Влияние качества функционирования устройства автоматической регулировки усиления на помехоустойчивость приёма сигналов цифровых линий связи и коррекция межсимвольных искажений

Целью исследования  является теоретическая оценка потенциальной помехоустойчивости приёма сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией в цифровых линиях связи при условии неидеальности параметров устройства автоматической регулировки усиления. 
Методы исследования опираются на теорию потенциальной помехоустойчивости многопозиционных цифровых сигналов, основы квазиоптимального приёма, методы математического моделирования сигналов. Допущено предположение, что синтезатор колебаний гетеродинов устройств восстановления несущей и тактовой синхронизации в радиоприёмной системе функционирует идеально, т. е. фазы выходного колебания синтезатора колебаний гетеродина и выходного колебания устройства восстановления несущей равны нулю, отсутствует нестабильность периода следования тактовых импульсов, а частотная характеристика канала соответствует условию Найквиста. 
Результаты. Разработаны комплексные аналитические модели, позволяющие оценить потенциальную помехоустойчивость приёма многопозиционных КАМ-сигналов с учётом влияния факторов статической и динамической ошибок функционирования устройства автоматической регулировки усиления. Показано, что требования к точности установки уровня сигнала на входе решающего устройства радиоприёмной системы ужесточаются с увеличением кратности модуляции. Так, результаты математического моделирования показали, что для видов модуляции КАМ-16, КАМ-64, КАМ-256 и КАМ-1024 статическая ошибка установки уровня сигнала на входе устройства принятия решения должна составлять не более 0,27, 0,12, 0,054 и 0,027 дБ соответственно. Указанные значения, как показали проведенные расчеты и полученные теоретические зависимости, позволяют получить приемлемые значения уровня эквивалентных энергетических потерь, который не превышает 0,3 дБ. 
Заключение. Показано, что разработка и проектирование адаптивных корректоров межсимвольных искажений являются весьма актуальными направлениями повышения помехоустойчивости радиоприёмных систем, позволяющих компенсировать неидеальность характеристик различных структурно-функциональных элементов демодуляторов многопозиционных цифровых сигналов, в том числе и устройства автоматической регулировки усиления. В корректорах демодуляторов сложных сигналов наиболее целесообразно применение критерия минимума среднего квадрата ошибки. Наименьший уровень квадрата ошибки в диапазоне низких отношений сигнал / шум обеспечивает алгоритм, являющийся комбинацией модифицированного старт-стопного алгоритма и двухрежимного алгоритма с постоянным модулем. 

1. Макаров С. Б., Завьялов С. В., Овсянникова А. С. Оптимизация формы сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией с использованием критерия заданной скорости спада уровня внеполосных излучений // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2022. Т. 25, № 4. С. 6–22. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2022-25-4-6-22

2. Ершов И. А., Данишевский Н. С. Методика расчета системы автоматической регулировки усиления в усилителях приёмных устройств // Computing, Telecommunications and Control. 2022. Т. 15, № 3. С. 22–37. https://doi.org/10.18721/JCSTCS.15302

3. Алёшинцев А. В. Оптимизация структуры многочастотного модема // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2021. Т. 15, № 6. С. 10–19.

4. Белов А. Д., Полушин П. А. Методы «мягкой» и «жесткой» коррекции для борьбы с межсимвольными искажениями цифровых сигналов // Проектирование и технология электронных средств. 2020. № 1. С. 33–37.

5. Полушин П. А., Архипов Н. А., Шалина В. В. Эффективность «физической» и «логической» коррекции межсимвольных искажений цифровых сигналов // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2023. № 2(50). С. 21–28. https://doi.org/10.24412/2221-2574-2023-2-21-28

6. Лобов Е. М., Алаа А. Обзор существующих методов коррекции межсимвольных искажений радиосигналов в цифровых системах связи с использованием машинного обучения // Телекоммуникации и информационные технологии. 2023. Т. 10, № 1. С. 109–119.

7. Полушин П. А., Архипов Н. А., Шалина В. В. Модификация метода кодирования при борьбе с межсимвольными искажениями цифровых сигналов с модуляцией QPSK // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2023. № 1(49). С. 33–40. https://doi.org/10.24412/2221-2574-2023-1-33-40

8. Шарамет А. В., Азаров И. С. Особенности работы приемного тракта в многоканальной радиолокационной станции с временной автоматической регулировкой усиления // Цифровая обработка сигналов. 2023. № 3. С. 47–51.

9. Довбня В. Г., Коптев Д. С. Влияние качества функционирования гетеродинов на помехоустойчивость приема сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией // Радиотехника. 2020. Т. 84, № 9(17). С. 40–48. https://doi.org/10.18127/j00338486-202009(17)-03

10. Довбня В. Г., Коптев Д. С. Основные направления повышения помехозащищенности радиоприёмных систем на основе пространственно-временной обработки сложных сигналов в антенном устройстве // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2020. Т. 10, № 1. С. 36–50.

11. Evaluation of the value of equivalent energy losses due to the quality of frequency synthesis functioning in digital communication systems with quasi-coherent reception of signals with quadrature amplitude keypad / V. G. Dovbnya, D. S. Koptev, L. R. Herman Floresmilo, G. I. Podkhaldin // T-Comm. 2023. Vol. 17, N 5. P. 58–63. https://doi.org/10.36724/2072-8735-2023-17-5-58-63

12. Бобровский В. И., Латыпова С. С. Модификация сигнальной конструкции с тридцати двух позиционной квадратурной амплитудной манипуляцией // Техника средств связи. 2018. № 4(144). С. 36–47.

13. Оценка помехоустойчивости беспроводных цифровых систем связи при воздействии помех по побочным каналам приема / В. Г. Довбня, А. А. Гуламов, И. Г. Бабанин, Д. С. Коптев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2018. Т. 8, № 3(28). С. 35–40.

14. Расчет вероятности ошибки в канале с общими κ-μ-замираниями и аддитивным белым гауссовским шумом / Н. В. Савищенко, А. Исса, А. С. Ишимов, Е. А. Попов // Радиотехника. 2023. Т. 87, № 3. С. 109–121. https://doi.org/10.18127/j00338486-202303-11

15. Санников В. Г., Волчков В. П. Повышение помехоустойчивости модема с оптимальными финитными сигналами, не вызывающими межсимвольную интерференцию в линейном канале связи // Телекоммуникации и информационные технологии. 2019. Т. 6, № 2. С. 19–28.

16. Аджемов А. С., Кудряшова А. Ю. Исследование минимизации вероятности ошибок, возникающих при четырехкратных методах дискретной модуляции // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. 2022. № 4. С. 31–33.

17. Дегтярев А. Н., Конева С. А. Минимизация вероятности ошибки при взвешенном приеме сообщения с двухпозиционной импульсно-кодовой манипуляцией в условиях межсимвольной интерференции // Журнал радиоэлектроники. 2024. № 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.6.1

18. Флаксман А. Г., Сорокин И. С., Кокарев А. О. Минимизация вероятности ошибки на бит в многоэтапной релейной MIMO-системе // Труды учебных заведений связи. 2020. Т. 6, № 4. С. 36–44. https://doi.org/10.31854/1813-324X-2020-6-4-36-44

19. Кудрявцев А. А., Шестаков О. В. Асимптотическое поведение функции потерь в методе мультипликативного масштабирования вейвлет-коэффициентов функции сигнала // Вестник Московского университета. Серия 15: Вычислительная математика и кибернетика. 2017. № 1. С. 16–9.

20. Анализ методов борьбы с межсимвольными искажениями в цифровых тропосферных линиях связи / А. И. Жирнов, Е. В. Орлов, В. Е. Егрушев [и др.] // Инновации. Наука. Образование. 2021. № 42. С. 874–879.

21. Особенности реализации демодулятора блочных сигналов с квадратурно-амплитудной модуляцией / О. И. Атакищев, К. Ю. Рюмшин, А. А. Амеленков, А. П. Журавлев // Известия Института инженерной физики. 2021. № 4(62). С. 16–19.

22. Система алгоритмов цифровой обработки сигнала для когерентной оптической связи / Т. О. Базаров, М. А. Сенько, Л. А. Самоделкин [и др.] // Журнал технической физики. 2024. Т. 94, № 6. С. 894–912. https://doi.org/10.61011/JTF.2024.06.58131.3-24

23. Принципы формирования сигналов с ортогональным частотным мультиплексированием / Р. И. Кочубей, М. М. Бычковский, Н. Н. Зайкин [и др.] // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. № 1. С. 134–141. https://doi.org/10.24412/2071-6168-2024-1-134-135