Метод виявлення OFDM сигналiв в умовах частотно-селективних завмирань на основi аналiзу згладженого спектра

Autor: Buhaiov, M. V.
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Popis: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) technology has become widespread in civil and military radio systems, especially in channels with frequency selective fading. Due to the large number of OFDM signal schemes, an urgent task for modern radio monitoring systems is development of methods and algorithms for detecting such signals that will be stable in the uncertainty of OFDM signal structure and electromagnetic environment. At the stage of detection, the characteristic feature of OFDM signal is presence of frequency channels in its spectrum envelope. In this research, an algorithm for detecting an OFDM signal in the frequency domain and for estimating the number of frequency channels and duration of the interval of orthogonality was developed. To make a decision whether signal is present in realization of the normalized to the energy spectrum, its variation was used. This approach avoids estimating noise power. In case of signal samples detecting spectrum is double-smoothed using moving average. This provides better smoothing than with a single long window. Thereafter, double thresholding is performed. The second threshold is calculated using samples that have not exceeded the first threshold. Samples that have exceeded the second threshold are considered signal. Next, a search is made for occupied frequencies with a given bandwidth. The samples located in this band are re-smoothed and give spectrum trend, which is used as a threshold to determine the boundaries of frequency channels. OFDM signal is considered detected if equidistant frequency channels were found. After that, duration of the interval of orthogonality is calculated. The proposed method requires a slight complication of the spectral analysis procedure based on the fast Fourier transform. Proposed method can be used for improving broadband radio monitoring systems and provide practically simultaneously implementation procedure of OFDM signal detection-recognition. На даний час в радiосистемах цивiльного та вiйськового призначення широкого поширення набуло використання технологiї OFDM, особливо при роботi в каналах iз частотно-селективними завмираннями. Через значну кiлькiсть схем побудови OFDM сигналiв актуальним завданням для сучасних систем радiомонiторингу є розроблення методiв та алгоритмiв виявлення таких сигналiв, якi будуть стiйкими щодо невизначеностi структури OFDM сигналу та електромагнiтної обстановки. На етапi виявлення характерною ознакою OFDM сигналу обрано наявнiсть частотних каналiв в згинаючiй його спектра. Розроблено алгоритм виявлення OFDM сигналу в частотнiй областi, а також оцiнюваннi кiлькостi частотних каналiв i тривалостi iнтервалу ортогональностi. Для прийняття рiшення про наявнiсть сигнальних вiдлiкiв у розрахованiй реалiзацiї нормованого до енергiї спектра використано його варiацiю. Такий пiдхiд дозволяє уникнути оцiнювання потужностi шуму. У разi виявлення частотних вiдлiкiв проводиться подвiйне згладжування спектра за допомогою ковзаючого середнього. Це забезпечує краще згладжування нiж за допомогою одного вiкна великої довжини. Пiсля цього проводиться подвiйна порогова обробка. Другий порiг розраховується iз використанням вiдлiкiв, що не перевищили перший порiг. Вiдлiки, що перевищили другий порiг вважаються сигнальними. Далi проводиться пошук зайнятих дiлянок частот iз заданою шириною смуги. Вiдлiки, що знаходяться у цiй смузi ще раз згладжуються, що дозволяє отримати тренд спектра, який використовується як порiг для визначення меж частотних каналiв. OFDM сигнал вважається виявленим, якщо було знайдено еквiдистантнi частотнi канали. Пiсля цього розраховується тривалiсть iнтервалу ортогональностi. Запропонований метод потребує незначного ускладнення процедури спектрального аналiзу на основi швидкого перетворення Фур’є. Метод може бути використаний для пiдвищення ефективностi роботи широкосмугових систем радiомонiторингу, а саме практично одночасної реалiзацiї функцiї виявлення-розпiзнавання OFDM сигналу. В настоящее время в радиосистемах гражданского и военного назначения широкое распространение получило использование технологии OFDM, особенно при работе в каналах с частотно-селективными замираниями. Из-за большого количества схем построения OFDM сигналов актуальной задачей для современных систем радиомониторинга является разработка методов и алгоритмов обнаружения таких сигналов, устойчивых относительно неопределенности структуры OFDM сигнала и электромагнитной обстановки. На этапе обнаружения характерным признаком OFDM сигнала выбрано наличие частотных каналов в огибающей его спектра. Разработан алгоритм обнаружения OFDM сигнала в частотной области, а также оценки количества частотных каналов и длительности интервала ортогональности. Для принятия решения о наличии сигнальных отсчетов в рассчитанной реализации нормированного к энергии спектра использовано его вариацию. Такой подход позволяет избежать оценки мощности шума. В случае обнаружения частотных отсчетов проводится двойное сглаживание спектра с помощью скользящего среднего. Это обеспечивает лучшее сглаживание чем с помощью одного окна большой длины. После этого выполняется двойная пороговая обработка. Второй порог рассчитывается с использованием отсчетов, которые не превысили первый порог. Отсчеты, превысившие второй порог, считаются сигнальными. Далее производится поиск занятых участков частот с заданной шириной полосы. Отсчеты, находящиеся в этой полосе повторно сглаживаются, что позволяет получить тренд спектра, который используется как порог для определения границ частотных каналов. OFDM сигнал считается обнаруженным, если были найдены эквидистантные частотные каналы. После этого рассчитывается длительность интервала ортогональности. Предложенный метод требует незначительного усложнения процедуры спектрального анализа на основе быстрого преобразования Фурье. Метод может быть использован для повышения эффективности работы широкополосных систем радиомониторинга, а именно практически одновременной реализации функции обнаружения-распознавания OFDM сигнала.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: