Iтеративний метод оцiнювання рiвня шуму при невiдомiй зайнятостi смуги частот аналiзу

Autor: Buhaiov, M. V.
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2022
Předmět:
Popis: Noise power estimating is the core of modern radio monitoring systems for solving tasks of spectrum occupancy calculation, detecting and estimating signal parameters. The growth of electronic devices number leads to an increase in overall noise level and its fast fluctuations. These devices often emit pulses or separate carriers. Since radio monitoring equipment must operate under these conditions, it may not be possible to exclude these components from radio noise measurements. It was shown that in some cases an increase in the noise power by 20% of the expected value leads to an increase in the false alarm rate by an order. The aim of this work is to develop and explore an iterative method for estimating the noise power with an unknown occupancy of the analysis frequency band, which will have low computational complexity and estimates independent of spectrum occupancy. The essence of the proposed method consists in two-threshold division of frequency samples into signal and noise by a statistical criterion using the coefficient of variation of spectral estimates. Thresholds are selected for a given false alarm rate. When threshold value of the coefficient of variation is exceeded, it is considered that there are occupied frequency channels in the spectrum, and each frequency sample is compared with the second threshold. Those samples that have exceeded the threshold are considered signal, and the rest – noise. The described procedure is then repeated for noise samples until all signal samples have been discarded. Also was developed method for calculating the noise power in time domain using the obtained noise power in frequency domain. Algorithm evaluation has shown that it remains robust for spectrum occupancy up to 60%. In this case, the relative error in estimating the noise power does not exceed 5%, and the average number of iterations of the algorithm grows with increasing occupancy and does not exceed 10. Оцiнювання потужностi шуму є ключовим елементом сучасних систем радiомонiторингу для вирiшення завдань визначення зайнятостi смуги частот, виявлення i оцiнювання параметрiв сигналiв. Зростання кiлькостi радiоелектронних пристроїв призводить до зростання загального рiвня шуму i його рiзких коливань. Цi пристрої часто випромiнюють iмпульси або окремi несучi. Оскiльки обладнання радiомонiторингу має працювати в таких умовах, виключити цi складовi з вимiрювань радiошуму може виявитися неможливим. У роботi показано, що в деяких випадках збiльшення рiвня шуму вiд очiкуваного на 20% призводить до зростання ймовiрностi хибної тривоги на порядок. Метою роботи є розроблення та дослiдження iтеративного методу оцiнювання рiвня шуму при невiдомiй зайнятостi смуги частот аналiзу, що матиме невисоку обчислювальну складнiсть та незалежнi вiд завантаженостi оцiнки. Сутнiсть запропонованого методу полягає в двопороговому роздiленнi частотних вiдлiкiв на сигнальнi та шумовi за статистичним критерiєм iз використанням коефiцiєнта варiацiї спектральних оцiнок. Пороги обираються для заданої ймовiрностi хибної тривоги. У разi перевищення порогового значення коефiцiєнта варiацiї вважається, що у спектрi є зайнятi частотнi канали i кожен частотний вiдлiк порiвнюється з другим порогом. Тi вiдлiки, що перевищили порiг вважаються сигнальними, а решта – шумовими. Пiсля цього описана процедура повторюється для шумових вiдлiкiв до тих пiр, доки не буде вiдкинуто усi сигнальнi вiдлiки. Розроблено методику розрахунку середньоквадратичного вiдхилення шуму в часовiй областi iз використанням отриманого рiвня шуму в частотнiй областi. Дослiдження алгоритму показали, що вiн залишається стiйким для завантаженостi смуги частот аналiзу до 60%. При цьому вiдносна помилка оцiнювання рiвня шуму не перевищує 5%, а середня кiлькiсть iтерацiй алгоритму зростає зi збiльшенням завантаженостi i складає не бiльше 10. Оценка мощности шума является ключевым элементом современных систем радиомониторинга для решения задач определения занятости полосы частот, обнаружения и оценки параметров сигналов. Рост количества радиоэлектронных устройств ведет к росту общего уровня шума и его резким колебаниям. Эти устройства часто излучают импульсы или отдельные несущие. Поскольку оборудование радиомониторинга должно работать в таких условиях, исключить эти составляющие из измерений радиошума может оказаться невозможным. В работе показано, что в некоторых случаях увеличение уровня шума на 20% от ожидаемого ведет к возрастанию вероятности ложной тревоги на порядок. Целью работы является разработка и исследование итеративного метода оценки уровня шума при неизвестной занятости полосы частот анализа, что будет иметь невысокую вычислительную сложность и независимые от загруженности оценки. Сущность предлагаемого метода состоит в двухпороговом разделении частотных отсчетов на сигнальные и шумовые по статистическому критерию с использованием коэффициента вариации спектральных оценок. Пороги выбираются для заданной вероятности ошибочной тревоги. При превышении порогового значения коэффициента вариации считается, что в спектре имеются занятые частотные каналы, и каждый частотный отсчет сравнивается со вторым порогом. Те отсчеты, что превысили порог, считаются сигнальными, а остальные – шумовыми. После этого описанная процедура повторяется для шумовых отсчетов до тех пор, пока не будут отброшены все сигнальные отсчеты. Разработана методика расчета среднеквадратического отклонения шума во временной области с использованием полученного уровня шума в частотной области. Исследования алгоритма показали, что он остается устойчивым для загруженности полосы частот анализа до 60%. При этом относительная ошибка оценки уровня шума не превышает 5%, а среднее количество итераций алгоритма растет с увеличением загруженности и составляет не более 10.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: