Perets K. Methods for the Formation and Reconstruction of Ensembles of Complex Signals under Interference Conditions in Telecommunication Systems

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0826U000653

Applicant for

Specialization

  • 172 - Електронні комунікації та радіотехніка

06-05-2026

Specialized Academic Board

PhD 12370

Ukrainian State University of Railway Transport

Essay

In the dissertation, an urgent scientific and practical problem of developing methods for the formation and reconstruction of complex signal ensembles aimed at improving their interference immunity and ensuring correlation-structural consistency under conditions of a complex interference environment has been solved. The object of the study is the process of formation and reconstruction of complex signal ensembles in telecommunication systems, while the subject of the study comprises the methods, models, and algorithms for their formation and reconstruction in the time-frequency domain. The purpose of the research is to improve the interference immunity of complex signal ensembles by developing methods for their formation and recovery with due regard to nonlinear interactions, spectral reconstruction, and multicriteria optimization. The introduction substantiates the relevance of the topic and presents the scientific novelty, practical significance, the applicant’s personal contribution, and information on the approbation of the obtained results. The first chapter analyzes current methods for the formation and reconstruction of complex signal ensembles and establishes that existing approaches do not ensure sufficient recovery efficiency under conditions of nonlinear interactions, intensive interference, and high parameter dimensionality. This has substantiated the expediency of developing an integrated approach combining nonlinear modeling, controlled regularization of spectral components, and multicriteria optimization. The second chapter proposes, for the first time, an integrated method for the formation and reconstruction of complex signal ensembles in the time-frequency domain, which includes the stages of spectral representation, reconstruction under interference conditions, and accounting for nonlinear interactions among spectral components. The method combines spectral reconstruction based on the Volterra series, controlled parameter regularization, and multicriteria optimization while satisfying ensemble orthogonality constraints. The third chapter develops a method for regularization and multicriteria optimization of reconstruction parameters for complex signal ensembles in the time-frequency domain. To quantitatively assess the effect of sparsity and regularization, the Geman–McClure function extended by the parameter γ is employed, while the optimization problem is formulated using Lagrange multipliers. The effectiveness of the method is experimentally verified on 4G LTE and 5G NR signals over a wide SNR range in comparison with existing approaches. The fourth chapter develops a method for consistent signal reconstruction in the time and frequency domains. A mechanism of controlled switching between global frequency-domain reconstruction and local time-domain reconstruction depending on the signal state is proposed. Local time-domain reconstruction is improved through the introduction of a time mask and a smoothing window kernel. Experimental results confirm the preservation of consistency of global spectral characteristics while providing a more accurate reproduction of the local signal structure. The main results of the dissertation are as follows: for the first time, an integrated method for the formation and reconstruction of complex signal ensembles in the time-frequency domain has been developed; the method of signal reconstruction in the frequency domain based on the Volterra series has been improved by introducing spectral regularization using the Geman–McClure function; and the method of multicriteria optimization for the formation and reconstruction of complex signal ensembles based on Lagrange multipliers has been improved. The practical significance of the obtained results lies in the development of algorithms and software implementation of the integrated method for the formation and reconstruction of complex signal ensembles, spectral reconstruction under interference conditions, mechanisms of controlled regularization and parameter optimization, as well as coordinated local time-domain and global frequency-domain reconstruction. The obtained results provide a reduction in reconstruction error, improvement in interference immunity and reconstruction robustness, and preservation of the structural and correlation properties of signal ensembles, thereby increasing the reliability of telecommunication systems operating under complex interference conditions.

Research papers

1. Perets K., Lysechko V., Komar O. (2024) Modeling Nonlinear Signal Components Based on Volterra Series in the Frequency Domain during Spectral Reconstruction. Computer-integrated technologies: education, science, production. Telecommunications and radio engineering/ Lutsk National Technical University. – Lutsk. – 2024. № 57, С.192-201. DOI: https://doi.org/10.36910/6775-2524-0560-2024-57-23.

2. Perets K., Komar О., (2025) Optimization method using Lagrange multipliers to ensure conditions of orthogonality and stability of signal reconstruction. – Національний авіаційний університет. Наукоємні технології, «Електроніка, телекомунікації та радіотехніка», Київ, 2025. Том. 65, № 1, С. 69-76, https://doi.org/10.18372/2310-5461.65.19927.

3. Perets K., Komar, О. (2025) Assessment of the impact of sparsity and Geman-Mcclure regularization on signal reconstruction accuracy// National University «Yuri Kondratyuk Poltava Polytechnic». Control, Navigation and Communication Systems, Vol. 2, № 80 (2025), P.Р. 239-243, https://doi.org/10.26906/SUNZ.2025.2.239.

4. Perets, K., & Zhuchenko О. (2025). Method of localized signal reconstruction in dynamic environments based on modified Volterra series// Computer-integrated technologies: education, science, production/ Lutsk National Technical University. – Lutsk. – 2025. (№59), Р.Р. 313-321. https://doi.org/10.36910/6775-2524-0560-2025-59-39.

5. Perets K.G., Zhuchenko O.S. The method of stepwise hybrid time segmentation based on bandpass filtering with time-frequency adaptation// Тези доповіді за матеріалами 37 міжнародної науково-практичної конференції «Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті». – Харків: УкрДУЗТ, 10-11 жовтня 2024. – С. 54-55.

6. Перець К.Г., Жученко О.С. Розробка методу поетапної спектральної реконструкції сигналів// Тези доповіді XII міжнародної науково-практичної конференції «Людина, суспільство, комунікативні технології» – Харків: УкрДУЗТ, 25 жовтня 2024. – С.198-200.

7. Lysechko V.P., Perets K.H. Spectral reconstruction method withadaptive filtering //Тези доповіді за матеріалами I міжвузівською наукової конференції «Стан та перспективи розвитку інфокомунікацій в сучасних умовах». – Харківський національний університет повітряних сил ім. І. Кожедуба. – Харків: 22 листопада 2024. – С. 88-89.

8. Perets K., Sadovnykov B., Zhuchenko O., Overview of state-of-theart image object detection and classification approaches// Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті: тези доповідей та виступів учасників 36-ї Міжнародної науково-практичної конференції «Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті». – 2023. – № 3 (додаток). – С. 9-10.

9. Perets K.H., Lysechko V.P. Modeling nonlinear signal components based on Volterra series in the frequency domain during spectral reconstruction// ХХІ Міжнародна наукова конференція «Новітні технології для захисту повітряного простору». Харківський національний університет повітряних сил ім. І. Кожедуба. Харків: 9 – 10 квітня 2025 року. С. 333.

10. Shevchenko O., Perets K., Lysechko V. Expanding approaches to the evaluation of signal correlation properties in cognitive networks// Збірник тез доповідей Міжнародної науково-практичної конференції «Застосування інформаційних технологій у підготовці та діяльності сил охорони правопорядку» (27 березня 2025 р.). Національна академія Національної гвардії України, м. Харків, Р.Р. 11-12.

11. Перець К.Г., Жученко О.С., Комар О.М. Адаптивна реконструкція сигналів у динамічних середовищах на основі локалізованих рядів Вольтерра // Перспективи розвитку озброєння та військової техніки сухопутних військ. Збірник тез доповідей Міжнародної науково-технічної конференції (Львів 14-15 травня 2025). Національна академія сухопутних військ імені гетьмана Петра Сагайдачного. – Львів: НАСВ, 2025, С. 82.

12. Lysechko V.P., Peretc K.H., Komar О., Veklych O. Comparative analysis of optimization methods for complex signal ensembles: approximation, differential evolution, and linear and nonlinear optimization // X International Scientific and Practical Conference Physical and Technological Problems of Transmission, Processing, and Storage of Information in Infocommunication Systems (May 15-17). Chernivtsi National University named after Yuriy Fedkovych, Issue Р.105-106.

13. Перець К.Г., Жученко О.С. Метод моделювання ансамблів складних сигналів на основі рядів Вольтерра для когнітивних телекомунікаційних систем//Тези доповіді за матеріалами 38 Міжнародної науково-практичної конференції «Інформаційно- керуючі системи на залізничному транспорті». 9-10 жовтня 2025 року. – С.82-83.

Similar theses