Оцінювання амплітуди SDR-сигналу методом PMM за негаусівського радіочастотного шуму

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.64915/RADAP.2026.105.%25p

Ключові слова:

PMM, PATP, оцінювання амплітуди, SDR, негаусівський шум, важкохвостий шум, дробові моменти, кумулянти, HAC, вибір оцінювача, regret, медіанна відносна ефективність, RadioML2018

Анотація

Оцінювання амплітуди за записами baseband-сигналів software-defined radio (SDR) стає ненадійним, коли адитивний радіочастотний (RF) шум відхиляється від гаусівської моделі, на якій базується ordinary least squares (OLS). Замість того щоб порівнювати оцінювачі попарно, у цій статті OLS, метод поліноміальної максимізації другого й третього порядків (PMM2, PMM3) та дробову гілку параметрично-адаптивного перехідного полінома (PATP) розглянуто як членів єдиного неперервно параметризованого сімейства, а задачу сформульовано як синтез вирішального правила, що обирає члена сімейства за кумулянтами одного скінченного блоку, мінімізуючи regret відносно оракульного вибору. Протокол поєднує синтетичний полігаусівський шум, реальні RF-залишки з over-the-air записів RadioML2018, контрольовані важкохвостові та платикуртичні режими, а також лептокуртичні блоки з двох записів дронів. Поблоковий PMM2 нестійкий при N=1024, бо оцінка асиметрії має низьке відношення сигнал/шум; pooled-усереднення кумулянтів за калібрувальними блоками повертає його до базового рівня OLS. На реальному платикуртичному RF-шумі PMM3 зменшує середньоквадратичну похибку з 3,28 × 10-3 до 2,76 × 10-3, а стандартні похибки Newey–West HAC піднімають емпіричне 95% покриття всіх трьох точкових оцінювачів приблизно з 0,72 до 0,920–0,924 – включно з PMM3 (0,922), – що все ще приблизно на три відсоткові пункти нижче номінального рівня. У важкохвостовому режимі відносну ефективність подано як відношення медіан квадратів похибок із парними bootstrap-інтервалами, бо середнє-базована величина не збігається за нескінченної дисперсії: при αs = 1,2 оракульна межа PATP* сягає 38,8 [33,8; 44,5], тоді як практично досяжне адаптивне правило AUTO_EXT – 6,41 [4,96; 8,26]. Сімейство є двобічним: воно виграє на обох негаусівських краях і повертає точно OLS на гаусівських контролях – на відміну від однобічного M-оцінювача Хубера, який втрачає 2–12% на платикуртичному шумі. Нарешті, кількісно оцінено, чого коштує dispatch-правило: проти оракула на блок воно обирає неоптимального члена сімейства у 65,0% синтетичних і 69,9% реальношумових блоків, із regret 16,19 та 1,220 відповідно, а на синтетичному наборі воно у 10,7х гірше за звичайний OLS. Тому операційна рекомендація є умовною, а не безумовною диспетчеризацією: PMM3 – для майже симетричних платикуртичних RF-залишків, pooled-калібрація – для PMM2, дробова гілка – для важких хвостів, а OLS – завжди, коли кумулянти блоку не вказують явно на інше.

Посилання

1.Middleton D. (1999). Non-Gaussian noise models in signal processing for telecommunications: new methods and results for Class A and Class B noise models. IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 45, No. 4, pp. 1129–1149. DOI: 10.1109/18.761256.

2. Clavier, L., Peters, G.W., Septier, F. et al. (2021). Impulsive noise modeling and robust receiver design. J Wireless Com Network, Vol. 2021, Article 13. DOI: 10.1186/s13638-020-01868-1.

3. Nikias C. L., Shao M. (1995). Signal Processing with Alpha-Stable Distributions and Applications. New York: Wiley-Interscience, 168 p. ISBN 0-471-10647-X.

4. Clavier L., Pedersen T., Rodriguez I., Lauridsen M., Egan M. (2021). Experimental evidence for heavy tailed interference in the IoT. IEEE Communications Letters, Vol. 25, No. 3, pp. 692–695. DOI: 10.1109/LCOMM.2020.3034430.

5. Huber P. J. (1964). Robust estimation of a location parameter. Annals of Mathematical Statistics, Vol. 35, No. 1, pp. 73–101. DOI: 10.1214/aoms/1177703732.

6. Huber P. J., Ronchetti E. M. (2009). Robust Statistics. 2nd ed. Hoboken, NJ: Wiley, 380 p. ISBN 978-0-470-12990-6.

7. Zoubir A. M., Koivunen V., Chakhchoukh Y., Muma M. (2012). Robust estimation in signal processing: a tutorial-style treatment of fundamental concepts. IEEE Signal Processing Magazine, Vol. 29, No. 4, pp. 61–80. DOI: 10.1109/MSP.2012.2183773.

8. Hosking J. R. M. (1990). L-moments: analysis and estimation of distributions using linear combinations of order statistics. Journal of the Royal Statistical Society: Series B, Vol. 52, No. 1, pp. 105–124. DOI: 10.1111/j.2517-6161.1990.tb01775.x.

9. Kunchenko Yu. P. (2002). Polynomial Parameter Estimations of Close to Gaussian Random Variables. Aachen: Shaker Verlag, 396 p. ISBN 3-8322-0032-0.

10. Zabolotnii, S., Warsza, Z. L., Tkachenko, O. (2018). Polynomial Estimation of Linear Regression Parameters for the Asymmetric PDF of Errors. In: Szewczyk, R., Zieliński, C., Kaliczyńska, M. (eds) Automation 2018. AUTOMATION 2018. Advances in Intelligent Systems and Computing, Vol 743, pp. 101–110. Springer, Cham. doi:10.1007/978-3-319-77179-3_75.

11. Zabolotnii, S. W., Warsza, Z. L., Tkachenko, O. (2020). Estimation of Linear Regression Parameters of Symmetric Non-Gaussian Errors by Polynomial Maximization Method. In: Szewczyk, R., Zieliński, C., Kaliczyńska, M. (eds) Automation 2019. AUTOMATION 2019. Advances in Intelligent Systems and Computing, Vol 920. Springer, Cham. doi: 10.1007/978-3-030-13273-6_59.

12. Zabolotnii S. (2026). Parametrically Adaptive Transition Polynomial: a Signed-Parity Continuous-alpha Extension of Kunchenko Stochastic Polynomials. arXiv:2605.14610. doi: 10.48550/arXiv.2605.14610.

13. Shao M., Nikias C. L. (1993). Signal processing with fractional lower order moments: stable processes and their applications. Proceedings of the IEEE, Vol. 81, No. 7, pp. 986–1010. DOI: 10.1109/5.231338.

14. Rousseeuw P. J., Croux C. (1993). Alternatives to the median absolute deviation. Journal of the American Statistical Association, Vol. 88, No. 424, pp. 1273–1283. DOI: 10.1080/01621459.1993.10476408.

15. Newey W. K., West K. D. (1987). A simple, positive semi-definite, heteroskedasticity and autocorrelation consistent covariance matrix. Econometrica, Vol. 55, No. 3, pp. 703–708. DOI: 10.2307/1913610.

16. Zeileis A. (2004). Econometric computing with HC and HAC covariance matrix estimators. Journal of Statistical Software, Vol. 11, No. 10, pp. 1–17. DOI: 10.18637/jss.v011.i10.

17. Newey W. K., West K. D. (1994). Automatic lag selection in covariance matrix estimation. The Review of Economic Studies, Vol. 61, No. 4, pp. 631–653. DOI: 10.2307/2297912.

18. Andrews D. W. K. (1991). Heteroskedasticity and autocorrelation consistent covariance matrix estimation. Econometrica, Vol. 59, No. 3, pp. 817–858. DOI: 10.2307/2938229.

19. Kiefer N. M., Vogelsang T. J. (2005). A new asymptotic theory for heteroskedasticity-autocorrelation robust tests. Econometric Theory, Vol. 21, No. 6, pp. 1130–1164. DOI: 10.1017/S0266466605050565.

20. O'Shea T. J., Roy T., Clancy T. C. (2018). Over-the-air deep learning based radio signal classification. IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, Vol. 12, No. 1, pp. 168–179. DOI: 10.1109/JSTSP.2018.2797022.

Завантаження

Опубліковано

2026-09-30

Номер

Розділ

Телекомунікації, радіолокація і навігація, радіоптика та електроакустика

Як цитувати

«Оцінювання амплітуди SDR-сигналу методом PMM за негаусівського радіочастотного шуму» (2026) Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування, (105), с. 39–51. doi:10.64915/RADAP.2026.105.%p.

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають