Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2019, № 4 · RADIO ENGINEERING

Quasi-optimal demodulation of the mixture narrow-band signal and additive non-Gaussian noise with band-limited spectrum

V.M. Artyushenko1, V.I. Volovach2

1 Technological University, Korolev, Russia
2 Volga Region State University of Service, 4, Toliatti, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.4.4 UDC 621.391.372.019 EDN CGDRNK

Abstract

The problems of quasi-optimal processing of a mixture of signals and correlated additive non-Gaussian noise with a band-limited spectrum are considered. It is shown that for practically significant cases the effect of non-Gaussian noise on the signal with probability density function envelopes (amplitudes) different from the rice distribution is of interest. In this case, the width of the spectrum of such noise may be wider than the band of the useful signal, comparable to it or more narrow-band. It is noted that elliptically symmetric two-dimensional probability density distributions are used to describe non-Gaussian noise in this case. The method of synthesis of demodulation algorithms of continuous Markov information sequence on the background of non-Gaussian noise, which is a Markov process, is used in the work. The demodulation algorithm determining the formation of the optimal evaluation of the information process and the evolution of a posteriori dispersion is obtained for this case. Expressions describing the characteristics of the transformation of the acting non-Gaussian noise in a nonlinear transducer with given amplitude characteristic, acting as nonlinear amplitude filter and the corresponding demodulation algorithm are obtained. Received is the enlarged structural diagram of algorithm implementation assessing the demodulated (filtered) of the data sequence. The functioning of the scheme for different time sampling intervals and correlation coefficients of the information process and additive noise is described, on the basis of which the modified single-channel block diagrams of information process processing are presented. It is shown that the use in the block diagram of the demodulator of nonlinear blocks with simultaneous processing of the instantaneous values and the envelope of non-Gaussian noise with a comparable or narrower spectrum than the spectrum of the processed useful signal, can significantly improve the quality of demodulation in comparison with the demodulator with processing only the instantaneous value or only the envelope of the additive strip non-Gaussian noise.

  • quasi-optimal demodulation of signal
  • narrowband signal
  • correlated additive non-Gaussian noise
  • noise with band-limited spectrum
  • elliptically symmetric probability density function
  • correlation coefficient
  • time sampling interval
Аннотация (на русском)

Квазиоптимальная демодуляция смеси узкополосного сигнала и аддитивной негауссовской помехи с полосовым спектром

Рассмотрены вопросы квазиоптимальной обработки смеси сигналов и коррелированных аддитивных негауссовских помех с полосовым спектром. Показано, что для практически значимых случаев представляет интерес воздействие на сигнал негауссовской помехи с плотностью распределения вероятностей огибающих (амплитуд), отличным от распределения Райса. При этом ширина спектра таких помех может быть шире полосы полезного сигнала, сопоставимой с ней или более узкополосной. Отмечается, что для описания негауссовских помех в данном случае используются эллиптически симметричные двумерные плотности распределения вероятностей. В работе используется методика синтеза алгоритмов демодуляции непрерывной марковской информационной последовательности на фоне негауссовской помехи, представляющей собой марковский процесс. Получен для указанного случая алгоритм демодуляции, определяющий формирование оптимальной оценки информационного процесса и эволюцию апостериорной дисперсии. Получены выражения, описывающие характеристики преобразования воздействующей негауссовской помехи в нелинейном преобразователе с заданной амплитудной характеристикой, исполняющего роль нелинейного амплитудного фильтра, и соответствующий им алгоритм демодуляции. Получена укрупненная структурная схема реализации алгоритма оценки демодулируемой (фильтруемой) информационной последовательности. Описано функционирование схемы для различных интервалов временной дискретизации и коэффициентов корреляции информационного процесса и аддитивной помехи, на основании чего приведены модифицированные одноканальные структурные схемы обработки информационного процесса. Показано, что использование в структурной схеме демодулятора нелинейных блоков с одновременной обработкой по мгновенным значениям и по огибающей негауссовской помехи с соизмеримым или более узким спектром, чем спектр обрабатываемого полезного сигнала, позволяет значительно улучшить качество демодуляции в сравнении с демодулятором с обработкой только по мгновенному значению либо только по огибающей аддитивной полосовой негауссовской помехи.

For citation

Artyushenko V.M., Volovach V.I. Quasi-optimal demodulation of the mixture narrow-band signal and additive non-Gaussian noise with band-limited spectrum // Journal of Radio Electronics. – 2019. – No. 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.4.4

References

  1. Тихонов В. И. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь, 1983. 320 с.
  2. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники. 3-е изд. М.: Радио и связь, 1989. 656 с.
  3. Трифонов А. П. Прием сигнала с неизвестной длительностью на фоне белого шума // Радиотехника и электроника. 1977, Т. 22, № 1. С. 90-98.
  4. Финкельштейн М. И. Основы радиолокации. М.: Радио и связь, 1983. 536 с.
  5. Radar handbook / Ed. by M.I. Scolnik; 2nd ed. New York: McGraw-Hill. 1990. 1199 p.
  6. Родимов А. П., Поповских В. В. Статистическая теория поляризационно-временной обработки сигналов и помех. М.: Радио и связь, 1984. 272 с.
  7. Трифонов А. П., Корчагин Ю. Э., Титов К. Д. Оценка амплитуды сверхширокополосного квазирадиосигнала с неизвестными длительностью и начальной фазой // Успехи современной радиоэлектроники. 2015, № 11. С. 4-13.
  8. Kassam S. A. Signal Detection in Non-Gaussian Noise. New York: Springer Verlag, 1989. 242 p.
  9. Валеев В. Г., Ганапольский В. Б. Метод амплитудного подавления негауссовских помех // Радиотехника и электроника. 1981, № 11. С. 2301-2307.
  10. Артюшенко В. М., Воловач В. И. Оценка точности измерения скалярного информационного параметра сигнала на фоне аддитивных негауссовских помех // Журнал радиоэлектроники, 2017, № 3. Available at http://jre.cplire.ru/jre/mar17/9/text.pdf
  11. Артюшенко В. М., Воловач В. И. Оценка погрешности измерения векторного информационного параметра сигнала на фоне аддитивных некоррелированных негауссовских помех, Журнал радиоэлектроники, 2016, №. 1. Available at http://jre.cplire.ru/jre/jan16/6/text.pdf
  12. Артюшенко В. М., Воловач В. И. Квазиоптимальная демодуляция сигнала на фоне аддитивной негауссовской помехи с полосовым спектром // XI Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь». Сборник трудов. - Москва, ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН. - 27-29 ноября 2017 г. С. 198-202.
  13. Артюшенко В. М., Воловач В. И. Использование эллиптически симметричной модели плотности распределения вероятности для описания негауссовских помех // Радиотехника. 2016, № 6. C. 113-117.
  14. McGraw D. K., Wagner J. F. Elliptically symmetric distributions // IEEE Trans. Inform. Theory. 1968, No. 14. PP. 110-120.
  15. Валеев В. Г., Данилов В. А. Оптимальное обнаружение сигналов на фоне негауссовских коррелированных радиопомех // Изв. выш. учебн. заведений. Радиоэлектроника. 1991, № 7. С. 30-34.
  16. Тихонов В. И., Кульман Н. К. Нелинейная фильтрация и квазиоптимальный прием сигналов. М.: Сов. радио, 1975. 704 с.
  17. Артюшенко В. М. Обработка информационных параметров сигнала в условиях аддитивно-мультипликативных негауссовских помех. М.: ФГБОУ ВПО ФТА; Изд-во «Канцлер», 2014. 298 c.
  18. Теория обнаружения сигналов / П. С. Акимов, П. А. Бакут, В. А. Богданович и др.; Под ред. П. А. Бакута. М.: Радио и связь, 1984. 440 с.