Estimation of duration of the ultra-wideband quasi-radio signal with uncertainty in its presence

Abstract

We synthesize a quasi-likelihood algorithm for estimation of the duration of an arbitrary shape ultra-wideband quasi-radio signal with unknown amplitude and initial phase, which observed against the background of additive Gaussian white noise. Among the ultra-wideband signals, a separate class is distinguished - ultra-wideband quasi-radio signals, which structure is similar to narrowband radio signals, but the condition of relative narrowband is not satisfied. We suggest that its duration can be equal to several periods or a fraction of the period of a harmonic oscillation. We consider the model of a signal which may be absent in the received realization, while the structure of the receiver does not take into account the disappearance of the signal. Statistical characteristics of the synthesized duration estimates are conditional bias and dispersions. The obtained results can be used for estimation of the decrease in efficiency in evaluation of the duration of a signal, when such a signal may disappear in the received realization.

• ultra-wideband
• quasi-radio signal
• missing signal
• quasi-likelihood estimation
• signal duration
• bias
• dispersion

Аннотация (на русском)

Оценка длительности сверхширокополосного квазирадиосигнала при неуверенности в его наличии

Синтезирован квазиправдоподобный алгоритм оценки длительности сверхширокополосного квазирадиосигнала произвольной формы с неизвестными амплитудой и начальной фазой, наблюдаемого на фоне аддитивного гауссовского белого шума. Предполагалось, что условие относительной узкополосности для принимаемого сигнала не выполняется и на интервале его длительности может умещаться несколько периодов или доля периода гармонического колебания. Рассматривалась модель сигнала, который может отсутствовать в принимаемой реализации, а структура приёмника не предполагает учёта исчезновения сигнала. Найдены статистические характеристики синтезированных оценок длительности: условные смещение и рассеяние. Полученные результаты позволяют оценить снижение эффективности в измерении длительности сигнала, когда такой сигнал может отсутствовать в принимаемой реализации.

For citation

References

1. Радзиевский В.Г., Трифонов П.А. Обработка сверхширокополосных сигналов и помех. Москва, Радиотехника. 2009. 288с.
2. Aiello R., Batra U. Ultra-Wideband Systems: Technologies and Applications (Communications Engineering). Elsevier. 2006. 323p.
3. Siriwongpairat W.-P., Liu K.J.-R. Ultra-Wideband Communications Systems. Multiband OFDM Approach. Wiley. 2007. 229p.
4. Nekoogar F., Dolwa F. Ultra- Wideband Radio Frequency Identification Systems. Springer. 2011. 160p. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-9701-2
5. Sahinoglu Z., Gezici C., Guvenc I. Ultra-wideband Positioning System. Wiley. 2008. 282 p.
6. Arslan H., Chen Z., Benedetto M. Ultra-Wideband wireless communication. Wiley. 2006. 520 p.
7. Yajnanarayana V., Dwivedi S., Handel P. IR-UWB Detection and Fusion Strategies using Multiple Detector Types. IEEE Wireless Communications and Networking Conference. Doha, Qatar. 2015. P.1-6. https://doi.org/10.1109/WCNC.2016. 7565140
8. Gezici S., Poor H.-V. Position Estimation via Ultra-Wideband Signals. Proceedings of the IEEE. 2009. V.97. № 2. P.386-403.
9. Трифонов А.П., Шинаков Ю.С. Совместное различение сигналов и оценка их параметров на фоне помех. Москва, Радио и связь. 1986. 264 с.
10. Korchagin Yu.E., Titov K.D. Detection of an ultra-wideband quasi radio signal with unknown duration against the background of white noise. Radiophysics and Quantum Electronics. 2019. V.61. № 11. P.958-973. https://doi.org/10.1007/s11141-019-09942-5
11. Trifonov A.P., Korchagin Yu.E., Kondratovich P.A. Efficiency of estimating duration of a signal with unknown amplitude. Radioelectronics and Communications Systems. 2011. V.54. №. 11. P.581-591. https://doi.org/10.3103/S073527271111001X
12. Корчагин Ю.Э. Оценка длительности сигнала с неизвестными амплитудой и фазой. Радиотехника. 2013. № 9.С.11-19.
13. Korchagin Yu.E. Estimation of the radio pulse duration with unknown phase. Radioelectronics and Communications Systems. 2013. V.56. № 7. P.345-355. https://doi.org/10.3103/S0735272713070030
14. Куликов Е.И., Трифонов А.П. Оценка параметров сигналов на фоне помех. Москва, Советское радио. 1978. 296 с.
15. Тихонов В.И. Оптимальный приём сигналов. Москва, Радио и связь. 1983. 320 с.
16. Корчагин Ю.Э. Оценка длительности пропадающего сигнала с неизвестной амплитудой. Нелинейный мир. 2013. Т.11. № 8. С.566-576.
17. Trifonov A.P., Korchagin Yu.E., Titov K.D. Estimation of Ultrawideband Quasi-Radio Signal Duration. Radioelectronics and Communications Systems. 2017. V.60. №. 8. P.358-367. https://doi.org/10.3103/S0735272717080040
18. Бобрешов А.М., Жабин А.С., Киселёв А.В., Селин М.Ю., Усков Г.К. Построение радиоизображения малоразмерной цели с помощью сверхширокополосных импульсных сигналов. Радиолокация, навигация, связь: сборник трудов. 2019. Т.3. С.60-64.
19. Jeong Y.-K., Lee M.-Q., Park Y.-J., Kim K.-H., Youn D.-G., Cho S.-B. Development of a UWB GPR System for Detecting Small Objects Buried under Ground. IEEE Conference on Ultra-Wideband Systems and Technologies. Reston, VA, USA. 2003.P.384-388. https://doi.org/10.1109/UWBST.2003.1267869
20. Trifonov A.P., Rudnev P.E. Characteristics of estimating the amplitude of ultra-wideband quasi-radio signal. Radioelectronics and Communications Systems. 2010. V.53. №. 5. P.241-250. https://doi.org/10.3103/S0735272710050031
21. Корчагин Ю.Э., Титов К.Д. Синтез и анализ алгоритмов обработки сверхширокополосных квазирадиосигналов. Воронеж, ВГУ. 2019. 128 с.
22. Корчагин Ю.Э., Слинчук С.А. Однопороговый последовательный алгоритм оценки длительности пропадающего прямоугольного радиоимпульса. Вестник ВГУ. Серия: Физика. Математика. 2017. № 4. С.13-20.