Empirical Approach to the Estimating the Immunity of Phase Modulation Signals with Continuous Phase

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The high spectral efficiency of signals with continuous phase modulation (CPM) has determined their popularity and active use in various radio engineering projects. The uniqueness of the properties of CPM signals is associated with the preservation of the continuity of their phase when changing information messages for the duration of a symbol. At the same time, until recently, of the entire wide class of signals with continuous phase modulation, the most widespread were various variations, the so-called Minimum Shift Keying (MSK) signals. However, these are far from the only representatives of the class of CPM signals with the property of high spectral compactness. This article examines no less interesting signals of this class, formed by means of Dual Phase Modulation (DPM). In particular, analytical expressions of their synthesis are presented, their belonging to the class of CPM signals is substantiated. In addition, the article investigates the temporal properties of the phase function recommended by ITU-R SM.328-11 for the synthesis of signals with continuous phase modulation, presents the time and frequency fragments of MSK signals in comparison with signals with Binary Phase Shift Keying (BPSK). The stages of the analytical derivation of the model of noise immunity of PCM signals in terms of the probability of a bit error based on an empirical approach are presented. The generality of the obtained model with the known expression for MSK signals is shown by studying the difference function of the approximation error (error of the order of 10-3), which made it possible to obtain a more compact representation of the developed model in relation to DPM signals. It has been proven that DPM signals have higher noise immunity properties in relation to MSK signals (about 0.5 dB at an error level of 10-5), using the results of studying the difference functions determined by the difference between the signal symbols corresponding to the information values "1" and "0". The directions of further research are determined.

About the authors

S. V Dvornikov

State University of Aerospace Instrumentation (SUAI)

Email: practicdsv@yandex.ru
Bolshaya Morskaya str. 67

S. S Dvornikov

Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union SM Budennogo

Email: dvornik.92@mail.ru
Tikhoretskiy pr. 3

References

  1. Osborne W., Luntz M. Coherent and Noncoherent Detection CPFSK // IEEE Transactions on Communications. 1974. vol. 22(8). pp. 1023–1036.
  2. Schonhoff T. Symbol Error Probabilities for m-ary CPFSK: Coherent and Noncoher-ent Detection // IEEE Transactions on Communications. 1976. vol. 24(6). pp. 644–652.
  3. Аладинский В.А. и др. Патент на изобретение RU 2261476 C1, 27.09.2005. Способ распознавания радиосигналов.
  4. Aulin T., Rydbeck N., Sundberg C.E. Continuous Phase Modulation--Part II: Partial Response Signaling // IEEE Transactions on Communications. 1981. vol. 29(3). pp. 210–225.
  5. Miyakawa H., Harashima H., Tatsui N., Tanaka Y. Digital Phase-Modulation Scheme Using Phase-Continuous Waveform // Electronics and Communications in Japan (English translation of Denshi Tsushin Gakkai Zasshi). 1975. vol. 58(12). pp. 35–42.
  6. Zhou L., Martin P.A., Taylor D.P., Horn C. MLSE diversity receiver for partial response CPM // 12th IEEE International Conference on Communication Systems 2010. 2010. pp. 501–505.
  7. Qi J. et al. Research on an optimization method for a partially responsive continuous phase modulated (CPM) signal based on an optimal generic function // Symmetry. 2019. vol. 11. no. 9. pp. 1114.
  8. Zourob M. Detection, Receivers, and Performance of CPFSK and CPCK" // Electronic Thesis and Dissertation Repository. 2013. 1179 p.
  9. Рекомендация МСЭ-R SM.328-11. Спектры и ширина полосы излучений (Вопрос МСЭ-R 222/1).
  10. Кузьмин Е.В., Зограф Ф.Г. Параметризованная модель квадратурного модулятора MSK-сигнала в OrCAD // Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона». 2016. № 1. C. 2007–2016.
  11. Zhai W., Li Z., Si J., Bai J. Performance analysis of a joint estimator for timing, frequency, and phase with continuous-phase modulation // IET Communications. 2016. vol. 10. no. 3. pp. 263–271.
  12. Pan X., Liu C., Zhu J. Phase retrieval with extended field of view based on continuous phase modulation // Ultramicroscopy. 2019. vol. 204. pp. 10–17.
  13. Rhyou C., Park S., Lee H. Optimal rate for continuous phase modulation in standing surface acoustic waves // Journal of Mechanical Science and Technology. 2019. vol. 33. no. 8. pp. 3819–3829.
  14. Дворников С.С., Дворников С.В. Формирование сигналов с непрерывной фазой для передачи дискретной информации // Информационные технологии. 2016. Т. 22. № 6. С. 435–440.
  15. Абакумов А.Н., Еремеев И.Ю., Кадуков Е.П. Модель радиосигналов с модуляцией с непрерывным изменением фазы зарубежных спутниковых систем связи в пространстве параметров фазовых диаграмм // Труды Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского. 2019. № 671. С. 71–79.
  16. Дворников С.В., Дворников С.С., Манаенко С.С., Пшеничников А.В. Спектрально-эффективные сигналы с непрерывной фазой // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2016. Т. 12. № 2. С. 87–93.
  17. Тамбовский С.С. Применение сигналов семейства СРМ для организации связи с БПЛА // DSPA: Вопросы применения цифровой обработки сигналов. 2016. Т. 6. № 1. С. 82–84.
  18. Дворников С.С. Обоснование параметров фазамодулированных сигналов для высокоскоростных систем передачи информации // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2016. № 3. С. 43–48.
  19. Дворников С.С. Спектрально-эффективные формы сигналов с непрерывной фазой для передачи дискретной информации // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2016. № 1. С. 86–93.
  20. Султанов А.Х. и др. Методика определения оптимального коэффициента скругления спектра в беспроводных цифровых системах связи для устранения межсимвольной интерференции // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2013. Т. 9. № 2. С. 96–101.
  21. Yuan R., Cheng J. Free-Space Optical Quantum BPSK Communications in Turbulent Channels // 2018 IEEE Globecom Workshops (GC Wkshps). 2018. pp. 1–6.
  22. Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости // М.: Государственное энергетическое изд-во. 1956. 152 с.
  23. Вентцель Е.С. Теория вероятностей // М.: Академия. 2005. 576 с.
  24. Дворников С.В. и др. Теоретическое обоснование синтеза ансамбля биортогональных сигналов с повышенной помехоустойчивостью // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2015. № 5. С. 16–20.
  25. Yang G. et al. CPFSK signal detection in white and bursty impulsive noises // IEEE Access. 2019. vol. 7. pp. 74029–74039.
  26. Нахмансон Г.С., Маснев И.Н. Прием модифицированного фазоманипулированного широкополосного сигнала корреляционным приемником с входным полосовым фильтром // Телекоммуникации. 2020. № 7. С. 17–23.
  27. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники // М.: Радио и связь. 1989. 653 с.
  28. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение // М.: Вильямc. 2003. 1104 с.
  29. Osypchuk S., Moshynska A., Pieshkin A., Shmihel B. The effect of the features of signal-code constructions forming on indicators of functionality and reliability of communication systems based on the 802.11 N/AC standards // Sciences of Europe. 2018. vol. 26-2 (26). pp. 38–47.
  30. Дворников С.В., Сауков А.М. Модификация частотно-временных описаний нестационарных процессов на основе показательных и степенных функций // Научное приборостроение. 2004. Т. 14. № 3. С. 76–85.
  31. Афанасьев В.В., Логинов С.С. Негармонический спектральный анализ MULTISCROLL СИСТЕМ с динамическим хаосом // Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов. 2019. Т. 10. № 3. С. 4–7.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».