Поиск границ сигналов на спектре

[frogstail]

Great fleas have little fleas upon their backs to bite 'em,
And little fleas have lesser fleas, and so ad infinitum.
And the great fleas themselves, in turn, have greater fleas to go on,
While these again have greater still, and greater still, and so on.

Задача автоматического поиска границ сигналов на амплитудном спектре относится к задачам анализа изображений. В данном случае изображение одномерное: каждая точка представляет собой уровень сигнала на соответствующей частоте.

Будем рассматривать в качестве сигнала фазоманипулированный сигнал. Спектр такого сигнала представляет собой трапецию, угол наклона боковых сторон которой зависит от коэффициента скругления (roll-off factor) модулятора. Условно говоря, нижнее основание трапеции шире верхнего на величину этого коэффициента. Классические стандарты Intelsat задавали коэффициент скругления 0,35. Успехи современной цифровой техники позволяют передавать сигналы с коэффициентом скругления до 0,01.

Стандартный связной спутник вещает в одном или нескольких диапазонах: C, Ku. В полосе 1,2 ГГц, согласно частотному плану, выделяются стволы (транспондеры) по 72 или 36 МГц. В этих стволах передаются сигналы.

То, что содержится на реальном спектре, лучше всего описывается эпиграфом. Кроме сигналов (great fleas), на спектра присутствуют шумы (little fleas). Сами сигналы могут находится на подставках (коэффициент усиления отдельных стволов больше среднего — greater fleas). Кроме того, если спектр считает сам приёмник, возможны артефакты из-за округления коэффициентов при выполнении БПФ.

Усреднение при вычислении спектра до некоторой степени позволяет улучшить ситуацию с шумами (при усреднении в N раз С/Ш улучшается в sqrt N) и сгладить сигналы. Это не спасает от «волосатых» сигналов — состоящих из регулярно повторяющихся фрагментов (например, был выключен скремблер или передаётся фрейм-заполнитель). Спектр такого сигнала содержит шумоподобные компоненты.

Интерес представляют сигналы от 10 кГц до 70 МГц шириной и соотношением С+Ш/Ш (высота трапеции сигнала на спектре) от 4 дБ.


продолжение