Исследование помехоустойчивости сигнально-кодовых конструкций на основе решетчато-кодовой модуляции в условиях воздействия импульсных помех

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.

1. Сомов А.М., Корнев С.Ф. Спутниковые системы связи. М.: Горячая линия – Телеком, 2012. 244 c.

2. Липкович Э.Б. Системы и устройства спутникового мультимедийного вещания и интерактивной связи. Минск: БГУИР, 2020. 308 с.

3. Маслаков П.А., Александров И.С., Хаиров Т.А. Модель канала спутниковой связи в условиях непреднамерен-ных импульсных // Научно-техническая конференция Санкт-Петербургского НТО РЭС им. А.С. Попова, посвященная Дню радио. 2024. № 1(79). С. 129–130. EDN:EUZXNA

4. Варгаузин В.А., Цикин И.А. Методы повышения энергетической и спектральной эффективности цифровой радиосвязи. СПб.: БХВ-Петербург, 2013. 352 с.

5. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Пер. с англ. М.: ИД «Вильямс», 2003. 1104 с.

6. Ву Т.З., Глушанков Е.И., Фам К.К. Исследование энергетической эффективности сигнально-кодовых конструкций на основе каскадных и турбокодов для перспективных радиотехнических систем // Информационные технологии и телекоммуникации. 2025. Т. 13. № 2. С. 69–81. DOI:10.31854/2307-1303-2025-13-2-69-81. EDN:OLWQTV

7. Çürük S.M. Impulsive noise models used in power line communications // Balkan Journal of Electrical and Computer Engineering. 2019. Vol. 7. Iss. 2. PP 115–122. DOI:10.17694/bajece.457393

8. Middleton D. Statistical-Physical Models of Electromagnetic Interference // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 1997. Vol. EMC-19. Iss. 3. PP. 106–127. DOI:10.1109/TEMC.1977.303527

9. Alam M.S., Selim B., Kaddoum G. Analysis and Comparison of Several Mitigation Techniques for Middleton Class-A Noise // Proceedings of the Latin-American Conference on Communications (LATINCOM, Salvador, Brazil, 11–13 November 2019). IEEE, 2019. PP. 1–6. DOI:10.1109/LATINCOM48065.2019.8938020

10. Shongwe T., Vinck A.H., Ferreira H.C. A Study on Impulse Noise and Its Models // SAIEE Africa Research Journal. 2015. Vol. 106. Iss. 3. PP. 119–131. DOI:10.23919/SAIEE.2015.8531938

11. Cortés J.A., Sanz A., Estopinán P., García J.I. On the suitability of the Middleton class A noise model for narrowband PLC // Proceedings of the International Symposium on Power Line Communications and its Applications (ISPLC, Bottrop, Germany, 20–23 March 2016). IEEE, 2016. PP. 58–63. DOI:10.1109/ISPLC.2016.7476256

12. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М.: Наука, 1988. 448 с.

13. Finamore W.A., da Silva Pinho M., Sharma M., Ribeiro M.V. Modeling noise as a Bernoulli-Gaussian process // Journal of Communication and Information Systems. 2023. Vol. 38. Iss. 1. PP. 174–186. DOI:10.14209/jcis.2023.20

14. Herath S.P., Tran N.H., Le-Ngoc T. On optimal input distribution and capacity limit of Bernoulli-Gaussian impulsive noise channels // Proceedings of the International Conference on Communications (ICC, Ottawa, Canada, 10–15 June 2012). IEEE, 2012. PP. 3429–3433. DOI:10.1109/ICC.2012.6364379

15. Karakuş O., Kuruoğlu E.E., Altınkaya M.A. Modelling impulsive noise in indoor powerline communication systems // Signal, Image and Video Processing. 2020. Vol. 14(8). PP. 1655–1661. DOI:10.1007/s11760-020-01708-1