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
2022, № 11 · MATHEMATICAL MODELS IN RADIO ELECTRONICS PROBLEMS

Simulation of broadband noise interference in adaptive spatial filtering systems of radio signals

M.Y. Lishak1

1 National Research University «Moscow Power Engineering Institute», Moscow, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2022.11.2 UDC 621.396:519.876.5 EDN AGDJLV

Abstract

To investigate the characteristics of adaptive spatial filtering systems of radio signals, the simulation of signals and interferences is widely used. In such a simulation, it is usually assumed that the propagation time of the interference wave along the antenna system is much less than the interference correlation time. In this case, the interference is narrowband in the space-time sense. If this condition is not met, then to correctly determine the characteristics of the system, it is necessary to simulate an interference that is broadband in the space-time sense. Such a model should take into account the differences in the complex envelopes of the interference in the antenna-receiving channels, due to the delay caused by the difference in the propagation time of the wave. The paper describes an algorithm for simulation broadband noise interference, based on the using spectrum of the complex envelope of the interference with different delays in the antenna-receiving channels. The listing of the MATLAB function implementing the proposed algorithm is given. To test the model, the autocorrelation and cross-correlation functions of the interference were obtained. The interference spectrum at the output of the adaptive spatial filter, the radiation pattern, and the amplitude-frequency response were obtained as well. The test results confirm the correctness of the developed model.

  • adaptive spatial filtering
  • computer simulation
  • narrowband interference
  • discrete Fourier transform
  • antenna array
Аннотация (на русском)

Моделирование широкополосной шумовой помехи в системах адаптивной пространственной фильтрации радиосигналов

Для исследования характеристик систем адаптивной пространственной фильтрации радиосигналов используются имитационные модели сигналов и помех. При этом обычно считается, что время распространения волны помехи вдоль антенной системы много меньше времени корреляции помехи, т.е. помеха является узкополосной в пространственно-временнóм смысле. Если это условие не выполняется, то для корректного определения характеристик системы необходимо использование модели помехи, которая учитывала бы различие комплексных огибающих помехи в антенно-приёмных каналах, обусловленное задержкой из-за разности хода волны. В статье описан алгоритм моделирования широкополосной в пространственно-временнóм смысле шумовой помехи, основанный на формировании спектра комплексной огибающей помехи с учётом задержек на апертуре антенной системы. Приведён текст функции на языке системы MATLAB, реализующей предложенный алгоритм. Для тестирования модели получены автокорреляционная и взаимно-корреляционная функции помехи, спектр помехи на выходе адаптивного пространственного фильтра, диаграмма направленности и амплитудно-частотная характеристика. Результаты тестирования подтверждают адекватность разработанной модели.

For citation

Lishak M.Y. Simulation of broadband noise interference in adaptive spatial filtering systems of radio signals // Journal of Radio Electronics. – 2022. – No. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.11.2

References

  1. Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решётках. Москва, Радио и связь. 2003. 200 с.
  2. Foutz J., Spanias A., Banavar M.K. Narrowband direction of arrival estimation for antenna arrays. Springer. 2008. Synthesis lectures on antennas. Lecture #8. https://doi.org/10.2200/S00118ED1V01Y200805ANT008
  3. Godara L., Jahromi S. Limitations and capabilities of frequency domain broadband constrained beamforming schemes. IEEE Transactions on Signal Processing. 1999. V.47. №9. P.2186-2195.
  4. Li H., Zhang X., He Z., Yu J. A wideband digital beamforming method based on stretch processing. WSEAS Transactions on Signal Processing. 2009. V.5. №7. P.251-260.
  5. Chern Sh.J., Sung Ch.Y. The hybrid Frost's beamforming algorithm for multiple jammers suppression. Signal Processing. 1995. V.43. P.113-132.
  6. Agrawal M., Prasad S. DOA estimation of wideband sources using a harmonic source model and uniform linear array. IEEE Transactions on Signal Processing. 1999. V.47. №3. P.619-629.
  7. Amirsoleimani S., Olfat A. Wideband modal orthogonality: A new approach for broadband DOA estimation. Arxiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2006.07261
  8. Marsaglia G., Tsang W.W. The ziggurat method for generating random variables. Journal of Statistical Software. 2000. V.5. №8. P.1-7. https://doi.org/10.18637/jss.v005.i08
  9. Moler C. Numerical Computing with MATLAB. SIAM. 2004. Chapter 9 Random Numbers [web]. Mathworks. Date of access: 01.08.2022. URL: https://www.mathworks.com/moler.html
  10. Амитей Н., Галиндо В., Ву Ч. Теория и анализ фазированных антенных решёток. Москва, Мир. 1974. 456 с.
  11. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: Учеб. пособие. 3-е изд. Санкт-Петербург, БХВ-Петербург. 2011. 768 с.
  12. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. Москва, Высшая школа. 2000. 462 с.