Ітеративний метод оцінювання рівня шуму при невідомій зайнятості смуги частот аналізу
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2022.88.42-49Ключові слова:
зайнятість смуги частот, ітеративний метод, коефіцієнт варіації, періодограма, радіомоніторинг, радіочастотний спектр, рівень шумуАнотація
Оцінювання потужності шуму є ключовим елементом сучасних систем радіомоніторингу для вирішення завдань визначення зайнятості смуги частот, виявлення і оцінювання параметрів сигналів. Зростання кількості радіоелектронних пристроїв призводить до зростання загального рівня шуму і його різких коливань. Ці пристрої часто випромінюють імпульси або окремі несучі. Оскільки обладнання радіомоніторингу має працювати в таких умовах, виключити ці складові з вимірювань радіошуму може виявитися неможливим. У роботі показано, що в деяких випадках збільшення рівня шуму від очікуваного на 20% призводить до зростання ймовірності хибної тривоги на порядок. Метою роботи є розроблення та дослідження ітеративного методу оцінювання рівня шуму при невідомій зайнятості смуги частот аналізу, що матиме невисоку обчислювальну складність та незалежні від завантаженості оцінки. Сутність запропонованого методу полягає в двопороговому розділенні частотних відліків на сигнальні та шумові за статистичним критерієм із використанням коефіцієнта варіації спектральних оцінок. Пороги обираються для заданої ймовірності хибної тривоги. У разі перевищення порогового значення коефіцієнта варіації вважається, що у спектрі є зайняті частотні канали і кожен частотний відлік порівнюється з другим порогом. Ті відліки, що перевищили поріг вважаються сигнальними, а решта – шумовими. Після цього описана процедура повторюється для шумових відліків до тих пір, доки не буде відкинуто усі сигнальні відліки. Розроблено методику розрахунку середньоквадратичного відхилення шуму в часовій області із використанням отриманого рівня шуму в частотній області. Дослідження алгоритму показали, що він залишається стійким для завантаженості смуги частот аналізу до 60%. При цьому відносна помилка оцінювання рівня шуму не перевищує 5%, а середня кількість ітерацій алгоритму зростає зі збільшенням завантаженості і складає не більше 10.
Посилання
References
Recommendation ITU-R SM.1753-2(09/2012). Method for measurements of radio noise. ITU-R.
Enge P., Akos D., Do J., Simoneau J.B. Wilson Pearson L., Seetharam V. (2004). Contractor Report: Measurements of Man-Made Spectrum Noise Floor. Stanford University, GPS Laboratory. 250 p.
Report ITU-R SM.2355-1 (06/2019) Spectrum monitoring evolution. ITU-R.
Report ITU-R SM.2256-1 (08/2016) Spectrum occupancy measurements and evaluation. ITU-R.
Vartiainen J. (2005). Concentrated signal extraction using consecutive mean excision algorithms. FINSIG'05, pp. 87-90.
Vartiainen J., Lehtomäki J. J., Saarnisaari H. and Henttu P. (2004). Estimation of signal detection threshold by CME algorithms. 2004 IEEE 59th Vehicular Technology Conference. VTC 2004-Spring (IEEE Cat. No.04CH37514), Vol.3, pp. 1654-1658. doi: 10.1109/VETECS.2004.1390535.
Nikonowicz J., Mahmood A., Sisinni E., Gidlund M. (2017). Quantitative Benchmarks and New Directions for Noise Power Estimation Methods in ISM Radio Environment. ResearchGate.
Xiao-Li Hu, Pin-Han Ho and Limei Peng. (2019). Statistical Properties of Energy Detection for Spectrum Sensing by Using Estimated Noise Variance. Journal of Sensors and Actuator Networks, 8(2), 28, 22 p. doi:10.3390/jsan8020028.
Iwata H., Umebayashi K., Al-Tahmeesschi A. and Lehtomäki J. (2021). High-Efficiency FCME-Based Noise Power Estimation for Long-Term and Wide-Band Spectrum Measurements. IEEE Access, Vol. 9, pp. 149883 - 149893. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3124905.
Assra A., Vakili A. and Champagne B. (2011). Iterative joint channel and noise variance estimation and primary user signal detection for cognitive radios. IEEE International Symposium on Signal Processing and Information Technology (ISSPIT), pp. 305-309. doi:10.1109/ISSPIT.2011.6151578.
Mariani A., Giorgetti A. and Chiani M. (2011). Effects of Noise Power Estimation on Energy Detection for Cognitive Radio Applications. IEEE Transactions on Communications, Vol. 59, No. 12, pp. 3410-3420. doi: 10.1109/TCOMM.2011.102011.100708.
Mathew, L. K., Shanker, S., Vinod, A. P., & Madhukumar, A. S. (2020). An Adaptive Energy Detection Scheme with Real-Time Noise Variance Estimation. Circuits, Systems, and Signal Processing, 39(5), 2623–2647. doi:10.1007/s00034-019-01281-0.
Joshi D. R., Popescu D. C. and Dobre O. A. (2010). Adaptive spectrum sensing with noise variance estimation for dynamic cognitive radio systems. 2010 44th Annual Conference on Information Sciences and Systems (CISS), pp. 1-5. doi: 10.1109/CISS.2010.5464913.
Socheleau F., Pastor D. and Aїssa-El-Bey A. (2011). Robust Statistics Based Noise Variance Estimation: Application to Wideband Interception of Non-Cooperative Communications. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 47, no. 1, pp. 746-755. DOI: 10.1109/TAES.2011.5705706.
Lopez-Valcarce R., Vazquez-Vilar G. (2009). Wideband spectrum sensing in cognitive radio: Joint estimation of noise variance and multiple signal levels. IEEE 10th Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications, pp. 96-100, doi: 10.1109/SPAWC.2009.5161754.
Recommendation ITU-R SM.1537-1 (08/2013): Automation and integration of spectrum monitoring systems with automated spectrum management. ITU.
Moon K. T., Stirling W. C. (2000). Methematical Methods and Algorithms for Signal Processing. New Jersey: Prentice Hall Inc. 937 p.
Buhaiov M., Nahorniuk O., Shapar R. (2021). Review of radio frequency spectrum analyzers and proposals for dynamic implementation of energy detector. Technical Engineering, No. 2(88), рр. 95–102. doi:10.26642/ten-2021-2(88)-95-102.
Buhaiov M. (2020). Iterative Method of Radiosignals Detection based on Decision Statistics. Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, Vol. 81, pp. 11-20. doi: 10.20535/RADAP.2020.81.11-20.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Микола Вікторович Бугайов
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
