Ху Босюн1, Гэ Дун2, Е.Н. Смирнова3, С.Б. Макаров4, А.С. Коротков5

1,3−5 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

1,2 Университет Цинхуа (Китайская Народная Республика)

Постановка проблемы. Системы мониторинга энергетических установок характеризуются сверхмалым энергопотреблением аппаратуры, минимальными габаритными размерами и стоимостью. При этом подразумевается передача на небольшие расстояния, что позволяет использовать систему импульсных сигналов сверхмалой длительности без несущего колебания со схемой модуляции OOK (On-Off Keying), где обработка сигналов обычно выполняется с помощью энергетического приемника. Одной из проблем при приеме таких сигналов является то, что в рассматриваемый частотный диапазон попадают сигналы от других систем передачи информации (сотовая связь, Wi-Fi и др.), которые могут создавать помехи при приеме пакетов сообщений системы мониторинга энергетических установок.

Цель. Провести экспериментальное исследование метода режекции узкополосных помех с помощью квадратичного фильтра в системах беспроводного мониторинга энергетических установок на основе сверхширокополосных сигналов с использованием энергетического приемника.

Результаты. Выполнено экспериментальное исследование метода режекции узкополосных помех с помощью квадратичного фильтра в системах беспроводного мониторинга энергетических установок. Установлено, что применение квадратичного фильтра позволяет снизить влияние узкополосной помехи и уменьшить отношение амплитуды полезного сигнала к амплитуде узкополосной помехи от 2 раз до 50–60 дБ в зависимости от вида помехи. Экспериментально показано, что при наличии узкополосной помехи от беспроводной локальной сети Wi-Fi со средней частотой 2,4 ГГц при использовании квадратичной фильтрации при вероятности ошибок 10–4 выигрыш составляет более 3 дБ. Рассмотрены случаи постановки узкополосной помехи на частотах цифрового телевидения, мобильной связи 960 МГц и 1800 МГц и беспроводной локальной сети Wi-Fi, а также проанализирован случай постановки группы узкополосных помех.

Практическая значимость. Рассмотренный метод режекции узкополосных помех с помощью квадратичного фильтра для обработки сверхширокополосных сигналов с использованием энергетического приемника позволяет реализовывать простые и эффективные устройства для систем беспроводного мониторинга энергетических установок (например, автомобильных двигателей).

Ху Босюн, Гэ Дун, Смирнова Е.Н., Макаров С.Б., Коротков А.С. Экспериментальные исследования эффективности режекции узкополосных помех с помощью квадратичного фильтра в системах беспроводного мониторинга двигателей // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 12. С. 116−128. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202112-10

1. Андриянов А.В. Система передачи информации с использованием сигма-дельта модулятора и передатчика пачки СШП-импульсов // Датчики и системы. 2019. № 3(234). С. 19−24.
2. Бондаренко Д.Л., Голубев А.В. Использование СШП сигнала для скрытой передачи данных на расстояние // Сб. материалов I Всерос. науч.-практич. конф. «Наука в России: перспективные исследования и разработки» (Новосибирск, 31 октября –  30 2017 г.). Новосибирск: Общество с ограниченной ответственностью «Центр развития научного сотрудничества». 2017. С. 98−102.
3. Андриянов А.В. Оценка эффективности приема пачки СШП-импульсов // Сб. трудов XXV Междунар. науч.-технич. конф., посвящ. 160-летию со дня рождения А.С. Попова «Радиолокация, навигация, связь». В 6-ти томах. Воронеж: Воронежский государственный университет. 2019. С. 185−190.
4. Миронов П.А., Назарян Д.Ф., Кураленя О.А., Плоц С.А. СШП-технологии в системах радиодоступа // Современные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций. 2018. № 1. С. 77.
5. Arias-De-Reyna E., D'Amico A.A., Mengali U. UWB Energy Detection Receivers with Partial Channel Knowledge // 2006 IEEE International Conference on Communications. 2006. V. 1−12. P. 4688−4693.
6. Nemati M.A., Mitra U., Scholtz R.A. Optimum Integration Time for UWB Transmitted Reference and Energy Detector Receivers // MILCOM 2006. 2006 IEEE Military Communications conference 10.1109/MILCOM.2006.302158. 2006. C. 1−7.
7. Sahin M.E., Guvenc I., Arslan H. Optimization of energy detector receivers for UWB systems // Vtc2005-Spring: 2005 IEEE 61st Vehicular Technology Conference Proceedings. 2005. V. 1−5. P. 1386−1390.
8. Rabbachin A., Quek T.Q.S., Pinto P.C., Oppermann I., Win M.Z. Non-Coherent UWB Communication in the Presence of Multiple Narrowband Interferers // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2010. V. 9. № 11. P. 3365−3379.
9. Косичкина Т.П., Сперанский В.С. Анализ методов подавления узкополосных помех при приеме СШП-сигналов // Электросвязь. 2010. № 3. С. 17−20.
10. Фролов А.А. Влияние узкополосных и широкополосных помех на многочастотную импульсную СШП-систему радиодоступа // Электросвязь. 2014. № 7. С. 32−35.
11. Xu Z.M., Nie H., Chen Z.Z., Khani H., Yu L. Nonlinear Blind Narrowband Interference Mitigation for Energy Detection Based UWB Receivers // IEEE Communications Letters. 2012. V. 16. № 10. P. 1596−1599.
12. Коротков А.С. Устройства приема и обработки сигналов: микроэлектронные высокочастотные устройства радиоприемников систем связи: Учеб. пособие. СПб: Изд-во Политехнического ун-та. 2010. 222 с.