Синтез устройства обработки частотно-манипулированных радиосигналов на фоне помех и анализ его характеристик Текст научной статьи по специальности «Электроника. Радиотехника»

Научная статья на тему 'Синтез устройства обработки частотно-манипулированных радиосигналов на фоне помех и анализ его характеристик' по специальности 'Электроника. Радиотехника' Читать статью
Pdf скачать pdf Quote цитировать Review рецензии ВАК
Авторы
Коды
  • ГРНТИ: 47 — Электроника. Радиотехника
  • ВАК РФ: 05.27.00; 05.12.00
  • УДK: 621.37/.39;621.38;621.37;621.39
  • Указанные автором: УДК:621.391

Статистика по статье
  • 87
    читатели
  • 26
    скачивания
  • 0
    в избранном
  • 0
    соц.сети

Ключевые слова
  • FREQUENCY SHIFT KEYING
  • BINARY DIGITAL MODULATION
  • DIGITAL SIGNAL PROCESSING
  • SIGNAL PROCESSING DEVICE
  • ЧАСТОТНАЯ МАНИПУЛЯЦИЯ
  • ЦИФРОВАЯ ДВОИЧНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
  • ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛА
  • УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ СИГНАЛА

Аннотация
научной статьи
по электронике и радиотехнике, автор научной работы — ЛЯШЕНКО СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ, ГЛУШКОВ АЛЕКСЕЙ НИКОЛАЕВИЧ, ГЕРАСИМЕНКО ЕВГЕНИЙ СЕРГЕЕВИЧ

Рассматриваются вопросы синтеза устройства обработки частотно-манипулированных радиосигналов с непрерывной фазой и минимальным частотным сдвигом, приводится анализ характеристик его работы.

Abstract 2016 year, VAK speciality — 05.27.00;05.12.00, author — LYASHENKO SERGEY NIKOLAEVICH, GLUSHKOV ALEKSEY NIKOLAEVICH, GERASIMENKO EVGENIY SERGEEVICH

The problems of the synthesis of the device for processing a frequency-shift keyed signals with continuous phase and the minimum frequency shift are considered, the analysis of the characteristics of his work is given.

Научная статья по специальности "Электроника. Радиотехника" из научного журнала "Вестник Воронежского института МВД России", ЛЯШЕНКО СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ, ГЛУШКОВ АЛЕКСЕЙ НИКОЛАЕВИЧ, ГЕРАСИМЕНКО ЕВГЕНИЙ СЕРГЕЕВИЧ

 
close Похожие темы научных работ
Читайте также
Читайте также
Читайте также
Читайте также
Читайте также
Рецензии [0]

Похожие темы
научных работ
по электронике и радиотехнике , автор научной работы — ЛЯШЕНКО СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ, ГЛУШКОВ АЛЕКСЕЙ НИКОЛАЕВИЧ, ГЕРАСИМЕНКО ЕВГЕНИЙ СЕРГЕЕВИЧ

Текст
научной работы
на тему "Синтез устройства обработки частотно-манипулированных радиосигналов на фоне помех и анализ его характеристик". Научная статья по специальности "Электроника. Радиотехника"

РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ
С.Н. Ляшенко,
начальник Департамента информационных технологий, связи и защиты информации МВД России
А.Н. Глушков,
кандидат технических наук
Е.С. Герасименко
синтез устройства обработки частотно-манипулированных радиосигналов на фоне помех и анализ его характеристик
the synthesis of the device for processing a frequency-shift keyed radio signals in background noise and analysis of its characteristics
Рассматриваются вопросы синтеза устройства обработки частотно-манипулированных радиосигналов с непрерывной фазой и минимальным частотным сдвигом, приводится анализ характеристик его работы.
The problems of the synthesis of the device for processing a frequency-shift keyed signals with continuous phase and the minimum frequency shift are considered, the analysis of the characteristics of his work is given.
Введение. Проблема обработки сигналов и создания помехоустойчивой связи актуальна в системах радиосвязи, используемых органами внутренних дел. Устойчивость к различным видам искажений, повышение быстродействия и другие аспекты важны при обнаружении и детектировании радиосигналов.
Помехоустойчивость устройств приема и обработки сигналов важна при поиске новых видов манипуляции радиосигналов, новых способов их приема и обработки.
Вопрос обработки частотно-манипулированных сигналов достаточно актуален в настоящее время, так как для обеспечения высоких показателей качества работы систем радиосвязи органов внутренних дел необходимо оптимизировать существующие параметры этих устройств.
Цель работы — разработка устройства эффективной обработки сигналов с частотной манипуляцией, обеспечивающего улучшение спектральных и корреляционных характеристик.
Основная часть. При обработке частотно-модулированных сигналов кроме помехоустойчивости важно анализировать форму огибающей радиосигналов. Решение этой задачи повышает её трудоемкость и может привести к увеличению стоимости разработки устройств обработки.
Поэтапно задачу эффективной обработки сигнала можно представить следующим образом:
- разработка эффективных процедур синтеза частотно-манипулированных сигналов;
- разработка процедуры синтеза кодовых последовательностей и коэффициентов весовых фильтров сжатия частотно-манипулированных сигналов;
- оптимизация формы огибающей для апериодических частотно-манипулированных сигналов;
- оценка влияния искажений в канале передачи информации на характеристики частотно-манипулированных сигналов;
- разработка эффективной реализации цифровой обработки частотно-манипулированных сигналов.
Также нужно оптимизировать минимаксные кодовые последовательности для частотно-манипулированных сигналов методом покоординатного спуска по комбинированному критерию приближения. Процедура синтеза частотно-манипулированных сигналов с заданными корреляционными и спектральными свойствами, такими как концентрация в определенной полосе частот помехи, позволит эффективно решить проблему обработки частотно-манипулированных сигналов.
В [1] рассмотрено устройство демодуляции двоичных сигналов с частотной манипуляцией (СРБ8К). При демодуляции цифровых сигналов вычитающее устройство (ВУ) в схеме такого устройства необходимо заменить на решающее устройство (РУ), как показано на рис. 1, которое сравнивает отклики амплитудных демодуляторов (АДМ1 и АДМ2) в моменты прихода тактовых синхроимпульсов (ТСИ). Решающее устройство производит сравнение ¿1 и ¿2 или разности ъ с нулем:
г = ¿2 - ¿1. (1)
Демодулятор т-позиционных частотно-манипулированных сигналов на базе амплитудных демодуляторов АДМ может быть реализован в соответствии со структурной схемой на рис. 2, а.
Каждый АДМк (к = 1, т) имеет собственную частоту квантования /т т , равную
/кв к = 4/0 к , (2)
где /ок — частота к-й позиции частотно-манипулированного сигнала. Отклики амплитудных
демодуляторов ¿^, к = 1, т, по тактовым синхроимпульсам (ТСИ) поступают в решающее устройство (РУ), которое по максимуму откликов формирует коды (номера частот) принятых символов V .
Для бинарных частотно-манипулированных сигналов с непрерывной фазой (СРБ8К) при условии, что длительность символа Т = N • Т, разность частот двоичных посылок / — / равна
/2 —/ = 2Д/ = А. (3)
Рис. 1. Структурная схема устройства демодуляции цифровых сигналов
Рис. 2. Структурная схема демодулятора т-позиционных частотно-манипулированных сигналов на базе амплитудных демодуляторов
Частотная характеристика двоичного демодулятора, приведенная на рис. 1, по разностному отклику демодуляторов ¿2 — ¿^ с центральной частотой / = 10 МГц и N = 256 (Д/ = 19,6 кГц) показана на рис. 3, где Н/) — коэффициент передачи демодулятора. Решение о принятом символе принимается по знаку величины г = — .
Н{0
600 -№0 200 О
-200 --Ю0

n»2
\
_____,
\ X
ч
\ Лх


10
^МГц
Ш02 10.04 1006 1005
Рис. 3. Частотная характеристика двоичного демодулятора по разностному отклику демодуляторов ¿2 — ¿1 с центральной частотой /0 = 10 МГц и N = 256 (Д/ = 19,6 кГц)
Для четырехпозиционной частотной манипуляции (ЧМн) с непрерывной фазой m=4 структурная схема демодулятора показана на рис. 2, б. Частоты символов / , / , / , / выбираются с постоянным шагом (3) симметрично относительно центральной частоты / . Отклики амплитудных демодуляторов вычитаются,
| ¿12 = ¿2 — ¿^ (4)
[¿34 = ¿4 — ¿3,
и по знакам разностей в решающем устройстве принимаются решения о принятой частотной позиции. Для частот символов сигналов с CPFSK получим
/2 /1 /э /2 /4 /э •
(5)
На рис. 4 показаны частотные характеристики каналов 21 (сплошная линия), 22 (пунктир), 23 (штрихпунктирная линия) и 24 (точечная линия) для схемы рис. 2, б при /0=10 МГц и N = 256 .

600
400
300
0
7\ / \ т \ * 1 л 4 щ N=256
! / 1 / / \ ;» » 1 Ч V / \ \
/х \ * -Л " Л У?- \ ; Ч-Л о.
953 ■ 10
9 93 10
9.96 10
1 10
1 004 Ш
1.00® -10
1.012-10
'.Гц ,г
Рис. 4. Частотные характеристики каналов
Частотные характеристики Н12(/) и Н34(/) разностей 212 и 234 показаны на рис. 5 при тех же параметрах, что и на рис. 3. Видно, что при наличии одного из сигналов с частотами /, /, / или /4 реакция других каналов равна нулю.
н12Ш,н34(0
600 400 200 О -200 -400
-600' 9.92
/ n¿2 н34с0 -л
v ч
/



9.94
9.96
9.9В
10
10.02 10.04 10.06
^МГц
10.03
Рис. 5. Частотные характеристики Нх2(/) и Н34(/) разностей 212 и 2.
Как видно, частотные характеристики соседних каналов сильно перекрываются, но значения откликов на центральных частотах не равны нулю только для одного из каналов.
На рис. 6 представлены нормированные результаты имитационного моделирования демодулятора сигнала с бинарной СРБ8К при /0 = 10 МГц, N = 256, Т = N ■ Т0 = 25,6 мкс (У=Э9,1 кбод), А/ = 19,5 кГц (3). Его АЧХ показана на рис. 3. Пунктиром показан модулирующий сигнал, а точками — моменты принятия решения по импульсам тактовой синхронизации.
Рис. 6. Нормированные результаты имитационного моделирования демодулятора частотно-манипулированного сигнала
Как видно, рассмотренный демодулятор сигналов с СРБ8К выделяет принимаемые информационные символы с максимальной эффективностью.
Однако такие быстрые алгоритмы демодуляции имеют неудовлетворительные частотные характеристики для сигналов с минимальным частотным сдвигом (М8К и GMSK) при величине А/ равной
А/ = (6)
4 N
пример показан на рис. 7.
т
ш
400
:оо о
-200 -400

v
к \
\ у ро чу
v Л

>.« Ш 9 Р5 1С 10.02 10.01 10.06 10.0»
^МГц
Рис. 7. Частотные характеристики для сигналов с минимальным частотным сдвигом (М8К и
GMSK) при величине А/, равной А/ = ■

4 N
Таким образом, условие (6) при Т = N • Т приводит к сильному перекрытию частотных
характеристик амплитудных демодуляторов в схеме на рис. 1, что затрудняет разделение сигналов различных частотных посылок. Результаты имитационного моделирования демодулятора сигнала с бинарной М8К, аналогичные показанным на рис. 6, представлены на рис. 8. Как видно, при условии (6) резко (в 2,75 раза) падает амплитуда отклика демодулятора, что приведет к потере его помехоустойчивости.
Рис. 8. Результаты имитационного моделирования демодулятора сигнала
с бинарной М8К
Демодуляцию сигнала с М8К и GMSK можно реализовать и при
А/ = А 2N
(7)
(как для сигналов с СРБ8К согласно (3)), если выбрать длительность информационного символа равной
N • Т
Т = ■
2
(8)
то есть в два раза меньше продолжительности N • Т0 обрабатываемой выборки отсчетов. При
этом в амплитудных демодуляторах накапливаются отсчеты от двух информационных символов и если символы одинаковы, то отклик становится максимальным, а если противоположны, то они взаимно компенсируются и отклик равен нулю.
Результаты имитационного моделирования демодулятора сигнала с бинарной М8К при условии (8), аналогичные показанным на рис. 6 и рис. 8, представлены на рис. 9. Как видно, при обработке противоположных информационных символов амплитуда отклика в два раза меньше, чем для одинаковых символов. Решения можно принимать со смещением во времени на величину Т согласно (8), связь моментов тактирования показана на рис. 9 отрезками прямых линий.
Рис. 9. Связь моментов тактирования
В целом необходимо констатировать, что рассматриваемое устройство частотной демодуляции не оптимально для сигналов с М8К и GMSK.
Результаты имитационного моделирования демодулятора четырехкратной частотной манипуляции (Б8К), структурная схема которого показана на рис. 2,б, для модулирующей
последовательности £и (п — номер символа) на рис. 10 представлены на рис. 11 при
длительности модулирующего сигнала, равной 2NT0 (в два раза больше минимального
/
значения) без шумов при / = 10 МГц, N = 256 и А/ = ^¡^ = 19,53 кГц.
11 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Эп 1 -3 1 1 1 3 3 -1 3 -3 -3 3 -3 3 1 -1 -1 -1 -1
Рис. 10. Модулирующая последовательность Бп
Рис. 11. Результаты имитационного моделирования демодулятора
Точками на рис. 11 отмечены моменты принятия решения о принятом символе, рядом приведены значения символов в соответствии с рис. 9 для выбранной кодировки частот. На рис. 11,а показана зависимость разности откликов амплитудных демодуляторов АДМ1 и АДМ2 (рис. 2,б) Х1п = г 2 — г1 (сплошная линия) и модулирующего сигнала £и, принимаются решения о том, что принятый символ равен -3 или -1. На рис. 11б показаны аналогичные зависимости для амплитудных демодуляторов АДМ3 и АДМ4, X2п = г4 — г3 и принимаются решения о том, что
принятый символ равен 1 или 3.
В моменты принятия решения о принятом символе в одном из каналов Х1п или Х2п в другом имеются нулевые значения отклика, что свидетельствует об ортогональности обрабатываемых сигналов. Наблюдается слабое взаимное проникновение откликов Х1 и Х2.
На рис. 12 показаны аналогичные зависимости при длительности модулирующего сигнала, равной NT0 (минимальное значение для бинарного сигнала CPFSK). Как видно, и в этом
случае обеспечивается оптимальная демодуляция четырехпозиционного сигнала с частотной манипуляцией.
Рис. 12. Зависимости разности откликов амплитудных демодуляторов
Выводы. Разработанное устройство частотной демодуляции для сигналов с минимальным частотным сдвигом (МБК и GMSK) показывает хорошие характеристики при
N ■ Т /
длительности информационного сигнала Т = —, однако не оптимально при А/ = ,
так как в связи с сильным перекрытием частотных характеристик амплитудных демодуляторов затрудняется разделение сигналов различных частотных посылок.
Оптимальная демодуляция четырехпозиционного сигнала с частотной манипуляцией при использовании предложенного устройства обеспечивается в случае, если длительность модулирующего сигнала равна NT0 (минимальное значение для бинарного сигнала СРББК).
ЛИТЕРАТУРА
1. Глушков А. Н., Сидоров А. В., Хохлов Н. С. Помехоустойчивость цифрового устройства демодуляции дискретных сигналов с частотной модуляцией // Вестник Воронежского института МВД России. — 2015. — №1. — С. 273—277.
2. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. — М. : Радио и связь, 2006. — 608 с.
3. Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов. - СПб. : БХВ-Петербург, 2011. - 768 с.
REFERENCES
1. Glushkov A. N., Sidorov A. V., Hohlov N. S. Pomehoustojchivost' cifrovogo ustrojstva demoduljacii diskretnyh signalov s chastotnoj moduljaciej // Vestnik Voronezhskogo instituta MVD Rossii. — 2015. — №1. — S. 273—277.
2. Gonorovskij I. S. Radiotehnicheskie cepi i signaly. — M. : Radio i svjaz', 2006. — 608 s.
3. Sergienko A. B. Cifrovaja obrabotka signalov. - SPb. : BHV-Peterburg, 2011. — 768 s.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Ляшенко Сергей Николаевич. Начальник Департамента информационных технологий, связи и защиты информации МВД России. E-mail: lsn1967@yandex.ru
Россия, 119049, г. Москва, улица Житная, 16. Тел. (495) 667-73-13.
Глушков Алексей Николаевич. Доцент кафедры инфокоммуникационных систем и технологий. Кандидат технических наук.
Воронежский институт МВД России. E-mail: anglush@rambler.ru
Россия, 394065, г. Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-52-31.
Герасименко Евгений Сергеевич. Адъюнкт кафедры инфокоммуникационных систем и технологий.
Воронежский институт МВД России. E-mail: jenya35353@yandex.ru
Россия, 394065, г. Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-52-31.
Lyashenko Sergey Nikolaevich. Head of Department of information technologies, communications and information security of the Ministry of the Interior of Russia. E-mail: lsn1967@yandex.ru
Work address: Russia, 119049, Moscow, Zhitnaya Str. , 16. Tel. (495) 667-73-13.
Glushkov Alexey Nikolaevich. Assistant professor of the chair of Communication Systems and Technologies. Candidate of technical sciences.
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia. E-mail: anglush@rambler.ru
Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. (473) 200-52-31.
Gerasimenko Evgeniy Sergeevich. Post-graduate cadet of the chair of Communication Systems and Technologies.
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia. E-mail: jenya35353@yandex.ru
Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. (473) 200-52-31.
Ключевые слова: частотная манипуляция; цифровая двоичная модуляция; цифровая обработка сигнала; устройство обработки сигнала.
Key words: frequency shift keying; binary digital modulation; digital signal processing; signal processing
device.
УДК 621.391

читать описание
Star side в избранное
скачать
цитировать
наверх