radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2023-26-6-6-15radioelectronics-813Research ArticleРАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ, ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВRADIO ELECTRONIC FACILITIES FOR SIGNAL TRANSMISSION, RECEPTION AND PROCESSINGНаучно-технические предложения по повышению помехоустойчивости приема многопозиционных сигналов в каналах с переменными параметрамиScientific and Engineering Proposals for Improving the Noise Immunity of Receiving Multi-Position Signals in Channels with Variable ParametersБибарсовМ. Р.BibarsovM. R.

Бибарсов Марат Рашидович – кандидат технических наук (1999), доцент (2007), старший преподаватель кафедры радиосвязи Военной академии связи им. Маршала Советского Союза С. М. Буденного; доцент кафедры радиотехнических и оптоэлектронных комплексов Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения. Автор 184 научных работ. Сфера научных интересов – системы передачи и приема информации; адаптивные антенные системы.

пр. Тихорецкий, д. 3, Санкт-Петербург, 194064

Marat R. Bibarsov, Cand. Sci. (Eng.) (1999), Associate Professor (2007), Senior Lecturer of the Radio Communications Department of the Military Telecommunications Academy; Associate Professor of the Department of Radio-engineering and Optoelectronic Complexes of the Saint Petersburg State University of Aerospace Instrumentation. The author of 184 scientific publications. Area of expertise: information transmission and reception systems; adаptive antenna systems.

3, Tikhoretsky Ave., St Petersburg 194064

bibarsovmr@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4889-0001ДворниковС. В.DvornikovS. V.

Дворников Сергей Викторович – доктор технических наук (2009), профессор (2014) кафедры радиосвязи Военной академии связи им. Маршала Советского Союза С. М. Буденного; профессор кафедры радиотехнических и оптоэлектронных комплексов Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения. Автор 428 научных работ. Сфера научных интересов – радиотехника; системы передачи и приема информации; сигнально-кодовые конструкции.

пр. Тихорецкий, д. 3, Санкт-Петербург, 194064

Sergey V. Dvornikov, Dr Sci. (Eng.) (2009), Professor (2014) of the Radio Communication Department of the Miliitary Telecommunications Academy; Professor of the Department of Radio-engineering and Fiber-optic Complexes of the Saint Petersburg State University of Aerospace Instrumentation. The author of 428 scientific publications. Area of expertise: radio technology; information transmission and reception systems; signal-code structures.

3, Tikhoretsky Ave., St Petersburg 194064

practicdsv@yandex.ruКрячкоА. Ф.KryachkoA. F.

Крячко Александр Федотович – доктор технических наук (2005), профессор (2008), заведующий кафедрой радиосвязи радиотехнических и оптоэлектронных комплексов. Автор 175 научных работ. Сфера научных интересов – прикладная электродинамика; анализ и разработка управляющих информационных комплексов авиакосмических радиосистем телеметрии, связи и управления.

ул. Морская Большая, д. 67, Санкт-Петербург, 190000

Alexander F. Kryachko, Dr Sci. (Eng.) (2005), Professor (2008), Head of the Department of Radioengineering and Optoelectronic Complexes. The author of 175 scientific publications. Area of expertise: applied electrodynamics; analysis and development of control information complexes for aerospace radio telemetry, communication and control systems

67, Morskaya Bolshaya St., St Petersburg 190000

kaf21@guap.ruПшеничниковА. В.PshenichnikovA. V.

Пшеничников Александр Викторович – доктор технических наук (2018), профессор кафедры радиосвязи. Автор 128 научных работ. Сфера научных интересов – радиотехника; системы передачи и приема информации; сигнально-кодовые конструкции.

Тихорецкий, д. 3, Санкт-Петербург, 194064

Alexander V. Pshenichnikov, Dr Sci. (Eng.) (2018), Professor of the Radio Communication Department. The author of 128 scientific publications. Area of expertise: radio technology; information transmission and reception systems; signal-code structures.

3, Tikhoretsky Ave., St Petersburg 194064

practicdsv@yandex.ruВоенная академия связи; Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроенияРоссияMilitary Telecommunications Academy; Saint Petersburg State University of Aerospace InstrumentationRussian FederationСанкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроенияРоссияSaint Petersburg State University of Aerospace InstrumentationRussian FederationВоенная академия связиРоссияMilitary Telecommunications AcademyRussian Federation202326122023266615Copyright © Бибарсов М.Р., Дворников С.В., Крячко А.Ф., Пшеничников А.В., 20232023Бибарсов М.Р., Дворников С.В., Крячко А.Ф., Пшеничников А.В.Bibarsov M.R., Dvornikov S.V., Kryachko A.F., Pshenichnikov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/813Введение

Введение. Одной из важнейших задач в современных телекоммуникационных системах является повышение помехоустойчивости приема сигналов в каналах с переменными параметрами. Например, в линиях связи стандартов DVB-T2, DVB-S и DVB-S2/S2X широко применяются сигнальные конструкции (СК) многопозиционной квадратурной амплитудной модуляции (М-КАМ). Однако, как показывает анализ научных публикаций, случайный характер изменения фаз трансформированного сигнального созвездия приводит к потерям помехоустойчивости сигналов М-КАМ. Технические решения для эффективного приема таких сигналов проработаны в недостаточной степени. Предлагаемая структурная схема устройства приема квадратурных амплитудных сигналов и алгоритм функционирования амплитудно-фазового детектора позволяют учитывать и компенсировать случайные изменения фазы.

Цель работы

Цель работы. Разработка научно-технических предложений по повышению эффективности приема сигналов М-КАМ в радиоканалах со случайным изменением фазы.

Материалы и методы

Материалы и методы. Полученные результаты описаны на основе теории связи, теории сигналов в предметной области методов исследования помехоустойчивости.

Результаты

Результаты. Предложена структурная схема устройства приема квадратурных амплитудных сигналов и алгоритм функционирования амплитудно-фазового детектора, позволяющие учитывать и компенсировать случайные изменения фазы. Сформулированы научно-технические предложения по повышению помехоустойчивости приема М-КАМ в каналах с переменными параметрами.

Заключение

Заключение. Разработанные научно-технические предложения по повышению помехоустойчивости многопозиционных квадратурных сигналов в каналах с переменными параметрами обосновывают целесообразность использования трансформированной СК М-КАМ с улучшенными энергетическими характеристиками; применение разработанного устройства приема обработки квадратурных амплитудных сигналов и алгоритма функционирования амплитудно-фазового детектора. Полученные результаты позволяют производить демодуляцию с одновременной компенсацией фазовых искажений для повышения помехоустойчивости приема сигналов М-КАМ.

Introduction

Introduction. An important task faced by the developers of modern telecommunication systems consists in increasing the noise immunity of signal reception in channels with variable parameters. Thus, the communication lines of DVB-T2, DVB-S, and DVB-S2/S2 standards widely apply signal structures (SS) of multi-position quadrature amplitude modulation (M-QAM). However, an analysis of scientific publications shows that the random nature of the phase change of the transformed signal constellation leads to a loss of noise immunity of the M-QAM signals. Engineering solutions for the effective reception of such signals are lacking. The proposed block diagram of a device for receiving quadrature amplitude signals and the developed operation algorithm for an amplitude-phase detector allow random phase changes to be considered and reduced.

Aim

Aim. Development of scientific and engineering proposals to improve the efficiency of receiving M-QAM signals in radio channels with random phase changes.

Materials and methods

Materials and methods. The study was conducted using the methods of noise immunity research, as well as communication theory and signal theory.

Results

Results. A block diagram of a device for receiving quadrature amplitude signals and an operation algorithm for an amplitude-phase detector were proposed, which allow random phase changes to be considered and compensated for. Scientific and engineering proposals were formulated to improve the noise immunity of M-QAM reception in channels with variable parameters.

Conclusion

Conclusion. The developed scientific and engineering proposals for increasing the noise immunity of multi-position quadrature signals in channels with variable parameters substantiate both the feasibility of using a transformed SS M-QAM with improved energy characteristics, as well as the application of the developed receiving device for processing quadrature amplitude signals and the operation algorithm of an amplitude-phase detector. The results obtained make it possible to perform demodulation with simultaneous compensation of phase distortions to increase the noise immunity of M-QAM signal reception.

многопозиционные сигналыканал с переменными параметрамипомехоустойчивость СКсигнальное созвездиефазовые искажениявероятность парной ошибкиотношение сигнал/шумквадратурная амплитудная модуляцияmulti-position signalschannel with variable parameterssignal structure noise immunitysignal constellation vectorphase distortionspair error probabilitysignal-to-noise ratioquadrature amplitude modulationReferencesКоржик В. И., Финк Л. М., Щелкунов К. Н. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений: справ. М.: Радио и связь, 1981. 232 с.Korzhik V. I., Fink L. M., Shchelkunov K. N. Raschet pomekhoustoichivosti sistem peredachi diskretnykh soobshchenii [Calculation of Noise Immunity of Discrete Message Transmission Systems]. Moscow, Radio i svyaz', 1981, 232 p. (In Russ.)Кловский Д. Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам. М.: Радио и связь, 1982. 304 с.Klovskii D. D. Peredacha diskretnykh soobshchenii po radiokanalam [Transmission of Discrete Messages Via Radio Channels]. Moscow, Radio i svyaz', 1982, 304 p. (In Russ.)Савищенко Н. В. Многомерные сигнальные конструкции: их частотная эффективность и помехоустойчивость приема / под ред. Д. Л. Бураченко. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2005. 420 с.Savishchenko N. V. Mnogomernye signal'nye konstruktsii: ikh chastotnaya effektivnost' i pomekhoustoichivost' priema [Multidimensional Signal Constructions: Their Frequency Efficiency and Reception Stability]. Ed. by D. L. Burachenko. St Petersburg, Izdatel'stvo Politekhnicheskogo universiteta, 2005, 420 p. (In Russ.)Прокис Дж. Цифровая связь / пер. с англ. под ред. Д. Д. Кловского. М.: Радио и связь, 2000. 800 с.Prokis J. Tsifrovaya svyaz' [Digital Communication]. Transl. and ed. by D. D. Klovskii. Moscow, Radio i svyaz', 2000, 800 p. (In Russ.)Framing structure, channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2). DVB Document A122. URL: https://telcogroup.ru/files/materials-pdf/DVB_standards/DVB-T/a122_DVBT2_spec.pdf (дата обращения 04.04.23)Framing Structure, Channel Encoding and Modulation for the Second Generation Digital Terrestrial Television Broadcasting System (DVB-T2). Document DVB A122. Available at: https://telcogroup.ru/files/materials-pdf/DVB_standards/DVB-T/a122_DVB-T2_spec.pdf (accessed 04.04.23)Chen Y. M., Ueng Y. L. Noncoherent Amplitude/Phase Modulated Transmission Schemes for Releigh Block Fading Channels // IEEE Transaction on communication. 2013. Vol. 61, № 1. P. 217–226. doi: 10.1109/TCOMM.2012.101712.120023Chen Y. M., Ueng Y. L. Noncoherent Amplitude/Phase Modulated Transmission Schemes for Releigh Block Fading Channels. IEEE Transaction on communication. 2013, vol. 61, no. 1, pp. 217–226. doi: 10.1109/TCOMM.2012.101712.120023Raphaeli D. Noncoherent сoded modulation // IEEE Transaction on communication. 1996. Vol. 44, № 2. P. 172–183.Raphaeli D. Noncoherent Сoded Modulation. IEEE Transaction on Communication. 1996, vol. 44, no. 2, pp. 172–183.Теоретические предложения по повышению помехоустойчивости приема многопозиционных сигналов в каналах с переменными параметрами / С. В. Дворников, А. В. Пшеничников, А. Ф. Крячко, М. Р. Бибарсов, Г. Ш. Бибарсова // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2023. Т. 26, № 2. С. 6–15. doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-2-6-15Dvornikov S. V., Pshenichnikov A. V., Kryachko A. F., Bibarsov M. R., Bibarsova G. Sh. Theoretical Proposals for Improving the Noise Immunity of Receiving Multi-Position Signals in Channels with Variable Parameters. J. of the Russian Universities. Radioelectronics. 2023, vol. 26, no. 2, pp. 6–15. doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-2-6-15 (In Russ.)Пшеничников А. В. Интегральная модель радиолинии в конфликтной ситуации // Информация и космос. 2016. № 4. С. 39–45.Pshenichnikov A. V. Radio Line Integral Model in a Conflict Situation. Information and Space. 2016, no. 4, pp. 39–45. (In Russ.)Дворников С. В., Дворников С. С., Пшеничников А. В. Аппарат анализа частотного ресурса для режима псевдослучайной перестройки рабочей частоты // Информационно-управляющие системы. 2019. № 4. С. 62–68. doi: 10.31799/1684-8853-2019-4-62-68Dvornikov S. V., Dvornikov S. S., Pshenichnikov A. V. Analysis of Frequency Resource for FHSS mode. Information and Control Systems. 2019, no. 1, pp. 62–68. doi: 10.31799/1684-8853-2019-4-62-68 (In Russ.)Анализ потерь помехоустойчивости в условиях медленных замираний / А. А. Русин, М. Р. Бибарсов, Б. А. Аюков, Д. Ю. Гордиенко, С. А. Лященко, С. В. Дворников, А. А. Устинов // Вопр. радиоэлектроники. Техника телевидения. 2022. № 1. С. 81–85.Rusin A. A., Bibarsov M. R., Ayukov B. A., Gordienko D. Yu., Lyashchenko S. A., Dvornikov S. V., Ustinov A. A. Analysis of Immunity Losses Under Slow Fading. Radio Electronics Issues. The TV Technique Series. 2022, no. 1, pp. 81–85 (In Russ.)Метод оценки помехоустойчивости сигнальных конструкций квадратурной модуляции с трансформированными констеляционными диаграммами / С. В. Дворников, А. В. Пшеничников, В. П. Эконом // Радиопромышленность. 2017. № 1. С. 51–56.Dvornikov S. V, Pshenichnikov A. V., Econom V. P. Method of Evaluation of Immunity of Quadrature Modulation Signal Structures with Transformed Constellation Diagrams. Radio Industry. 2017, no. 1, pp. 51–56. (In Russ.)Сотников А. М. Демодуляция фазоманипулированного сигнала // Тр. МАИ. 2011. № 45. С. 1–7.Sotnikov A. M. Demodulation of the Phase-Manipulated Signal. Trudy MAI. 2011, no. 45, pp. 1–7. (In Russ.)Математическая модель антенноволноводного тракта с разделением сигналов по частоте-поляризации / Д. Д. Габриэльян, А. Е. Коровкин, C. И. Бойчук, С. В. Дворников, М. Р. Бибарсов, Г. Ш. Бибарсова // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2022. Т. 25, № 4. С. 41–51. doi: 10.32603/1993-8985-2022-25-4-41-51Gabriel'ean D. D., Korovkin A. E., Boychuk S. I., Dvornikov S. V., Bibarsov M. R., Bibarsova G. S. Mathematical Model of an Antenna-Waveguide Path with Separation of Signals by Frequency–Polarization. J. of the Russian Universities. Radioelectronics. 2022, vol. 25, no. 4, pp. 41–51. doi: 10.32603/1993-8985-2022-25-4-41-51 (In Russ.)Демодуляция сигналов ОФТ на основе адаптивного порога / С. В. Дворников, А. А. Устинов, А. В. Пшеничников, В. В. Борисов, А. Г. Москалец, Д. А. Бурыкин // Вопр. радиоэлектроники. Техника телевидения. 2013. № 2. С. 90–97.Dvornikov S. V., Ustinov A. A., Pshenichnikov A. V., Borisov V. V., Moskalets A. G., Burykin D. A. Demodulation of OFT Signals Based on Adaptive Threshold. Radio Electronics Issues. The TV technique series. 2013, no. 2, pp. 90–97. (In Russ.)Френкс Л. Теория сигналов / пер. с англ. Д. Е. Вакмана. М.: Сов. радио, 1974. 344 с. 17. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Радио и связь, 1989. 656 с.Franks L. Signal Theory. N. J., Prentice-Hall, 1969, 317 p.Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Радио и связь, 1989. 656 с.Levin B.R. Teoreticheskie osnovy statisticheskoi radiotekhniki [Theoretical Foundations of Statistical Radio Engineering]. Moscow, Radio i svyaz', 1989, 656 p. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.