помехоустойчивости
22g
дБ при отношении сигнал-помеха
3q
дБ, что на 8 дБ лучше
данного показателя в сравнении с известным QPSK-сигналом без какой-либо специальной обработки. Однако при отношении сигналпомеха
12q
дБ QPSK-сигнал с режекцией УП проигрывал известно-
му QPSK-сигналу до 9 дБ (по порогу помехоустойчивости).
54
Таблица 3.11 — Зависимости порога помехоустойчивости (при
вероятности битовой ошибки
3
10
−
) известных с режекцией УП
и синтезированных радиосигналов от отношения сигнал-помеха
При значениях отношения сигнал-помеха
17q −
дБ синтези-
рованный радиосигнал
1
0,5c =
;
3
0,3c =
с режекцией УП на приемной
стороне ИСПИ обеспечивал некоторое ухудшение порога помехоустойчивости (до 1,5 дБ) по сравнению с синтезированным радиосигналом
1
0,5c =
;
3
0,3c =
без режекции УП; при значениях отношения
сигнал-помеха
[ 30, 17]q − −
дБ синтезированный радиосигнал с ре-
жекцией УП обеспечивал лучшие (порог помехоустойчивости
14g
дБ) показатели помехоустойчивости среди рассмотренных радиосигналов; при
30q −
дБ происходило резкое ухудшение характеристик.
При режекции УП на приемной стороне ИСПИ для синтезированного радиосигнала уровень СПМ на пораженных частотах был значительно ниже в сравнении с известными сигналами. Этим объясняются более высокие показатели помехоустойчивости синтезированных
радиосигналов при режекции УП. Минимизация воздействия УП за
счет двух подходов (синтеза минимума в СПМ на пораженных частотах и режекции УП) позволила реализовать работоспособность ИСПИ
при более низких отношениях сигнал-помеха (
[ 30, 17]q − −
дБ).
55
Таким образом, при воздействии УП
(0
NS
f fT=
;
5%)
N
f=
предпочтительно применение синтезированных радиосигналов (без
режекции УП при
17q −
дБ и с дополнительной фильтрацией УП на
приемной стороне ИСПИ при
[ 30, 17]q − −
дБ) как обеспечивающих
сравнительно лучшие характеристики порога помехоустойчивости в
рассматриваемом диапазоне отношений сигнал-помеха, чем известные
виды модуляции, в частности QPSK-сигналы с режекцией УП.
3.4. Многокритериальный синтез 16-позиционных
радиосигналов
3.4.1. Многокритериальный синтез 16-позиционных
радиосигналов для случая отсутствия воздействия
узкополосных помех
В интересах анализа реализуемого множества радиосигналов
представляется целесообразным имитационное моделирования процедуры многокритериального синтеза 16-позиционных радиосигналов
при варьировании весовых коэффициентов
i
c
в целевой функции (2.3).
Тогда количество независимых переменных в данной задаче равняется
трем:
1 2 3
,,c c c
(
4 1 2 3
1c c c c= − − −
). Следовательно, иллюстрацией реа-
лизуемого множества 16-позиционных радиосигналов может служить
серия поверхностей, зависящих от трех переменных. Однако изображение данных поверхностей затрудняет анализ и ухудшает наглядность результатов исследования. Вместо этого рассмотрим два наиболее интересных с точки зрения практики случая [58]:
1. Отсутствие воздействия узкополосных помех (
1
0c =
); при
этом нет необходимости тратить предоставленные ресурсы
ИСПИ на формирование провала в СПМ сигнала, однако и в
данном случае целесообразен многокритериальный синтез радиосигналов для реализации более эффективного компромисса между другими важными показателями качества и повышения структурной скрытности за счет применения нестандартного КА.
2. Использование фиксированного весового коэффициента
56
2
c const=
, определяющего помехоустойчивость ИСПИ к дей-
ствию АБГШ; при этом, как будет показано далее, с одной
стороны, соответствующий показатель качества обладает
сравнительно высокой робастностью к вариации коэффициента
2
c
, а с другой – воздействие АБГШ присутствует во всех
рассматриваемых случаях.
При рассмотрении этих случаев реализуемое множество радиосигналов представлено серией графиков (так как количество независимых переменных равно двум), наглядно иллюстрирующих достижимые показатели качества ИСПИ.
Для случая отсутствия воздействия УП (
1
0c =
) зависимости по-
казателей качества от весовых коэффициентов приведены на рисунках
3.12...3.14. Здесь для определения характеристики помехоустойчивости ИСПИ к АБГШ рассматривался порог помехоустойчивости
(
АБГШ
g
). Данный показатель – это отношение
0
/
b
EN
при вероятности
битовой ошибки
3
10
o
P
−
=
для случая действия АБГШ. Для устойчиво-
сти полученных оценок по каждому значению характеристики
АБГШ
g
накапливается статистика, соответствующая не менее 100 битовым
ошибкам; кроме того, для всех показателей качества ИСПИ статистика
накапливается по 300 реализациям УП. Доверительные интервалы рассчитаны для доверительной вероятности 0,95 и при условии, что измеряемые величины имеют нормальный закон распределения, однако не
приведены на рисунках, чтобы их не загромождать. В процедуре синтеза начальные условия КА выбирались в виде значений параметров
сигнала c QAM-16.
Из анализа рисунка 3.12 следует, что при уменьшении весового
коэффициента
3
c
, определяющего снижение внеполосного излучения
синтезированных радиосигналов, происходит постепенное улучшение
значений показателя качества помехоустойчивости (
АБГШ
g
). При зна-
чениях
2
0,1c
синтезированный радиосигнал реализует более высо-
кую помехоустойчивость к действию АБГШ по сравнению с сигналом
с QAM-16 (см. рисунок 3.12). Необходимо отметить, что при сравни-
57
тельно малых весовых коэффициентах
3
0,1; 0,3c =
наблюдается до-
полнительное улучшение показателя помехоустойчивости к АБГШ за
счет расширения занимаемой полосы частот [26] (см. рисунок 3.13, а,
б). Резкое ухудшение показателя качества
АБГШ
g
при
2
0c =
свиде-
тельствует о необходимости использования соответствующего критерия качества при МК синтезе 16-позиционных радиосигналов.
Таблица 3.12 — Зависимости порога помехоустойчивости
при действии АБГШ от весовых коэффициентов
i
c
Для характеристики внеполосного излучения использовались
значения ширины СПМ радиосигнала по уровням -30 и -60 дБ (
30
G
и
60
G
соответственно), а в качестве показателя энергоэффективности –
пик-фактор ().
Из анализа рисунка 3.13 следует, что внеполосное излучение
синтезируемых радиосигналов снижается по мере увеличения веса
коэффициента
3
c
. При увеличении значения коэффициента
2
c
общая
тенденция прослеживается в ухудшении характеристик спектральной
эффективности за счет повышения помехоустойчивости к действию
АБГШ. Однако при
3
0,1c =
с увеличением
2
c
при многокритериаль-
ном синтезе радиосигналов достигается предел помехоустойчивости к
АБГШ и вследствие этого происходит снижение внеполосного излуче-
58
ния (особенно для показателя качества
60
G
) за счет ухудшения энер-
гоэффективности (см. рисунок 3.14).
Таблица 3.13 — Зависимости показателей внеполосного излучения
от весовых коэффициентов
i
c
Таблица 3.14 — Зависимости показателя энергоэффективности от
весовых коэффициентов
i
c
На рисунке 3.13 для адекватного сравнения по показателям внеполосного излучения приведены характеристики следующих спектрально эффективных известных радиосигналов: QAM-16
1
()pt
, у ко-
59
торого форма элементарного импульса
1
( ) sin( / ),
S
p t t T
=
0,
S
tT
и
QAM-16
2
()pt
:
2
2
( ) sin ( / ),
S
p t t T
=
0.
S
tT
Данные известные
радиосигналы в большинстве случаев обеспечивают меньшую ширину
СПМ на уровне -30 дБ, однако по уровню -60 дБ синтезированные радиосигналы реализуют сокращение внеполосного излучения (при
3
0,1c
). Показатель качества
60
G
для QAM-16
1
()pt
не приведен, так
как он существенно уступает соответствующим показателям остальных синтезированных радиосигналов.
Из анализа рисунка 3.14 следует, что большинство синтезированных 16-позиционных радиосигналов обеспечивают улучшение показателя качества энергоэффективности по сравнению с сигналами с
QAM-16
1
()pt
и
2
()pt
. Следует заметить, что показатели качества
энергетической эффективности и внеполосного излучения являются
антагонистическими.
3.4.2. Многокритериальный синтез 16-позиционных
радиосигналов для случая фиксированного весового
коэффициента с2, определяющего помехоустойчивость
к действию АБГШ
Для обеспечения адаптации ИСПИ к действию УП значения весовых коэффициентов
i
c
целесообразно задавать следующим образом:
1) определить минимально допустимое значение коэффици-
ента
2
с
, при котором не происходит значительного ослаб-
ления (т.е. деградация величины не превышает 0,5 дБ) помехоустойчивости к действию АБГШ;
2) зафиксировать значение коэффициента
1
с
, при котором до-
стигается наиболее эффективная минимизация действия
помеховой обстановки на ИСПИ (т.е. когда порог помехоустойчивости g соответствует аналогичному показателю
качества для известного сигнала при действии только
АБГШ);
3) при условии
4
1
1
i
iс=
=
задать компромисс между критериями
60
качества в интересах недопущения резкого ухудшения (т.е.
более чем на 10-15 %) соответствующих характеристик.
Для перехода к имитационному моделированию процедуры
многокритериального синтеза радиосигналов при действии УП и
АБГШ необходимо задать весовой коэффициент
2
c
. Представляется
целесообразным зафиксировать
2
0,1c =
, так как это, с одной стороны,
позволяет реализовать сравнительно высокие показатели качества помехоустойчивости к АБГШ (превосходящие реализуемые сигналами с
QAM-16), а с другой – оставляет широкий диапазон для вариации весовых коэффициентов при многокритериальном синтезе радиосигналов, обеспечивающих адаптацию ИСПИ к действию УП.
Для случая воздействия УП (
2
0,1c =
) зависимости показателей
качества от весовых коэффициентов приведены на рисунках
3.15...3.17.
Таблица 3.15 — Зависимости порога помехоустойчивости
при действии УП и АБГШ от весовых коэффициентов
i
c
(
2
0,1c =
)
Здесь для определения характеристики максимизации помехоустойчивости к действию УП (расположение – на частоте несущего
колебания полезного сигнала; ширина спектра
5%
N
f=
от ширины
СПМ радиосигнала; отношение сигнал-помеха 3 дБ) и АБГШ рассмат-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]