ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2022, № 12 · РАДИОТЕХНИКА

Помехоустойчивость когерентного приема сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией и прямоугольной огибающей в гидроакустическом канале связи

В.Е. Денисов1

1 РТУ МИРЭА, Москва, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2022.12.11 УДК 681.883.45 EDN VSDFDL

Аннотация

Основной целью данной работы является разработка методики определения параметров сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией (М-ФМ), при которых сигналы становятся относительно инвариантными к частотным искажениям в морской среде. Частотные искажения сигналов обусловлены неравномерностью частотной характеристики затухания морской среды. Главной частью указанной методики является оценка влияния частотных искажений сигналов на помехоустойчивость приема. Для этого определяются вероятности ошибки приемника сигналов М-ФМ, который оптимален при отсутствии искажений. Методы. Использованы положения прикладной гидроакустики, теории случайных процессов и теории передачи дискретных сообщений. Основное содержание. В работе рассматривалась модель однолучевого гидроакустического канала связи, характерная для глубокого моря, когда приемник или передатчик расположен в глубине моря. В качестве коэффициента передачи канала используется коэффициент передачи с гауссовской амплитудно-частотной характеристикой и линейной фазо-частотной характеристикой. Определена аддитивная граница вероятности ошибки при когерентном приеме сигналов М-ФМ с прямоугольной огибающей. В качестве приемника рассматривается когерентный приемник, оптимальный по критерию максимального правдоподобия при действии белого гауссовского шума и отсутствии искажений в морской среде. Введена логарифмическая мера увеличения вероятности ошибки, которая характеризует ухудшение помехоустойчивости за счет частотных искажений в канале. Для некоторых типичных случаев определены значения параметров сигналов, относительно инвариантных к частотным искажениям в морской среде. Результаты. Найдены выражения для верхней границы вероятности ошибки когерентных приемников сигналов М-ФМ с прямоугольной огибающей для М = 2, 4, 8, 16, 32. Введена логарифмическая мера относительного увеличения вероятности ошибки по сравнению со случаем отсутствия искажений. Определена функциональная зависимость этой меры от длительности посылки сигнала, несущей частоты и числа фаз сигнала, а также от дальности связи и отношения сигнал/шум. На плоскости несущая частота, длительность посылки сигнала для каждого вида сигнала построена граница области, выше которой сигналы являются относительно инвариантными к частотным искажениям в морской среде. Для дальности связи R = 3 км и несущей частоты f0 = 30 кГц приведены минимальные значения длительности инвариантных сигналов.

  • гидроакустический канал связи
  • коэффициент затухания
  • помехоустойчивость
  • вероятность ошибки
  • дальность связи
  • длительность посылки сигнала
  • несущая частота
  • начальная фаза
  • аддитивная граница
Abstract (in English)

Noise immunity of coherent reception M-PSK signals with a rectangular envelope in a hydroacoustic communication channel

The main purpose of this work is to develop a methodology for determining the parameters of M-PSK signals, in which the signals become relatively invariant to frequent distortions in the marine environment. The frequency distortions of the signals are caused by the uneven frequency response of the attenuation of the marine environment. The main part of this technique is to assess the effect of frequency distortion of signals on the noise immunity of reception. To do this, the error probabilities of the receiver of M-PSK signals determined, which is optimal in the absence of distortion. Methods. The provisions of applied hydroacoustics, the theory of random processes and the theory of transmission of discrete messages are used. The main content. The paper considered a model of a single-beam hydroacoustic communication channel, characteristic of the deep sea, when the receiver or transmitter is located in the depths of the sea. The transmission coefficient of the channel is used as a transmission coefficient with a Gaussian amplitude - frequency response and a linear phase-frequency response. The additive boundary of the probability of error in the coherent reception of M-PSK signals with a rectangular envelope is determined. As a receiver, a coherent receiver is considered, optimal by the criterion of maximum similarity under the action of white Gaussian noise and the absence of distortion in the marine environment. A logarithmic measure of increasing the probability of error is introduced, which characterizes the deterioration of noise immunity due to frequency distortions in the channel. For some typical cases, the values of signal parameters that are relatively invariant to frequency distortions in the marine environment are determined. Results. Expressions are found for the upper bound of the probability of error of coherent signal receivers of M-PSK signals with a rectangular envelope for M = 2, 4, 8, 16, 32. A logarithmic measure of the relative increase in the probability of error compared to the case of the absence of distortions is introduced. The functional dependence of this measure is determined on the duration of sending the signal, the carrier frequency and the number of phases of the signal, as well as on the communication range and the signal-to-noise ratio. On the plane of the carrier frequency, the duration of the signal, for each type of signal, the boundary of the region above which the signals are relatively invariant to frequency distortions in the marine environment is constructed. For the communication range R = 3 km and the carrier frequency f 0 = 30 kHz, the minimum values of the duration of invariant signals are given.

Для цитирования

Денисов В.Е. Помехоустойчивость когерентного приема сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией и прямоугольной огибающей в гидроакустическом канале связи // Журнал радиоэлектроники. – 2022. – № 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.12.11

Литература

  1. Денисов В.Е. Помехоустойчивость когерентного приема двоичных сигналов с прямоугольной огибающей в гидроакустическом канале связи. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2022. №8. С.1-24. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.8.2
  2. Матвиенко В.Н., Тарасюк Ю.Ф. Дальность действия гидроакустических средств. Ленинград, Судостроение. 1983. 205 с.
  3. Денисов В.Е. Аппроксимация амплитудно-частотной характеристики гидроакустического канала связи по совокупности показателей качества. 56-я Научно-техническая конференция МИРЭА. Москва, МИРЭА. 2007. Ч.2. С.71-76.
  4. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. Москва, Советское радио. 1970. 728 с.
  5. Возенкрафт Дж., Джекобс И. Теоретические основы техники связи. Москва, Мир. 1969. 640 с.
  6. Коржик В.И., Финк Л.М., Щелкунов К.Н. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. Москва, Радио и связь. 1981. 232 с.
  7. Денисов В.Е. Анализ искажений высокочастотного импульса с прямоугольной огибающей в морской среде на основе энергетического критерия. 58-я Научно-техническая конференция МИРЭА. Москва, МИРЭА. 2009. Ч.2. С.48-54.
  8. Фаддеева В.Н., Терентьев Н.М. Таблицы значений интеграла вероятностей от комплексного аргумента. Москва, Гостехиздат. 1954.268 с.
  9. Денисов В.Е. Корреляция между входным и выходным сигналами гидроакустического канала связи при входном сигнале в виде высокочастотного импульса с прямоугольной огибающей. 2-я Международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем" - РАДИОИНФОКОМ-2015". Москва, МИРЭА. 2015. Ч.1. С.98-103.
  10. Денисов В.Е. Корреляция между двоичными сигналами ЧМ на входе и выходе гидроакустического канала связи. 3-я Международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем" - РАДИОИНФОКОМ-2017". Москва, МИРЭА. 2015. Ч.1. С.7-12.