ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2021. № 8
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.8.13
УДК: 621.391.072
АДАПТИВНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ ГАРМОНИЧЕСКОЙ ПОМЕХИ ПРИ ПРИЕМЕ СИГНАЛОВ С КВАДРАТУРНОЙ АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
Г. В. Куликов, А. А. Лелюх, Е. Н. Граченко
МИРЭА – Российский технологический университет,
119454, Москва, пр. Вернадского, д.78
Статья поступила в редакцию 12 июля 2021 г.
Аннотация. Сигналы с квадратурной амплитудной модуляцией (КАМ) широко используются в современных системах передачи информации. Известно, что качество работы приемника таких сигналов значительно снижается, если в канале связи кроме шумовой помехи присутствуют еще и нефлуктуационные помехи, особенно узкополосная (гармоническая) помеха, совпадающая по частоте с несущей частотой полезного сигнала. Такое снижение объясняется тем, что алгоритмы работы демодуляторов оптимизированы для приема сигналов на фоне белого гауссовского шума и не учитывают характеристик нефлуктуационных помех. Целью работы является разработка и исследование адаптивного алгоритма подавления такой помехи на основе нерекурсивного цифрового фильтра с регулируемыми весовыми коэффициентами. Методом компьютерного моделирования исследована эффективность алгоритма, основанного на использовании известных данных о форме фазового импульса, а именно, о модуле производной информационной составляющей фазы (наклоне фазового импульса) сигнала. При проверке работоспособности алгоритма определялась оптимальная длина фильтра, величина коэффициента, определяющего степень инерционности и устойчивость процесса адаптации, оценивался спектр сигнала и помехи, анализировалась амплитудно-частотная характеристика адаптивного фильтра и изменение ее формы во времени. Для случая, когда частота помехи совпадает с центральной частотой спектра сигнала, получены зависимости вероятности битовой ошибки от интенсивности гармонической помехи и от отношения сигнал/шум для сигналов 4-КАМ и 16-КАМ. Показано, что адаптивный фильтр эффективно подавляет гармоническую помеху с относительной интенсивностью µ > 0,2 при приеме сигнала 4-КАМ. Энергетический выигрыш составляет 2 дБ и более. При приеме сигналов КАМ с М ≥ 16, имеющих, кроме фазовой, еще и амплитудную модуляцию, алгоритм сохраняет работоспособность, хотя эффективность использования этого адаптивного фильтра значительно ниже – энергетический выигрыш не превышает 0,5 дБ
Ключевые слова: квадратурная амплитудная модуляция, гармоническая помеха, адаптивный фильтр, вероятность битовой ошибки.
Abstract. Quadrature amplitude modulation (QAM) signals are widely used in modern information transmission systems. The quality of the receiver of such signals is significantly reduced if non-fluctuation interference is present in the communication channel. Narrow-band (harmonic) interference with the frequency of the useful signal is especially dangerous. The aim of this work is to develop and study an adaptive algorithm for suppressing such interference when receiving QAM signals. The algorithm is based on a non-recursive digital filter with adjustable weights. It uses known information about the shape of the phase pulse of the signal. The efficiency of the algorithm is investigated by the method of computer simulation. When checking the performance of the algorithm, the spectrum of the signal and noise, the amplitude-frequency characteristic of the adaptive filter and the change in its shape over time were estimated. For 4-QAM and 16-QAM signals, the dependences of the bit error probability on the intensity of harmonic interference and on the signal-to-noise ratio are obtained. It is shown that the adaptive filter effectively suppresses harmonic interference with a relative intensity µ > 0.2 when receiving a 4-QAM signal. The energy advantage is 2 dB or more. When receiving QAM signals with M ≥ 16, which also have amplitude modulation, the algorithm remains operational, but the efficiency of using this adaptive filter is much lower. The energy advantage does not exceed 0.5 dB.
Key words: quadrature amplitude modulation, harmonic interference, adaptive filter, bit error probability.
Литература
1. Ложкин К.Ю., Петров А.В., Прожеторко С.С. Аналитические зависимости средней вероятности искажения бита M-КАМ сигнала на фоне гармонической или фазоманипулированной помех. Электромагнитные волны и электронные системы. 2018. Т.23. №5. С.32-41.
2. Ложкин К.Ю., Миронов В.А., Прожеторко С.С., Токарева Н.Ю. Эффективность приема М-КАМ-сигнала в условиях воздействия импульсной гармонической помехи. Радиотехника. 2018. №11. С.52-57.
3. Куликов Г.В., Нестеров А.В., Лелюх А.А. Помехоустойчивость приема сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией в присутствии гармонической помехи. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. №11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.11.9
4. Куликов Г.В., Лелюх А.А. Анализ помехоустойчивости приема сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией при воздействии сканирующей помехи. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. №2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.2.5
5. Куликов Г.В., Лелюх А.А., Баталов Е.В., Кузеленков П.И. Помехоустойчивость приема сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией в присутствии фазоманипулированной помехи. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. №7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.7.10
6. Курицын С.А. Методы адаптивной обработки сигналов передачи данных. Москва, Радио и связь. 1988. 144 с.
7. Уидроу Б., Стирнз С. Д. Адаптивная обработка сигналов. Пер. с англ. под ред. Шахгильдяна В. В. – Москва, Радио и связь. 1989. 440 с.
8. Джиган В.И. Адаптивная фильтрация сигналов: теория и алгоритмы. Москва, Техносфера. 2013. 530 с.
9. Патент на полезную модель RU 198305 U1. Куликов Г.В., Кулагин В.П., До Чунг Тиен, Лелюх А.А. Адаптивный цифровой фильтр для подавления нефлуктуационных помех. Дата заявки 26.02.2020. Опубликовано 30.06.2020. Бюл. № 19.
10. Treichler J.R., Agee B.G. A new approach to multipath correction of constant modulus signals. IEEE Transactions on Acoustics Speech and Signal Processing. 1983. V.ASSP-31. №2. P.459-472.
11. Куликов Г.В., До Чунг Тиен. Эффективность адаптивного фильтра с алгоритмом слежения за огибающей при приеме сигналов с многопозиционной ФМ на фоне нефлуктуационных помех. Российский технологический журнал [электронный журнал]. 2020. T.8 (5). С.34-43. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-5-34-43.
12. Куликов Г.В. Два алгоритма адаптивной фильтрации нефлуктуационных помех при приеме модулированных сигналов с непрерывной фазой. Наукоемкие технологии. 2003. №6. С.19-23.
13. Куликов Г.В., До Чунг Тиен. Эффективность фазового алгоритма адаптивной фильтрации при приеме сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.4.9
Для цитирования:
Куликов Г.В., Лелюх А.А., Граченко Е.Н. Адаптивная фильтрация гармонической помехи при приеме сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.8.13