Метод спектрального моніторингу з використанням вейвлет-перетворень та фільтрації в умовах спотворення та завмирання частоти сигналу

Анотація

У статті розглянуто питання підвищення точності та надійності моніторингу спектру в когнітивних телекомунікаційних системах. З урахуванням динамічних умов радіочастотного середовища, основна увага приділена аналізу впливу завмирання та спотворення частоти сигналу на результати спектрального аналізу. Завмирання та спотворення можуть суттєво впливати на точність виявлення сигналів, що робить адаптивні методи і фільтри критично важливими для успішного виявлення змін у спектральному середовищі. Мета статті полягає в оцінці ефективності використання адаптивних методів і фільтрів, таких як вейвлет-перетворення, а також фільтрів Баттерворта, Чебишева і Кайзера, для покращення виявлення змін у спектральному середовищі при різних рівнях сигнал-шум (С/Ш). Дослідження охоплюють широкий спектр частот, зосереджуючи увагу на ключових технологіях, таких як 5G NR, Wi-Fi 6, DVB-T2 і GPS, що мають різні вимоги до точності та надійності сигналу. Метод моніторингу спектру, описаний у статті, дозволяє досягти високої точності виявлення сигналів у сприятливих умовах, коли С/Ш є високим. Проведені експерименти показали, що при значеннях С/Ш вище 1 дБ, показник точності виявлення сигналів (ПТВС) для всіх розглянутих технологій залишається на рівні 0,90 і вище. Наприклад, для 5G NR ПТВС становить 0,92 при С/Ш = 1 дБ, тоді як для Wi-Fi 6 цей показник досягає 0,90. Однак, зі зниженням рівня С/Ш, ефективність методу поступово знижується. Для 5G NR ПТВС знижується до 0,70 при С/Ш = -21 дБ, що свідчить про значне зростання ймовірності хибного виявлення сигналів. Аналогічні результати спостерігаються для Wi-Fi 6, де ПТВС знижується до 0,65, для DVB-T2 — до 0,68, і для GPS — до 0,66. Крім того, середній рівень шуму збільшується зі зниженням С/Ш, що додатково ускладнює процес точного виявлення сигналів, ілюструючи необхідність подальшого вдосконалення методів. Отримані результати підкреслюють важливість подальшого вдосконалення спектрального моніторингу, особливо в умовах низького С/Ш. Подальші дослідження повинні зосереджуватися на розробці нових або вдосконаленні існуючих адаптивних алгоритмів, здатних ефективно працювати в складних спектральних умовах, а також на дослідженні впливу інших типів фільтрації та перетворень.