аспирант кафедры радиотехники Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры радиотехники Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им проф. М.А. Бонч-Бруевича
Обеспечение помехоустойчивости радиотехнических систем, работающих в жестких энергетических и спектральных рамках, представляет собой актуальную научно-техническую задачу, особенно в присутствии импульсных помех с негауссовским распределением. В данной работе рассматривается применение сигнально-кодовых конструкций на основе решетчато-кодовой модуляции в качестве эффективного решения для повышения помехоустойчивости без расширения полосы пропускания.
Целью исследования является комплексная оценка влияния статистических параметров каналов, описываемых моделями Бернулли – Гаусса и Миддлтона класса А, на вероятность битовой ошибки системы, а также установление аналитической взаимосвязи между данными моделями в различных режимах функционирования.
Методология работы базируется на теоретическом анализе с использованием аппарата математической статистики и верификации результатов посредством имитационного моделирования в среде MATLAB.
Научная новизна заключается в проведении обобщенного анализа стабильности системы решетчато-кодовой модуляции при широкой вариации параметров помех и, в частности, в разработке методики определения границ применимости моделей. Предложенный подход позволяет обоснованно переходить от вычислительно сложной модели Миддлтона к более простым аппроксимациям (Бернулли – Гаусса или Гаусса), что обеспечивает упрощение математического описания системы при сохранении требуемой достоверности результатов.
Результаты моделирования демонстрируют, что увеличение отношения мощностей гауссовской и импульсной компонент закономерно повышает помехоустойчивость системы для обоих типов модуляции: 8-позиционной фазовой манипуляции и 16-позиционной квадратурной амплитудной модуляции. В части верификации границ эквивалентности моделей установлено, что аппроксимация моделью Бернулли – Гаусса допустима при значении импульсного индекса для обоих типов модуляции. В то же время сходимость к гауссовской модели достигается при различных пороговых значениях: для 8-позиционной фазовой манипуляции и для 16-позиционной квадратурной амплитудной модуляции, что обусловлено различием в плотности сигнальных созвездий.
Ensuring the noise immunity of radio engineering systems operating under severe power and spectral constraints constitutes a pressing scientific and technical problem, particularly in the presence of impulsive noise with a non-Gaussian distribution. This paper considers the application of signal-code constructions based on Trellis Coded Modulation as an effective solution for enhancing noise immunity without bandwidth expansion.
The objective of this research is a comprehensive evaluation of the impact of statistical parameters of channels described by Bernoulli – Gaussian and Middleton Class A models on the system's Bit Error Rate, as well as the establishment of an analytical relationship between these models across various operating regimes.
The research methodology is based on theoretical analysis utilizing the apparatus of mathematical statistics, with result verification performed via simulation in the MATLAB environment.
The scientific novelty lies in conducting a generalized stability analysis of the Trellis Coded Modulation system under a wide variation of noise parameters and, specifically, in the development of a methodology for determining model equivalence boundaries. The proposed approach enables a justifiable transition from the computationally complex Middleton model to simpler approximations (Bernoulli – Gaussian or Gaussian), thereby ensuring the simplification of the system's mathematical description while maintaining the required accuracy of the results.
Simulation results demonstrate that increasing the power ratio between the Gaussian and impulsive components consistently improves the system's noise immunity for both modulation types: 8-Phase Shift Keying and 16-Quadrature Amplitude Modulation. Regarding the verification of model equivalence boundaries, it has been established that approximation by the Bernoulli – Gaussian model is valid at an impulsive index value of for both for both modulation types. At the same time, convergence to the Gaussian model is achieved at different threshold values: for 8-Phase Shift Keying and for 16-Quadrature Amplitude Modulation, which is attributed to the difference in signal constellation density.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.