И. Лавренюк1, С.Б. Макаров2, С.О. Мельников3

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

1 lavrenyuk_i@spbstu.ru; 2 makarov@cee.spbstu.ru; 3 7atom7@mail.ru

Постановка проблемы. Повышение скорости передачи частотно-модулированных сигналов с компактным спектром и протяженными фазовыми траекториями в заданном частотной маской канале с аддитивным белым гауссовским шумом (АБГШ) связано с увеличением энергетических затрат. Снизить эти затраты при ограничениях на вычислительную сложность можно, используя следующие алгоритмы: алгоритмы некогерентного поэлементного приема, построенные на основе корреляционных методов; алгоритмы с обратной связью по решению; алгоритмы, полученные в соответствии с критерием максимального правдоподобия, имеющие сравнительно небольшую вычислительную сложность. Учет форм фазовых или частотных траекторий наряду с оптимизацией интервала наблюдения как дополнительный ресурс для повышения помехоустойчивости приема может стать основой для разработки алгоритмов такого типа. В частности, применение алгоритмов с обратной связью и учет форм частотных импульсов предыдущих принятых символов позволяет снизить энергетические затраты.

Цель. Выполнить синтез новых поэлементных некогерентных алгоритмов с обратной связью по решению для приема частотно-модулированных сигналов с протяженными фазовыми траекториями при наличии межсимвольной интерференции, а также оценить помехоустойчивость приема при использовании этих алгоритмов.

Результаты. Представлены новые алгоритмы некогерентного приема частотно-модулированных сигналов с протяженными фазовыми траекториями, имеющих компактный спектр и величину пик-фактора, равную единице. Показано, при использовании алгоритма некогерентного поэлементного приема с оптимальным выбором начала интервала наблюдения и величины того интервала удается получить энергетический выигрыш около 2 дБ по сравнению со случаем использования того же алгоритма, но при интервале наблюдения, равного длительности бита передаваемого двоичного сообщения.  Предложен алгоритм некогерентного приема с обратной связью по решению и показано, что энергетический выигрыш по сравнению с алгоритмом без обратной связи составляет примерно 2,4 дБ при вероятности ошибочного приема символа BER=1·10-4.

Практическая значимость. Предложенные алгоритмы некогерентного приема частотно-модулированных сигналов с протяженными фазовыми траекториями с ограниченной вычислительной сложностью могут применяться в системах космического сегмента широкополосного доступа, мобильной сотовой связи на коротких расстояниях и в системах спутникового цифрового вещания DVB-S2/S2X.

Лавренюк И., Макаров С.Б., Мельников С.О. Некогерентные алгоритмы поэлементного приема спектрально-эффективных частотно-модулированных сигналов с протяженными фазовыми траекториями при наличии межсимвольной интерференции // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 3. С. 57−73. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202503-06

1. Окунев Ю.Б. Цифровая передачи информации фазоманипулированными сигналами. М: Радио и связь. 1991.
2. Макаров С.Б., Марков А.М. Спектрально-эффективные сигналы, сформированные на основе фазовых импульсов вида sinpx // Радиотехника. 2019. № 12(2). С. 38–46. DOI: 10.18127/j00338486-201912(20)-06.
3. Recommendation ITU-R M.1371-5 (02/2014). Technical characteristics of an automatic identification system using multi-station access with time separation in the VHF band of the marine mobile service // ITU. 2015 URL: https://www.itu.int/dms_pub-rec/itur/rec/m/R-REC-M.1371-5-201402- I!!PDF-R.pdf.
4. Similä M., Lensu M. Estimating the speed of ice-going ships by integrating SAR imagery and ship data from an automatic identification system // Remote Sens. (Basel). 2018. V. 10. № 7. Art. no. 1132.
5. Макаров С.Б., Цикин И.А. Передача дискретных сообщений по радиоканалам с ограниченной полосой пропускания. М.: Радио и связь. 1988. 304 с.
6. Бабков В.Ю., Цикин И.А. Сотовые системы мобильной радиосвязи: Учеб. пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. СПб: БХВ – Петербург. 2013. 432с.
7. Elnoubi S.M. Analysis of GMSK with discriminator detection in mobile radio channels // IEEE Transactions on Vehicular Technology. May 1986. V. 35. № 2. Р. 71-76. DOI: 10.1109/T-VT.1986.24.
8. Proakis J., Salehi M. Digital Communications. McGraw-Hill. 2008.
9. Makarov S., Zavjalov S., Ovsyannikova A., Lavrenyuk I., Xue W. Comparison of the spectral and energy efficiency of FTN signals based on RRC pulses and obtained by the optimization method // 2019 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EEx-Polytech). St. Petersburg. Russia. 2019. Р. 177-180. DOI: 10.1109/EEx-Polytech.2019.8906866.
10. Zavjalov S.V., Ovsyannikova A.S., Volvenko S.V. On the necessary accuracy of representation of optimal signals // Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics). 11118 LNCS. 2018. Р. 153-161. DOI: 10.1007/978-3-030-01168-0_14.
11. Артамонов А.А., Косухин И.Л., Макаров С.Б. Спектральные характеристики случайных последовательностей зависимых ФМ-сигналов с огибающей, описываемой полиномами n-й степени // Техника средств связи. Сер. Техника радиосвязи. 1990. № 8. 51 с.
12. Eyuboglu M., Qureshi S. Reduced-state sequence estimation with set partitioning and decision feedback // IEEE Transactions on Communications. 1989. V. 36. № 1. Р. 13-20.
13. Gallardo Maria, Ruy Ghislain. FM Discriminator for AIS Satellite Detection. 2010.Р.  19-34. 10.1007/978-3-642-13618-4_2.
14. Лавренюк И., Макаров С.Б., Завьялов С.В. Реализация на базе SDR платформы алгоритмов некогерентного приема оптимальных сигналов, построенных на основе собственных функций // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 6. С. 163−179. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202306-21.
15. Лавренюк И., Макаров С.Б., Завьялов С.В., Жабко Г.П., Кудряшова Т.Ю., Синепол В.С. Вычислительная сложность алгоритма с обратной связью по решению и максимально достоверной оценкой последующих символов для приема спектрально-эффективных сигналов с управляемой межсимвольной интерференцией // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 3. С. 44-58.
    DOI: 10.18127/j00338486-202403-02.
16. Карташевский В.Г., Мишин Д.В. Компенсация аддитивных помех в последовательных системах с ОСР // Радиотехника. 1997. Т. 51. № 8. С. 4-9.
17. Варгаузин В.А., Цикин И.А. Методы повышения энергетической и спектральной эффективности цифровой радиосвязи: Учеб. пособие. СПб: БХВ-Петербург. 2013. 352 с.
18. Прокис Д.Д. Цифровая связь. М.: Радио и связь. 2000. 797 с.
19. Мишин Д.В. О влиянии длительности интервала обработки на помехоустойчивость алгоритма «приема в целом с поэлементным принятием решения» // Сб. трудов учебных заведений связи СПб. 1996. № 162. С. 57-62.