Разработка и исследование высокоэффективных методов передачи цифровых сигналов

Направление: Исследования высокоэффективных методов передачи цифровых сигналов
Подразделение: кафедра радиосистем передачи информации
Руководитель: А.А. Парамонов, д.т.н., профессор (e-mail: paramonov@mirea.ru, тел. +7 495 434-91-92)

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.

Основные работы, опубликованные по результатам исследований:
  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 Международной НПК «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», Санкт-Петербург, 2008.
  22. Куликов Г.В., Унгер А.Ю. Фазовая синхронизация в демодуляторе Витерби сигналов с циклически изменяющимся индексом модуляции. Труды 12-й Международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение – DSPA-2010». – Москва, 2010. – с. 240 – 243.
  23. Куликов Г.В., Суханов П.Г. Исследование системы тактовой синхро-низации демодулятора Витерби при приеме сигналов с минимальной частотной манипуляцией. Труды 12-й Международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение – DSPA-2010». – Москва, 2010. – с. 244 – 248.
  24. Унгер А.Ю., Куликов Г.В. Исследование фазовой синхронизации в демодуляторе Витерби с дополнительными фазовыми состояниями. Радиотехника, Электроника и Энергетика: Шестнадцатая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3 т. Т. 1. М.: Издательский дом МЭИ, 2010. – с. 84 – 85.
  25. Куликов Г.В., 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
  26. Стариковский А.И., Сычев С.В. Алгоритм генерирования и свойства нелинейных бинарных случайных последовательностей. Радиотехника, Электроника и Энергетика: Шестнадцатая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3 т. Т. 1. М.: Издательский дом МЭИ, 2010. – с. 175-176.
  27. Куликов Г.В., Унгер А.Ю., Суханов П.Г. Фазовая и тактовая синхронизация демодулятора Витерби сигналов с непрерывной фазой// Радиотехника и электроника, 2011, т. 56, №6, с. 705-711.
  28. Суханов П.Г., Унгер А.Ю., Куликов Г.В., Парамонов А.А., Баланов М.Ю., Стариковский А.И. Устройство для демодуляции частотноманипулированных сигналов с непрерывной фазой. Патент на полезную модель №103049, приоритет от 12.11.10 г., зарег. 20.03.11 г.
  29. Черепнев А.А., Унгер А.Ю., Куликов Г.В., Парамонов А.А., Баланов М.Ю., Стариковский А.И. Формирователь сигналов с частотной модуляцией. Патент на полезную модель №107429, приоритет от 26.11.10 г., зарег. 10.08.11 г.
  30. Федоров В.Б., Стариковский А.И., Парамонов А.А., Куликов Г.В. Библиотека функций для системы MATLAB для расчета параметров нелинейного генератора псевдослучайных последовательностей и генерации таких последовательностей. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012611440
  31. Парамонов А.А., Пак А.А. Моделирование системы передачи цифровой информации с применением технологий распараллеливания вычислений// "Состояние, проблемы и перспективы создания корабельных информационно-управляющих комплексов": Тезисы докладов. - М.: ОАО "Концерн "Моринформсистема - Агат", 2011, с.103-107
  32. Баланов М.Ю., Клоков С.С. Анализ распределения ресурсов и быстродействия программируемой логической интегральной схемы при разработке модулятора с двоичной фазовой манипуляцией. // Труды 60-й науч.-техн. конф. МИРЭА: Сб. научн. тр. – Ч.3. Технические науки. – 2011. – М.: МИРЭА. – с. 108-114.2.
  33. Balanov M., Mamedova O., Optimization some characteristics ofcontinuous phase spread spectrum signal // Design & Test Symposium (EWDTS), 2011 9th East-West 9-12 Sept. 2011, pp. 203 - 206.
  34. Баланов М.Ю. Энергетические характеристики широкополосных сигналов модулированных непрерывной фазой. // Электронный журнал «Исследовано в России», 067 - С. 792-803
Система Orphus