Разработка и исследование высокоэффективных методов передачи цифровых сигналов

Направление: Исследования высокоэффективных методов передачи цифровых сигналов.
Подразделение: кафедра радиоприемных устройств
Руководитель: Парамонов А.А., д.т.н., профессор (e-mail: paramonov@mirea.ru, тел. (495) 434-9192)

Актуальность проблемы. Основное требование к передаче дискретных сообщений - обеспечение максимальной достоверности и скорости этой передачи при выполнении норм электромагнитной совместимости. Исследования, выполненные научной группой, показали, что имеется значительный резерв увеличения скорости и достоверности передачи по сравнению с существующими системами при сохранении энергетики радиолинии, либо возможность сохранения этих показателей при уменьшении мощности, излучаемой передатчиком. Применение модулированных сигналов с непрерывной фазой (МНФ) позволяет добиться заметного энергетического выигрыша по сравнению с сигналами ФМ-2, причем скорость спада внеполосных излучений реально может достигать 60-80 дБ/декада (против 20 дБ/декада для сигналов ФМ-2). Таким образом, эти сигналы являются хорошей альтернативой фазовым и амплитудно-фазовым методам манипуляции, так как способны обеспечить более высокую помехоустойчивость передачи дискретных сообщений и меньший уровень внеполосных излучений. Сигналы МНФ имеют постоянную огибающую, что делает их перспективными для многих каналов, в том числе и с нелинейностью, встречающихся в радиосистемах космической связи и связи с подвижными объектами. Перспективна и задача построения широкополосных систем передачи на основе методов модуляции с непрерывной фазой. Подобные системы обеспечивают высокую помехозащищенность радиолинии по отношению к нешумовым помехам.

Цель исследований заключается в синтезе новых дискретных сигналов и сигнально-кодовых конструкций из класса МНФ, включая широкополосные, разработке алгоритмов формирования и демодуляции этих сигналов и реализации цифровых модемов, превосходящих по своим характеристикам существующие образцы. Исследования охватывают и методы приема сигналов МНФ в дисперсионных каналах связи и каналах с нешумовыми помехами.

Основные направления исследований:

• поиск оптимальных по нескольким критериям сигнальных форматов класса МНФ;
• разработка алгоритмов формирования сигналов МНФ и способов реализации этих алгоритмов на цифровой элементной базе, включая ПЛИС и цифровые сигнальные процессоры;
• разработка оптимальных когерентных и некогерентных алгоритмов приема оптимизированных сигналов МНФ для различных каналов связи; поиск квазиоптимальных алгоритмов;
• разработка методов формирования и приема сигналов МНФ с искусственным расширением спектра;
• разработка методов синхронизации демодуляторов сигналов МНФ;
• исследование разработанных алгоритмов приема сигналов МНФ в различных помеховых условиях;
• разработка методов повышения помехоустойчивости приема сигналов МНФ в присутствии нешумовых помех;
• синтез алгоритмов демодуляции сигналов МНФ для дисперсионных каналов;
• разработка адаптивных алгоритмов коррекции частотной характеристики канала;
• синтез алгоритмов демодуляции сигналов МНФ для каналов с нелинейностью.

Решение этих задач чрезвычайно актуально для многих видов систем передачи дискретных сигналов гражданского и военного назначения, в частности, систем подвижной и космической связи.

Достигнутые за последние годы результаты. Работая по заказам промышленности, научная группа за последние годы добилась определенных успехов в решении перечисленных задач. Так, в классе АЦИИМ (сигналы МНФ с асимметричными циклически изменяющимися индексами модуляции) найдены сигнальные форматы, существенно (до нескольких децибел) превышающих по энергетической эффективности сигналы ФМ-2. Синтезирован ряд принципиально новых когерентных и квазикогерентных алгоритмов демодуляции сигналов МНФ. Разработаны принципиально новые алгоритмы адаптивного выравнивания частотных характеристик канала связи, использующие тонкую структуру сигналов МНФ. Выполнены исследования помехоустойчивости передачи сигналов МНФ в присутствии нешумовых помех, разработаны способы борьбы с этими помехами. Выполнен ряд опытно-конструкторских работ, результатом которых явилось создание нескольких модемов узкополосных сигналов МНФ и сигналов МНФ с расширением спектра. Члены научной группы защитили две докторские и шесть кандидатских диссертаций.

Публикации по теме исследований. Результаты исследований докладывались на многих российских и международных конференциях, опубликованы в нескольких десятках статей, в том числе:

1. Емельянов П.Б., Парамонов А.А. Дискретные сигналы с непрерывной фазой// Зарубежная радиоэлектроника. - 1990. - №12.
2. Парамонов А.А., Шелковников Н.Д. Демодуляторы сигналов МНФ с обратной связью по решению// Техника радиосвязи, 1995, вып.2.
3. Куликов Г.В. Влияние гармонической помехи на помехоустойчивость корреляционного демодулятора сигналов МЧМ // Радиотехника, 2002, №7.
4. Куликов Г.В. Анализ влияния псевдослучайной фазоманипулированной помехи на помехоустойчивость корреляционного демодулятора сигналов с минимальной частотной манипуляцией // Радиотехника и электроника, 2002, т. 47, №8.
5. Куликов Г.В. Помехоустойчивость приемников модулированных сигналов с непрерывной фазой при наличии нефлуктуационных помех // Радиотехника, 2003, № 7.
6. Куликов Г.В. Эффективность использования адаптивного фильтра для подавления гармонической помехи при приеме модулированных сигналов с непрерывной фазой // Радиотехника и электроника, 2003, т. 48, № 7.
7. Куликов Г.В. Помехоустойчивость автокорреляционного демодулятора сигналов МЧМ в канале связи с гармонической помехой // Радиотехника, 2004, №8.
8. Баланов М.Ю., Куликов Г.В. Эффективность адаптивной фильтрации нефлуктуационных помех при приеме сигналов с циклически изменяющимся индексом модуляции // Радиотехника и электроника, 2005, №1.
9. Баланов М.Ю., Парамонов А.А. Повышение помехоустойчивости передачи сигналов МНФ при исключении нежелательных фазовых траекторий// Наукоемкие технологии, 2005, т.6, №10.
10. Богаченков А.Н., Куликов Г.В., Парамонов А.А Испытания программно-математической модели демодулятора сигналов с циклически изменяющимся индексом модуляции // Научный вестник МИРЭА, 2006, №1.
11. Куликов Г.В., Черепнев А.А. Влияние характеристик линии задержки на помехоустойчивость автокорреляционного демодулятора сигналов с минимальной частотной манипуляцией // Наукоемкие технологии, 2006, № 7-8.
12. Куликов Г.В., Черепнев А.А. Помехоустойчивость оптимального когерентного демодулятора сигналов с минимальной частотной манипуляцией при использовании различных типов линий задержки.// Научный вестник МГТУ ГА, № 112, сер. «Радиофизика и радиотехника».– М.: МГТУ ГА, 2007.
13. Куликов Г.В., Черепнев А.А., Ворик С.И. Применение управляемых линий задержки на магнитостатических волнах для формирования частотномодулированных сигналов. Научный вестник МИРЭА, 2007, №1(2).
14. Куликов Г.В., Суханов П.Г. Исследование возможностей фазовой самосинхронизации демодулятора Витерби с многофазной решеткой // Научный вестник МИРЭА, 2009. №1(6).
15. Куликов Г.В., Унгер А.Ю. Фазовая синхронизация в демодуляторе Витерби сигналов с циклически изменяющимся индексом модуляции. В кн.: «Материалы 12 Междунар. НТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение». – Москва, 2010.
16. Куликов Г.В., Суханов П.Г. Исследование системы тактовой синхронизации демодулятора Витерби при приеме сигналов с минимальной частотной манипуляцией. В кн.: «Материалы 12 Междунар. НТК «Цифровая обработка сигналов и ее применение». – Москва, 2010.
17. Канатчиков А.А. Исследование возможностей построения системы тактовой синхронизации на базе автокорреляционного демодулятора для приема сигналов МЧМ // Научный вестник МГТУ ГА, № 152, сер. «Радиофизика и радиотехника».– М.: МГТУ ГА, 2010.
18. Баланов М.Ю. Помехоустойчивость приема сигнала МЧМ-ШПС на фоне прицельной гармонической помехи для двух способов введения расширяющей последовательности. // Научный вестник МГТУ ГА. – 2009. – №139.
19. Баланов М.Ю. Вероятностно-временные характеристики процесса перестройки цифрового синтезатора частоты. // Журнал радиоэлектроники. – 2008. – №5. – http://jre.cplire.ru/alt/may08/4/text.html.
20. Баланов М.Ю. Глубина слияния фазовых траекторий широкополосных сигналов с непрерывной фазой. // Научный вестник МИРЭА, 2007, №2(№3).
21. Баланов М.Ю. Энергетические характеристики дискретных широкополосных сигналов, модулированных с непрерывной фазой // В сб. тез. докл. V Международ-ной НПК «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», Санкт-Петербург, 2008.