Расширение спектральных методов обработки сигналов кодирования

Аннотация

Цифровая обработка спектра позволяет в ряде случаев отказаться от аналоговых трактов обработки в радиоканале при приеме модулированных сигналов и проводить извлечение информации цифровым способом. Перенос цифровой обработки из временной области в частотную дает возможность упростить как алгоритмическую, так и аппаратную часть цифрового демодулятора. Показано, что для демодуляции оцифрованного в приемнике амплитудно-модулированного сигнала достаточно в его спектре сдвинуть в область низких частот спектр верхней боковой полосы, обнулив спектры несущей и нижней боковой полосы. Обратное преобразование Фурье полученного спектра даст демодулированный сигнал. Предлагаемый спектральный метод цифровой демодуляции позволяет отказаться от использования аналоговой аппаратуры обработки сигнала в высокочастотном тракте за счет замены всех операций на цифровую спектральную обработку. При использовании этого метода отпадает необходимость в самой модуляции - для переноса цифрового низкочастотного сигнала в область высоких частот достаточно сдвинуть его спектр по оси частот в нужную позицию. Спектральный подход позволяет также повысить помехоустойчивость без использования специального помехоустойчивого кодирования за счет введения адаптивной избыточности, уровень которой регулируется в соответствии с уровнем шума в канале. При этом избыточность может вводиться и по времени, и по ширине спектра. Например, при использовании для передачи информации 80 % выделенной полосы частот и 70 % доступной длительности интервала времени спектральный способ позволяет задействовать незанятые 20 % частотного диапазона плюс 30 % временного интервала и ввести избыточность в размере 50 %, снижающую вызванные шумом искажения в 1,3 раза.

• спектральная обработка
• цифровая модуляция
• цифровая демодуляция
• регулируемая избыточность

Abstract (in English)

Expansion of spectral methods of signal processing

Digital spectrum processing allows, in some cases, the elimination of analog processing paths in the radio channel when receiving modulated signals and the digital extraction of information. Transferring digital processing from the time domain to the frequency domain simplifies both the algorithmic and hardware aspects of the digital demodulator. It has been shown that to demodulate an amplitude-modulated signal digitized in the receiver, it is sufficient to shift the upper sideband spectrum to the low-frequency region, zeroing out the carrier and lower sideband spectra. The inverse Fourier transform of the resulting spectrum yields the demodulated signal. The proposed spectral digital demodulation method eliminates the need for analog signal processing equipment in the high-frequency path by replacing all operations with digital spectral processing. This method eliminates the need for modulation itself-to shift a digital low-frequency signal to the high-frequency region, it is sufficient to shift its spectrum along the frequency axis to the desired position. The spectral approach also improves noise immunity without the use of dedicated noise-correcting coding by introducing adaptive redundancy, the level of which is adjusted according to the channel noise level. Redundancy can be introduced both in time and in spectrum width. For example, when using 80 % of the allocated frequency band and 70 % of the available time interval for data transmission, the spectral approach allows for the use of the unoccupied 20 % of the frequency range plus 30 % of the time interval, introducing 50 % redundancy, reducing noise-induced distortion by a factor of 1.3.

Для цитирования

Литература

1. Кузьмин Е.В. Эффективность режекции узкополосной помехи в задаче поиска шумоподобного сигнала при пороговом и поэлементном способах спектральной обработки. // Цифровая обработка сигналов и ее применение DSPA - 2023: Доклады XXV Международной конференции, Москва, 29-31 марта 2023 года. - Москва: Российское научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 2023. - С. 144-147.
2. Тимофеев А.Л., Султанов А.Х. Повышение эффективности спектральной режекции узкополосных помех. // Журнал радиоэлектроники. - 2025. - № 7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.7.5
3. Тимофеев А.Л., Султанов А.Х., Мешков И.К., Гизатулин А.Р. Использование спектрального подхода при обработке изображений и произвольных данных. // Информационно-управляющие системы. - 2022. - № 4 (119). - С. 2-11. https://doi.org/10.31799/1684-8853-2022-4-2-11
4. Timofeev A.L., Sultanov A.Kh., Meshkov I.K., Gizatulin A.R. Spectral image compression. // Optical Technologies for Telecommunications 2021. - SPIE, 2022. - Т. 12295. https://doi.org/10.1117/12.2632146
5. Тимофеев А.Л., Султанов А.Х., Мешков И.К., Гизатулин А.Р. Спектральный метод голографического помехоустойчивого кодирования. // Инфокоммуникационные технологии. - 2022. - № 1 (20). - С. 34-41.
6. Лялин К.С. Хасанов М.С., Мелешин Ю.М., Кузьмин И.А. Спектральный метод подавления боковых лепестков автокорреляционной функции длинных псевдослучайных бинарных последовательностей. // Труды МАИ. - 2018. - №. 103. http://trudymai.ru/published.php?ID=100800
7. Тимофеев А.Л., Султанов А.Х., Мешков И.К., Гизатулин А.Р. Радиолокация с голографическим кодированием зондирующего сигнала. // Журнал радиоэлектроники. - 2024. - №. 3. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.3.11
8. Калинин В.И., Чапурский В.В. Передача информации на основе шумовых сигналов со спектральной модуляцией. // Радиотехника и электроника. - 2015. - № 10 (60). - С. 1025-1035.
9. Быстров Р.П., Кузьмичев В.Е., Романовский А.С., Соколов С.А., Соколов Ю.В., Федорова Л.В. Предложения по технической реализации устройств шумовых РЛС со спектральной обработкой сигналов. // Журнал радиоэлектроники. - 2015. - № 5.
10. Макаренко В. Новые сверхвысокочастотные АЦП компании Analog Devices. // Компоненты и технологии. - 2018. - №. 9. - С. 36-39.
11. Глушков А.Н. и др. Цифровой демодулятор сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией. // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2023.- № 5 (19). - С. 115-120.
12. Патент № 2713865 C1 Российская Федерация, МПК H03D 1/24. Способ демодуляции амплитудно-модулированного сигнала: № 2019117242: заявл. 04.06.2019: опубл. 07.02.2020 / Дунилин В.М.
13. Тимофеев А.Л., Султанов А.Х. Построение помехоустойчивого кода на базе голографического представления произвольной цифровой информации. // Компьютерная оптика. - 2020. - № 6 (44). - С. 978-984. https://doi.org/10.18287/2412-6179-CO-739