The formation method of complex signals ensembles by frequency filtration of pseudo-random sequences with low interaction in the time domain

Abstract

EN: Context. The problem of forming complex signal ensembles on the basis of frequency band filtering and research of their properties is considered. The object of research is the process of synthesis of signal ensembles based on frequency filtering of pseudo-random sequences of short video pulses with low interaction in the time domain. Objective. It is to form complex signal ensembles with satisfactory values of intercorrelation properties, which are close to the signals with minimal energy interaction. Method. The results of the application of forming complex signal ensembles method by frequency filtering of pseudo-random sequences with low interaction in the time domain are presented. As a result of the spectral band selection of the studied pseudo-random short video pulse sequences due to the use of bandpass filters based on the Chebyshev filter of the first kind, new samples of sequences with spectrum restriction are obtained. By applying intercorrelation analysis to the obtained sequence samples, the values of the maximum emissions of the side lobes of the cross-correlation functions (CCF) for all possible signal pairs are estimated. If the values of the maximum emissions of the side lobes of the CCF signals exceed the limit values, the sequence of the analyzed pair with a smaller value of the number of pulses is removed from the ensemble. In case of satisfactory value – the received signals are accepted for the signal ensemble formation with the minimum power interaction. Thus, a new set of values of the maximum emissions of the side lobes of the CCF is formed. This approach increases the number of signals in ensembles with satisfactory values of statistical characteristics with limited signal spectrum width, and the correlation properties of such sequences approach the signals with minimal energy interaction, which reduces the level of multiple access interference. As a result, complex signal ensembles obtained by frequency filtering should be used in cognitive radio systems with code division multiplexing. Results. Based on the software implementation of the method of forming complex signal ensembles by frequency filtering of pseudo-random sequences with low interaction in the time domain, signals with satisfactory values of statistical characteristics with limited signal spectrum width with intercorrelation properties close to signals with minimal energy interaction and higher ensemble volume were selected. Conclusions. The application of frequency filtering to pseudo-random sequences of short video pulses with a low level of cross-correlation allows to obtain complex signal ensembles, which will be similar in correlation properties to sequences with minimal energy interaction. It will reduce the level of multiple access interference. The analysis revealed that the use of frequency filtering of sequences will slightly worsen the mutual correlation properties of signals, possibly due to suboptimal synthesis of values of maximum emission levels of side lobes of CCF signals, but, nevertheless, it is possible to use such signals in modern cognitive systems radio access multiple access with code division multiplexing. UK: Актуальність. Розглянуто задачу формування ансамблів складних сигналів на основі фільтрацій смуг частот та дослідження їх властивостей. Об’єктом дослідження є процес синтезу ансамблів сигналів на основі частотної фільтрації псевдовипадкових послідовностей коротких відеоімпульсів з низькою взаємодією у часовій області. Мета роботи. Формування ансамблів складних сигналів із задовільними значеннями взаємокореляційних властивостей, які наближаються до сигналів з мінімальною енергетичною взаємодією. Метод. Наведено результати застосування методу формування ансамблів складних сигналів шляхом частотної фільтрації псевдовипадкових послідовностей з низькою взаємодією у часовій області. У результаті виділення смуг спектру досліджуваних псевдовипадкових послідовностей коротких відеоімпульсів за рахунок використання смугових фільтрів, побудованих на основі фільтра Чебишева першого роду, отримують нові вибірки послідовностей з обмеженням по спектру. Шляхом застосування взаємокореляційного аналізу до отриманих вибірок послідовностей здійснюють оцінку значень максимальних викидів бокових пелюсток функцій взаємної кореляції (ФВК) для усіх можливих пар сигналів. Якщо значення максимальних викидів бічних пелюсток ФВК сигналів перевищують граничні значення, то послідовність пари, що аналізується, з меншим значенням кількості імпульсів видаляється із ансамблю. В випадку задовільного значення – отримані сигнали приймаються для формування ансамблю сигналів з мінімальною енергетичною взаємодією. Таким чином формують новий ряд значень максимальних викидів бічних пелюсток ФВК. Завдяки такому підходу в ансамблях збільшується кількість сигналів із задовільними значеннями статистичних характеристик при обмеженій ширині спектра сигналу, а взаємокореляційні властивості таких послідовностей наближаються до сигналів з мінімальною енергетичною взаємодією, що призводить до зменшення рівня завад множинного доступу. У результаті ансамблі складних сигналів, отримані шляхом частотної фільтрації доцільно використовувати в когнітивних системах радіозв’язку з кодовим розділенням каналів. Результати. На основі програмної реалізації методу формування ансамблів складних сигналів шляхом частотної фільтрації псевдовипадкових послідовностей з низькою взаємодією у часовій області було відібрано сигнали із задовільними значеннями статистичних характеристик при обмеженій ширині спектра сигналу, із взаємокореляційними властивостями, що наближені до сигналів з мінімальною енергетичною взаємодією та із збільшеним об’ємом ансамблю. Висновки. Застосування частотної фільтрації до псевдовипадкових послідовностей коротких відеоімпульсів з низьким рівнем взаємної кореляції дозволяє отримувати ансамблі складних сигналів, які будуть подібними за взаємокореляційними властивостями до послідовностей з мінімальною енергетичною взаємодією, що дає можливість знизити рівень завад множинного доступу. У результаті проведеного аналізу виявлено, що застосування частотної фільтрації послідовностей незначно погіршить взаємні кореляційні властивості сигналів, за рахунок, можливо, неоптимального синтезу значень рівнів максимальних викидів бічних пелюсток ФВК сигналів, але, не зважаючи на це, існує можливість застосовувати такі сигнали в сучасних когнітивних системах радіозв’язку множинного доступу із кодовим розділенням каналів.