ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2023. №2
Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)

DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.2.3

УДК: 621.391

НЕЙРОСЕТЕВОЙ АЛГОРИТМ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ
С ДВОИЧНОЙ ПОЗИЦИОННО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Ю.Э. Корчагин, К.Д. Титов, О.Н. Завалишина

Воронежский государственный университет

394018, г. Воронеж, ул. Университетская площадь, д. 1

Статья поступила в редакцию 8 января 2023 г.

Аннотация. В работе исследован нейросетевой способ детектирования сигналов с двоичной позиционно-импульсной модуляцией. Процесс детектирования был сведён к различению сигналов нейросетью, архитектура которой включала в себя свёрточные и полносвязные слои. Сеть обучалась на основе множества размеченных реализаций смеси сигналов с шумом, которые были представлены дискретными отсчётами. Для моделирования и обучения сети использовалась библиотека TensorFlow. В качестве возможных моделей сигналов применялись колокольный видеоимпульс и квазирадиосигнал с колокольной модулирующей функцией. Эффективность функционирования обученной нейросети исследована методами статистического моделирования на ЭВМ. Выполнено сравнение качества детектирования нейросетевого алгоритма с классическим, синтезированным в рамках статистической теории принятия решений. Исследована возможность обучения нейросетевого детектора при неизвестной длительности принимаемых сигналов. Выполнено сравнение эффективности функционирования нейросетевого детектора с квазиоптимальным, который не учитывает возможного незнания длительности сигнала. Показано, что нейросетевой алгоритм детектирования существенно уступает оптимальному, синтезированному методом максимального правдоподобия. Однако при наличии априорной неопределённости относительно длительности сигнала, квазиоптимальный детектор уступает в эффективности нейросетевому. Сформулированы рекомендации по обоснованному выбору детектора в зависимости от требуемого качества его работы.

Ключевые слова: позиционно-импульсная модуляция, различение сигналов, нейросеть, свёрточный слой, полносвязный слой, TensorFlow, обучение, функция стоимости, категориальная кросс-энтропия, неизвестная длительность.

Финансирование: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-19-00323, https://rscf.ru/project/21-19-00323/.

Автор для переписки: Титов Константин Дмитриевич, titovkd@gmail.com

Литература

1. Тепляков И.М., Рощин Б.В., Фомин А.И., Вейцель В.А. Радиосистемы передачи информации. Под ред. И.М. Теплякова. Москва, Радио и связь. 1982. 264 с.

2. Парфенов В.И., Голованов Д.Ю. Помехоустойчивость алгоритмов приёма сигналов с многоимпульсной позиционно-импульсной модуляцией. Компьютерная оптика. 2018. Т.42. №1. С.167-174. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2018-42-1-167-174

3. Wintzell O., Zigangirov D.K., Zigangirov K.S. On the Capacity of a Pulse Position Hopped CDMA System. IEEE Transactions on Information Theory. 2001. V.47. №6. P.2630-2644. https://doi.org/10.1109/18.945282

4. IEEE Standard for Low-Rate Wireless Networks. IEEE Std 802.15.4-2020 (Revision of IEEE Std 802.15.4-2015). 23 July 2020. P.1-800. https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2020.9144691

5. Patent US-6687293-B1. Stephen R. Loyer, amuel Alexander Method, system and apparatus for calibrating a Pulse Position Modulation (PPM) decoder to a PPM signal. Application Date: 22.06.2000. Publication Date: 02.02.2004. URL: https://portal.unifiedpatents.com/patents/patent/US-6687293-B1

6. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. Москва, Радио и связь. 1983. 320 с.

7. Ван Трис Гарри Л. Теория обнаружения, оценок и модуляции. Том 1 Теория обнаружения, оценок и линейная модуляция: Пер. с англ. Под ред. проф. В.И. Тихонова. Москва, Советское радио. 1972. 744 с.

8. Репин В.Г., Тартаковский Г.П. Статистический синтез при априорной неопределенности и адаптация информационных систем. Москва, Советское радио. 1977. 432 с.

9. Корчагин Ю.Э., Титов К.Д. Синтез и анализ алгоритмов обработки сверхширокополосных квазирадиосигналов. Воронеж, Издательский дом ВГУ. 2019. 128 с.

Для цитирования:

Корчагин Ю.Э., Титов К.Д., Завалишина О.Н. Нейросетевой алгоритм детектирования сигналов с двоичной позиционно-импульсной модуляцией. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2023. №2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.2.3