Разработка способов формирования и приёма M-ичных стохастических многочастотных сигналов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат технических наук Каменецкий, Борис Семёнович

• Каменецкий, Борис Семёнович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Каменецкий, Борис Семёнович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ФОРМИРОВАНИЯ И ПРИЁМА М-ИЧНЫХ СТОХАСТИЧЕСКИХ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ ДЛЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ НА МНОГИХ НЕСУЩИХ

1.1 Современное состояние СПИ ШПС

1.2 Существующие тенденции в области генерирования и передачи сигналов для СПИ ШПС

1.3 Модели каналов для СПИ ШПС

1.4 Постановка научной задачи

1.5 Выводы по главе

2 РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ФОРМИРОВАНИЯ И АНАЛИЗ СВОЙСТВ ОРТОГОНАЛЬНЫХ М-ИЧНЫХ СТОХАСТИЧЕСКИХ МНОГОЧАСТОТНЫХ ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ

2.1 Разработка способа формирования ОУС СМПТНПС

2.2 Разработка датчика исходных АПП

2.3 Примеры ансамблей ОУС и ООС СМПШПС

2.4 Анализ свойств ортогональных СМПШПС

2.4.1 Структура СМПШПС

2.4.2 Анализ корреляционных свойств СМГПНПС

2.4.3 Анализ и методы ограничения пик-фактора СМПШПС

2.4.4 Анализ структурной скрытности СМПТНПС

2.5 Расчёт ресурсов, требуемых для выполнения процедуры ортогонализации Грама-Шмидта

2.6 Разработка способа формирования ОУС СМПШПС с помощью ОАВ

2.7 Выводы по главе

3 РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПРИЁМА ОРТОГОНАЛЬНЫХ М-ИЧНЫХ СТОХАСТИЧЕСКИХ МНОГОЧАСТОТНЫХ ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ

3.1 Разработка способа приёма многомерных ортогональных СМПШПС на основе алгоритма с использованием аппарата НМФ в ДВ

3.2 Разработка способа приёма ортогональных СМПШПС на основе алгоритма с ОСДП с использованием аппарата НМФ в ДВ

3.3 Разработка способа оценивания импульсной характеристики КВ канала с использованием ортогональных СМПШПС

3.4 Некогерентный демодулятор для ОУС СМПШПС для УКВ канала

3.5 Выводы по главе

4 АНАЛИЗ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПРИЁМА ОРТОГОНАЛЬНЫХ М-ИЧНЫХ СТОХАСТИЧЕСКИХ МНОГОЧАСТОТНЫХ ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ

ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ

4.1 Анализ помехоустойчивости некогерентного приёма ОУС СМПШПС

4.2 Анализ помехоустойчивости квазикогерентного приёма ортогональных СМПШПС для канала с постоянными параметрами и АБГШ

4.3 Анализ работы и характеристик помехоустойчивости для устройства квазикогерентного приёма ортогональных СМПШПС для каналов с замираниями и АБГШ

4.4 Анализ характеристик помехоустойчивости для СПИ с ортогональными СМПШПС для канала с замираниями в условиях воздействия комплекса импульсных и флуктуационных помех

4.5 Анализ помехоустойчивости некогерентного приёма ОУС СМПШПС, сформированных с помощью ОАВ, для канала с постоянными параметрами и АБГШ

4.6 Выводы по главе

148

5 РАЗРАБОТКА ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО РЕАЛИЗАЦИИ РАДИОСИСТЕМ С М-ИЧНЫМИ СТОХАСТИЧЕСКИМИ МНОГОЧАСТОТНЫМИ ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМИ

ШИРОКОПОЛОСНЫМИ СИГНАЛАМИ

5.1 Помехозащищённая СПИ с МД с ОУС СМПТТТПС, сформированными с помощью ОАВ, на базе современной ВП

5.1.1 Описание и анализа работы системы

5.1.2 Оценка достижимых характеристик предложенного алгоритма некогерентного приема ортогональных СМПТТТПС на базе ПЛИС Virtex II

5.2 Система НЗИ и ПСИ с ортогональными СМПТТТПС, сформированными с помощью процедуры Грама-Шмидта

5.2.1 Постановка задачи

5.2.2 Характеристики предложенной системы

5.3 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ЛИТЕРАТУРА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка способов формирования и приёма M-ичных стохастических многочастотных сигналов»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время возродился интерес специалистов к системам связи, использующим для передачи информации широкополосные сигналы (ШПС). В то же время, уже в позапрошлом десятилетии наметилась тенденция к конвергенции технологий OFDM (англ. Orthogonal Frequency Division Multiplexing -ортогональное частотное разделение с мультиплексированием) и CDMA (англ. Code Division Multiple Access - кодовое разделение с множественным доступом). Всё это подтверждается большим числом современных зарубежных источников по соответствующей тематике.

В то же время, несмотря на активное развитие архитектуры существующих систем, методов кодирования, перемежения и синхронизации, зачастую в них по-прежнему используются сигналы, обладающие детерминированной структурой, такие, как функции Уолша. Это обуславливает лёгкость обнаружения структуры передаваемого сигнала, постановки имитационных помех и перехвата важной информации.

Таким образом, при сохранении существующих тенденций (активное использование технологий OFDM и CDMA) требуется искать новые формы сигналов и новые виды модуляции, обеспечивающие системам связи различного назначения скрытность и защиту от преднамеренных помех.

Для новых ансамблей сигналов важно синтезировать приёмное устройство, учитывающее все достижения теории связи, цифровой обработки сигналов. Обе эти задачи: разработка способов формирования ансамблей новых многочастотных широкополосных сигналов и разработка способов их приёма - являются актуальными и решаются в рамках данной диссертационной работы.

Проблемам формирования и приёма сложных, в том числе, стохастических сигналов посвящены работы P.P. Биккенина [4], JI.E. Варакина [6], В.П. Ипатова [16], В.И. Коржика [19, 21], Ю.Б. Окунева [24], Г.И. Тузова [37], М. Хаслера [65] и многих других учёных.

Предложения по формированию сигналов, обладающих повышенной структурной скрытностью и устойчивостью к оптимизированным помехам, были сделаны такими исследователями, как Дж. Дайер и Б. Натараджан [84], П. Карабинис [110, 114], М.Н. Чесноков [29, 59], С. Атвэл [55].

Способы приёма сложных, в том числе, стохастических широкополосных сигналов на основе аппарата оптимальной нелинейной фильтрации марковских процессов разрабатывались в работах В.А. Чердынцева [41, 42], В.Н. Харисова [36], И.В. Тихонова и Н.К. Кульмана [34, 35], А.И. Перова [25] и других.

Однако многие вопросы, связанные с формированием и обработкой такого рода сигналов остались недостаточно изученными. Речь идёт, в том числе, о разработке способов формирования и приёма ортогональных М-ичных стохастических широкополосных сигналов, обладающих повышенной структурной скрытностью и устойчивостью к оптимизированным помехам.

Объектом исследования являются М-ичные стохастические многочастотные параллельно-последовательные широкополосные сигналы (СМПТНПС).

Предмет исследования - способы формировании и приёма М-ичных стохастических многочастотных параллельно-последовательных

широкополосных сигналов.

Целью работы является разработка способов формирования и приёма М-ичных стохастических многочастотных параллельно-последовательных широкополосных сигналов.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе формулируются решения следующих частных задач:

1. Исследование существующих способов формирования и приёма М-ичных стохастических многочастотных ШПС, определение основных тенденций в этой области.

2. Разработка способов формирования СМПШПС.

3. Анализ свойств СМПШПС.

4. Разработка способов приёма СМПШПС.

5. Разработка предложений по реализации радиосистем с СМПШПС.

Методы исследований. В ходе исследований применялись методы линейной алгебры, статистической теории связи, нелинейной марковской фильтрации, теории потенциальной помехоустойчивости, теории вероятности, теории спектрального корреляционного обнаружения сигналов, компьютерного имитационного моделирования, динамического программирования. При моделировании и разработке программ использовались, языки программирования С++, МаАаЬ, Уеп^.

Достоверность результатов подтверждается применением строгого математического аппарата, отсутствием противоречия результатов диссертационной работы и сделанных на их основании выводов известным научным данным, результатами моделирования в среде 81шиНпк пакета программ МайаЬ, а также экспериментом, проведённым с использованием современной аппаратной платформы.

Научная новизна присутствует в следующих результатах работы:

1. Разработано 2 способа формирования ансамблей ортогональных в усиленном смысле (ОУС) (в том числе, ортогональных в обычном смысле (ООС)) М-ичных стохастических многочастотных параллельно-последовательных широкополосных сигналов, обладающих большей структурной скрытностью1 и большей устойчивостью к оптимизированным помехам по сравнению с известными сигналами.

2. Исследованы свойства полученных сигналов: автокорреляционные функции (АКФ), пик-фактор. Также произведено сравнение структурной скрытности СМГПНПС, сформированных с помощью процедуры ортогонализации Грама-Шмидта и сигналов с модуляцией МОК (М-ичное ортогональное кодирование) на основе современного метода обнаружения сигналов с использованием функции спектральной корреляции, демонстрирующее, что ортогональные СМПШПС

1 Структурная скрытность (СС) - это свойство сигнала, характеризующее устойчивость к определению закона его формирования. Низкая СС даёт возможность осуществлять постановку имитационных помех и тем самым препятствовать работе радиосистемы. Следовательно, высокая СС обеспечивает радиосистемам повышенную помехозащищённость.

обладают повышенной структурной скрытностью по сравнению с относительно широко используемыми сигналами с модуляцией МОК с функциями Уолша в качестве опорных кодовых последовательностей. С помощью методов имитационного моделирования получены кривые помехоустойчивости для системы передачи информации (СПИ) с ортогональными СМПШПС для случаев канала с замираниями и без замираний.

3. На основе аппарата нелинейной марковской фильтрации (НМФ) в дискретном времени (ДВ) разработано 2 способа квазикогерентного приёма ортогональных СМПШПС - синтезированы 2 многофункциональных алгоритма их демодуляции и синхронизации, учитывающие воздействие комплекса импульсных, сосредоточенных и флуктуационных помех.

4. Произведено сравнение эффективности применения сформированных ортогональных СМПШПС и сигналов с модуляцией ФМ-2 для целей зондирования коротковолнового (КВ) канала и передачи служебной информации (ПСИ), результаты которого показывают, что СМПШПС обеспечивают показатели, сопоставимые с показателями, которые возможно получить при применении традиционных сигналов при большей структурной скрытности.

Практическая значимость работы.

1. Предложенные в работе способы формирования ансамблей ОУС (в том числе, ООС) СМПШПС позволяют формировать сигналы, обладающие повышенной структурной скрытностью и помехозащищённостью, которые могут быть использованы в корпоративных системах связи, системах связи специального назначения, системах военной связи.

2. Полученная в среде 8тшНпк пакета программ МайаЬ на основе синтезированного многофункционального алгоритма демодуляции и синхронизации ортогональных СМПШПС модель приёмного устройства для канала с замираниями и дискретной многолучёвостью, учитывающая воздействие комплекса импульсных, сосредоточенных и флуктуационных помех, может быть реализована на современных вычислительных платформах (ВП) и использована для оценки состояния коротковолнового (КВ) канала и ПСИ по КВ каналу.

3. Макет системы передачи информации с ортогональными СМПШПС, сформированными с помощью обобщённого алгоритма Витерби (ОАВ), доказывает работоспособность соответствующей системы и её реализуемость на базе современной ВП (программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) У1Лех II, процессор ТМ8320С64161;). Предложенная СПИ может быть использована с необходимыми модификациями в рамках разработки помехозащищённых систем связи с множественным доступом (МД), например, внутрикорпоративных систем связи, систем сотовой связи, систем связи специального назначения и систем военной связи.

Внедрение результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ООО «Научно-производственное предприятие «Новые технологии телекоммуникаций» (ООО «НПП «НТТ») при разработке помехозащищённой радиосистемы передачи информации с множественным доступом, а также в ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» что подтверждено справками о внедрении.

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на 61-й, 62-й, 63-й научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПбГУТ [30, 32, 49, 53], на I международной научно-технической и научно-методической конференции «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании» [2, 46], на X международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» [44, 47], а также на V международном научном конгрессе «Нейробиотелеком-2012» [18].

Публикации. На тему диссертации опубликовано 13 печатных работ, 3 из которых в журналах, включённых в перечень ВАК РФ [43, 50, 52] 1 работа опубликована в журнале «Труды учебных заведений связи» [51], 2 включены в тезисы докладов X международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», 2 включены в тезисы докладов I международной научно-технической и научно-методической конференции «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании», 4 включены в тезисы докладов 61-й, 62-й, 63-й научно-технических конференций

профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПбГУТ, 1 включена в тезисы докладов V международного научного конгресса «Нейробиотелеком-2012». На основе материалов, включённых в диссертационную работу, составлена и подана 1 заявка на изобретение [12].

Основные результаты, выносимые на защиту.

1. Способ формирования ортогональных в усиленном смысле М-ичных стохастических многочастотных параллельно-последовательных широкополосных сигналов, который позволяет получить ансамбли сигналов, обладающих большей структурной скрытностью и большей устойчивостью к оптимизированным помехам по сравнению с известными сигналами.

2. Результаты анализа характеристик помехоустойчивости, скрытности, корреляционных свойств и пик-фактора ортогональных М-ичных стохастических многочастотных параллельно-последовательных широкополосных сигналов.

3. Способы приёма ортогональных М-ичных стохастических многочастотных параллельно-последовательных широкополосных сигналов, разработанные на основе аппарата нелинейной марковской фильтрации в дискретном времени с учётом воздействия комплекса импульсных, сосредоточенных и флуктуационных помех, обеспечивающие возможность работы системы передачи информации в условиях замираний, многолучёвости и сложной помеховой обстановки.

4. Предложения по реализации радиосистем с ортогональными М-ичными стохастическими многочастотными параллельно-последовательными широкополосными сигналами.

Объём и структура работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 118 наименований. Работа содержит 199 страниц текста, включая 62 рисунка, 18 таблиц.

В главе 1 рассматриваются существующие способы формирования и приёма М-ичных стохастических ШПС. Выделены основные результаты проведённого анализа литературы и патентного обзора: обоснована актуальность разработки новых или улучшенных СПИ с ШПС, продемонстрированы направления

проводимых исследований в области формирования и приёма шумоподобных сигналов, перспективность комбинирования технологий CDMA и OFDM.

Описываются модели каналов, соответствующих возможным областям применения предлагаемых в работе М-ичных стохастических ШПС, учитывающие аддитивный белый гауссовский шум (АБГШ), замирания, дискретную многолучёвость и комплекс импульсных, сосредоточенных и флуктуационных помех.

В главе 1 производится постановка научной задачи.

В главе 2 предлагается способ формирования ОУС СМПШПС из аналоговой псевдослучайной последовательности (АПП) с использованием модифицированной процедуры Грама-Шмидта. Описывается возможность перехода от способа формирования ОУС СМПШПС к способу формирования ООС СМПШПС, как к частному случаю. Раскрывается принцип работы выбранного для формирования СМПШПС датчика исходной АПП. Анализируется структура СМПШПС. Приводятся осциллограммы и графики нормированных АКФ СМПШПС. Приводятся результаты исследования пик-фактора СМПШПС. Предлагаются методы его снижения. Производится анализ структурной скрытности СМПШПС на основе современного метода определения структуры сигналов, использующего функцию спектральной корреляции (ФСК). Рассчитываются ресурсы, требуемые для выполнения процедуры ортогонализации Грама-Шмидта. Предлагается способ формирования ОУС СМПШПС с использованием ОАВ.

В главе 3 представлена процедура синтеза двух многофункциональных алгоритмов демодуляции и синхронизации для системы передачи информации с ортогональными СМПШПС на основе аппарата нелинейной марковской фильтрации (НМФ) в дискретном времени (ДВ). При демодуляции обеспечивается разделение приходящих лучей, учитывается необходимость борьбы с импульсными, сосредоточенными и флуктуационными помехами. Также учитываются особенности канала связи, по которому передаётся информация (наличие/отсутствие замираний). Рассматриваются различные современные

методы определения задержек многолучевых компонент принимаемого сигнала (оценки профиля многолучёвости). В качестве метода, используемого в работе, выбирается наиболее простой метод на корреляторах. Далее описывается процедура синтеза алгоритма оценивания импульсной характеристики КВ канала с помощью ортогональных СМПШПС на основе выбранного метода. Также в главе 3 приводится и описывается функциональная схема некогерентного демодулятора для СПИ с ОУС СМПШПС.

В главе 4 приводится анализ характеристик помехоустойчивости СПИ с ОУС и ООС СМПШПС при различных условиях в канале связи (фактор дискретной многолучёвости, наличие/отсутствие замираний, наличие/отсутствие помех). На основе модели, полученной в среде БтиНпк пакета программ МайаЬ для СПИ с ортогональными СМПШПС, доказывается работоспособность

многофункционального алгоритма демодуляции и синхронизации, синтезированного в подразделе 3.1. Также в 4 главе даны характеристики помехоустойчивости СПИ с ОУС СМПШПС, полученными на основе ОАВ.

В 5 главе рассматриваются предложения по реализации радиосистем с ортогональными СМПШПС. Описывается разработанная на базе современной ВП (ПЛИС У1Пех11, процессор ТМ8320С64Ш) помехозащищённая СПИ с МД с ОУС СМПШПС, полученными на основе ОАВ. Приводятся осциллограммы и спектрограммы передаваемого сигнала, зависимость вероятности ошибки на бит (ВОБ) от отношения сигнал/шум (ОСШ). Описывается система наклонного зондирования ионосферы (НЗИ) и ПСИ с СМПШПС, сформированными с использованием процедуры ортогонализации Грама-Шмидта. Перечисляются требования, предъявляемые к системе. Приводится зависимость вероятности правильной оценки профиля многолучёвости от ОСШ при различном числе многолучевых компонент в принимаемом сигнале. Производится сравнение по ряду эксплуатационных характеристик предложенной системы НЗИ и ПСИ с существующей системой аналогичного назначения.

В заключении обобщаются полученные научные результаты диссертационной работы, даются рекомендации по направлениям дальнейших исследований.

1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ФОРМИРОВАНИЯ И ПРИЁМА М-ИЧНЫХ СТОХАСТИЧЕСКИХ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ для СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ НА МНОГИХ НЕСУЩИХ

СПИ ШПС сегодня получают всё большее распространение и активно используются в системах сотовой связи на основе технологии CDMA (UMTS, CDMA 2000) [16], в глобальной системе позиционирования GPS [31], при НЗИ (в ионозондах, начиная с 70-х годов, применяются ШПС с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) [14]), в системах связи малого радиуса действия (например, Nanonet), а также в системах военной связи и в системах связи специального назначения, информация о которых, по большей части, является закрытой.

Некоторые области применения ШПС показаны на рисунке 1.

1.1 Современное состояние СПИ ШПС

Глобальная на спутникового ба;

Системы 30НДИ| ионосфер

Системы сотовой связи

• • •

ІЗИ

Рисунок 1 - Области применения широкополосных сигналов

Из таблицы 1 становится очевидно, какое место занимают СОМА-системы, использующие ШПС, в современных стандартах связи.

Таблица 1 - Параметры современных стандартов связи

Стандарт Семейство Основное использование Вид модуляции Скорость «вниз», Мбит/с Скорость «вверх», Мбит/с

LTE UMTS/4GSM Генеральный 40 OFDMA / MIMO / SC-FDMA 360 80

WiMAX 802,16 Мобильный интернет MIMO-SOFDMA 144 35

Flash-OFDM Flash-OFDM Мобильный интернет, возможна работа на скорости до 350 км/ч Flash-OFDM 5,3; 10,6; 15,9 1,8; 3,6; 5,4

HiperMAN HiperMAN Мобильный интернет OFDM 56,9 56,9

Wi-Fi 802,11 Мобильный интернет (закрытый) OFDM / MIMO 288,9 288,9

iBurst 802,20 Мобильный интернет HC-SDMA / TDD /MIMO 95 36

EDGE Evolution GSM Мобильный интернет TDMA / FDD 1,9 0,9

UMTS W-CDMA; HSDPA+ HSUPA; HSPA + UMTS/3 GSM Генеральный ЗО CDMA / FDD; CDMA / FDD / MIMO 0,384; 14,4; 42,0 0,384; 5,76; 11,5

UMTS-TDD UMTS/3 GSM Мобильный интернет CDMA / TDD 16 16

lxRTT CDMA2000 Мобильный телефон CDMA 0,144 0,144

EV-DO lx Rev. 0; EV-DO lx Rev.A; EV-DO CDMA2000Rev.B CDMA2000 Мобильный телефон CDMA / FDD 2,45; 3,1; 4.9xN 0,15; 1,8; 1.8xN

Первые применения ШПС относятся к 1-й половине XX века. В частности, в 1935 году в Германии инженеры телерадиовещания П. Котовски и К. Даннэл подали заявку на патент на устройство, маскирующее голосовой сигнал шумовым

ШПС [95]. Основной толчок для дальнейшего развития технологий формирования и приёма ШПС обеспечили работы выдающегося учёного К. Шеннона [97], который показал, что информационная ёмкость системы повышается при расширении спектра сигнала и что сумма спектральной плотности сигнала и спектральной плотности независимого шума должна быть настолько низкой, насколько это возможно.

Согласно В. Ипатову [16] существует много определений широкополосности и наиболее точное из них следует из принципа неопределённости Габора: сигнал, у которого WT » 1 является широкополосным, где W - полоса частот, занимаемая сигналом, а Т - его длительность. Таким образом, к ШПС можно отнести, например, ЛЧМ-сигналы, сигналы с прямым расширением спектра (англ. Direct-Sequence Spread Spectrum - DSSS), наиболее часто используемые в сотовых сетях с CDMA и сигналы со скачущей частотой (англ. Frequency-Hopping Spread Spectrum - FHSS). Описание различных методов расширения спектра приведено в работе [67].

Следует упомянуть причины, обуславливающие важность применения в системах передачи информации ШПС. Например, при использовании технологий расширения спектра обеспечиваются:

- возможность противостоять преднамеренным помехам (см. рисунок 2 [там же]).

Рисунок 2 - Спектральная плотность мощности сигнала после расширения спектра по методу прямой последовательности

Здесь можно привести отношение сигнала к смеси шума и помехи по мощности после согласованного фильтра (СФ) полезной системы:

(U)

р

ш

где Рс - мощность полезного сигнала; Рш - мощность шума.

Поскольку мощность полезного сигнала является ограниченным ресурсом, логичным способом повышения вероятности правильного приёма сообщения при наличии заградительной помехи является использование сигналов с большим значением произведения WT.

- Ослабление интерференции.

- Низкая вероятность перехвата (для сжатия принятого сигнала необходимо располагать оригиналом расширяющей последовательности и установить синхронизацию по задержке).

- Множественный доступ (при обеспечении кодового разделения сигналов).

- Многолучевой приём (использование Rake-приёмников). Разрешение различных лучей в приёмном устройстве при сохранении достаточной длительности сигнала (и, соответственно, удержании пиковой мощности в заданных пределах) обеспечивается тем свойством, согласно которому время корреляции сигнала обратно пропорционально ширине его спектра [16].

- Разнесённый приём.

Патентный поиск и анализ литературы, проведённый в рамках диссертационной работы, позволяют сделать следующие важные выводы:

а) Значительное внимание в современных исследованиях уделено совершенствованию СПИ, работающих на основе технологии CDMA (см. работы [57, 64, 66] и др.).

б) Комбинирование технологий CDMA и OFDM является перспективным с точки зрения создания новых стандартов беспроводной широкополосной связи (см. работы [85, 102, 105] и др.).

в) Отдельным и крайне важным направлением научных исследований является разработка систем передачи информации шумоподобными сигналами (см. работы [62, 104, 110, 114] и др.).

Выводы а и б подтверждаются такими работами, как, например, работа К. Фейзела и С. Кайзера [67], в которой проиллюстрировано многообразие и перспективность СПИ на основе ШПС и работа Г. Зюко [13], в которой речь идёт о повышении эффективности СПИ. Согласно Г. Зюко направлениями оптимизации СПИ являются «разработка принципиально новых систем модуляции и кодирования при значительном изменении существующей аппаратуры» [там же, с.9] и «создание систем, совместимых с существующими системами без коренной и дорогостоящей реконструкции аппаратуры» [там же]. Применение более совершенных методов модуляции и кодирования позволяет повысить верность или скорость передачи информации без существенного увеличения ОСШ на входе приёмника.

Таким образом, возможно сделать заключение: разработка новых или улучшенных СПИ с использованием ШПС была и остаётся актуальной в настоящее время.

1.2 Существующие тенденции в области генерирования и передачи сигналов

для СПИ ШПС

В работе В.А. Котельникова [20] говорится о том, что использование М-ичных сигналов позволяет без изменения их энергии или ширины спектра за счёт увеличения объёма ансамбля сигналов М увеличить количество передаваемой информации, то есть приблизиться к пределу Шеннона по пропускной способности канала. Приближение к этому пределу не может быть оптимальным для систем связи, работающих в различных условиях и возможно на различных участках кривой Шеннона. Таким образом, в зависимости от необходимости может обеспечиваться либо большая энергетическая эффективность, либо большая спектральная эффективность при заданной ВОБ. Важно также учитывать сложность реализации СПИ, которая при улучшении прочих характеристик будет возрастать (а это влияет и на стоимость СПИ).

В. Ипатов приводит доказательство того, что ортогональные сигналы

«практически (при М » 1 для когерентных сигналов) и даже теоретически (для некогерентного случая) оптимальны при М-ичной передаче данных» [16, с.53].

Следует вспомнить математическое определение ортогональности [15].

т

(ЗДЛ(О) = = (1-2)

о

В таблице 2 приведена информация по ортогональным кодам, используемым в современных системах связи для передачи информации широкополосными сигналами.

Таблица 2 - Ортогональные коды, используемые в современных системах связи для передачи информации широкополосными сигналами

Ортогональные коды Где применяются

Коды Уолша IS-95, CDMA 2000

Коды Голда GPS, UMTS

Ортогональные коды переменной длины UMTS

Ортогональные коды, выбранные из набора комплементарных кодов IEEE 802.11

Случайные ортогональные коды Нет данных

Возможно осуществлять как когерентный, так и некогерентный приём ШПС. Каждый из этих видов приёма может быть как оптимальным, так и неоптимальным.

Когерентный приём, как. известно [30], обеспечивает энергетический выигрыш по сравнению с некогерентным приёмом, хотя и отличается большей сложностью реализации.

Как видно из рисунка 3 (теоретические кривые для которого построены по выражениям, приведённым в работах [20, 26]), проигрыш от использования некогерентного приёма относительно когерентного снижается при увеличении числа сигналов в ансамбле М и уже при М = 64 становится незначительным (при вероятности ошибки на бит Рб=10~4 его значение составляет 0,7 дБ). По этой

причине модуляция по закону ФМ-2 ортогональными функциями Уолша широко применяется в современных стандартах связи.

Рисунок 3 - Зависимость величины средней ВОБ от ОСШ на бит (Рб = /(^б(дБ))) Для Личных ортогональных сигналов для канала с постоянными

параметрами и АБГШ

Дополнительным достоинством модуляции ортогональными функциями Уолша является то, что сигналы при ФМ-2 ортогональны в усиленном смысле. Они сохраняют ортогональность при различных фазовых сдвигах сигналов. Это позволяет использовать более простой в реализации некогерентный прием с когерентным сложением.

Однако число наиболее известных и широко применяемых ортогональных кодов, таких, как коды Уолша и Голда и, соответственно, ортогональных кодов, производных от них, строго ограничено. Это подтверждается, например, тем, что в стандарте IMT-MC (International Mobile Telecommunications - Multi-Carrier), являющемся развитием стандарта IS-95, для М-ичной модуляции используются как ортогональные коды Уолша, так и квазиортогональные коды Уолша. К последним пришлось перейти из-за ограниченности ансамблей ортогональных кодов Уолша. Ещё одним недостатком наиболее распространённых

ортогональных кодов является то, что их структура и принципы их формирования широко известны. Это обуславливает эффективность воздействия на системы с использованием таких кодов имитационных помех. Данный фактор наглядно демонстрирует необходимость поиска новых подходов к вопросу формирования М-ичных ортогональных ШПС с отсутствием детерминированной структуры.

Применение многочастотных сигналов в радиосистемах позволяет обеспечить большую ширину спектра и, соответственно, большую базу и помехозащищенность при наличии помех в канале. Кроме того, реализуется эффект частотного разнесения и обеспечивается более эффективный многостанционный доступ. В уже упоминавшейся ранее работе [67] основное внимание уделялось именно многочастотным системам, работающим на основе технологии CDMA. Это направление подверглось тщательной проработке исследователями в области теории связи, особенно после того, как стали очевидными достоинства модуляции OFDM: ослабление межсимвольной интерференции, высокая спектральная эффективность, возможность повышения скорости передачи информации. В 1990-м году OFDM была выбрана в качестве вида модуляции для стандарта ADSL в США [61] и для стандарта DAB в Европе. Важно, что OFDM достаточно просто реализуется на цифровой элементной базе с использованием алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ). Описание технологии OFDM кратко приведено в работе [67].

Отдельные поднесущие (когда применительно к системам связи, использующим технологии OFDM и CDMA, употребляется слово «несущие», очень часто на самом деле имеется в виду именно слово «поднесущие») OFDM сигнала могут модулироваться с использованием ФМ-2, KAM-16 или КАМ-64. Это позволяет обеспечить соответствующим системам передачи информации важное качество - адаптивность (регулировка скорости передачи информации для абонентов с различным значением параметра QoS (англ. Quality of Service -качество сервиса) в различных канальных условиях). При совмещении технологий OFDM и CDMA данный принцип сохранился.

В работе [67] также приведено описание технологии множественного доступа OFDMA (англ. Orthogonal Frequency Division Multiple Access -ортогональное частотное разделение с МД), подразумевающей присвоение одной или нескольких поднесущих отдельному пользователю для передачи им информации. В таблице 1 были приведены некоторые стандарты, в которых применяется модуляция OFDM.

В 1993 году одновременно несколькими авторами (см. работы [60, 64, 68, 69, 79, 106, 117]) были представлены комбинации технологий CDMA и OFDM, сочетающих в себе их достоинства и известных как MC-CDMA (англ. Multi-Carrier - Code Division Multiple Access - кодовое разделение с МД на многих несущих) и MC-DS-CDMA (англ. Multi-Carrier-Direct Spread- Code Division Multiple Access - кодовое разделение с МД с прямым расширением спектра на многих несущих). MC-CDMA (используется для синхронной связи по каналам «вверх» и «вниз») и MC-DS-CDMA (используется для асинхронной связи по каналам «вверх» и «вниз») также существуют в различных модификациях, подробно описанных в работе [67]. Технология MC-DS-CDMA, как отмечено в работе [там же], взята за основу фирмой NTT DOCOMO при разработке новой системы мобильной связи. Общие принципы построения указанных систем приведены на рисунке 4, взятом из работы [там же].

Рэсшнреивие информационные символы

MC-DS-CDMA

(Раїнесеки* по времени)

Расширяющий код

-------—--------л

MC-CDMA

СРажесенне по частоте)

Рисунок 4 - Принцип работы технологий MC-CDMA и MC-DS-CDMA

Технология MC-CDMA, как следует из рисунка 4, основана на расширении спектра за счет многих поднесущих (их число на рисунке - N4). При этом чипы расширенного по спектру информационного символа (длительность каждого из которых равна Тч) передаются одновременно на всех поднесущих.

Технология MC-DS-CDMA (также см. рисунок 4) подразумевает расширение спектра за счет умножения информационного символа на расширяющую спектр последовательность длины / и передачу результата на отдельной поднесущей. Расстояние между поднесущими выбирается равным чиповой скорости, что обеспечивает ортогональность в усиленном смысле между передаваемыми на различных поднесущих сигналами. По этой причине MC-DS-CDMA - система с OFDM, в которой на каждой поднесущей передается ШПС, т.е. эту систему можно также назвать OFDM-CDMA. В таблице 3, взятой из работы [67], приведено сравнение анализируемых систем.

Таблица 3 - Основные характеристики различных концепций многочастотной

CDMA

Параметр Значение для технологии

MC-CDMA MC-DS-CDMA

Расширение Частотная область Временная область

Алгоритм детектирования MRC, EGC, ZF, MMSE-выравнивание, 1С, MLD Когерентный детектор (когерентный Rake)

Специфические характеристики Очень эффективно для синхронной связи по каналу «вниз» при использовании ортогональных кодов Разработано специально для асинхронной связи по каналу «вверх»

Применение Синхронная связь по каналам «вверх» и «вниз» Асинхронная связь по каналам «вверх» и «вниз»

Как видно из таблицы 3, MC-CDMA допускает более простые алгоритмы детектирования. При этом многолучевость может устраняться за счет введения защитного интервала, как в случае OFDM. MC-DS-CDMA требует применения когерентного Яаке-приемника или комбайнера для борьбы с многолучевостью, что усложняет реализацию. Однако при наличии многолучёвости и в случае мобильности абонентов из-за разности относительных скоростей в разных лучах доплеровские сдвиги в них оказываются различными. Это приводит к временным замираниям, скорость которых пропорциональна скорости взаимного перемещения передатчика и приемника. При этом система MC-DS-CDMA с Rake-приемником будет работать лучше, чем система MC-CDMA. Последняя потребует выравнивания сигнала, то есть сложность приемника в этих условиях становится сравнимой со сложностью приемника в системе MC-DS-CDMA.

Применение тех или иных многочастотных систем с использованием технологии расширения спектра напрямую зависит от числа абонентов, работающих в сети, от требований к скорости передачи информации и помехоустойчивости.

Важно отметить, что при некогерентном приёме М-ичных многочастотных ШПС наблюдаются потери при некогерентном накоплении. Следовательно, при увеличении числа поднесущих проигрыш некогерентного приёма относительно когерентного возрастает [50].

Далее приведён более подробный анализ тенденций применения различных методов модуляции (одночастотных и многочастотных) с расширенным спектром. Необходимые данные для этого представлены в таблице 4, где учтены основные виды модуляции с расширением спектра, используемые в современных стандартах. Их сравнение производилось по системе критериев, предложенных в работе [5], а именно: устойчивость к многолучевому распространению, помехоустойчивость, наличие паразитной амплитудной модуляции (определяемой величиной пик-фактора), сложность реализации.

Таблица 4 - Сравнительная характеристика различных видов модуляции с расширенным спектром

Вид модуляции Стандарты, где применяются (в том числе перспективные) Чипсет (примеры) Скорость передачи, Мбит/с Полоса частот, МГц Устойчивость к многолу-чевости Помехоустойчивость Эффективность использования спектра Паразитная амплитудная модуляция Сложность реализации

ССК IEEE 802.1 lb/g ВСМ9430Ь; AR5001x Combo WLAN адаптер (Rinicom) 5,5; 11,0 20,00 2 2 2 1 1

МВОК IS-95 - 0,0096-0,0144 1,25 1 1 2 1 2

МВОК HSDPA; HSVDA QSD8250; QSD8672 5,7; 14,4 - 1 1 2 1 1

МС-МВОК-CDMA CDMA-2000 QSD8250; QSD8650; QSD8672 (Sharp-dragon) 0,307-34,307 5,00 1 1 2 2 3

OFDMA IEEE 802.16e; LTE; IEEE 802.20; IEEE 802.22 RNA200 (Runkom); SQN1110 0,009-2,8 1,25-20,00 (общая); 0,018-0,625 (в одном канале) 1 3 1 2 2

MC-DS-CDMA (OFDM-CDMA) предложено NTT DOCOMO - 100-по каналу «вниз», 20 - по каналу «вверх» 101,50 1 2 1 2 4

MC-CDMA К. Фейзел, С. Кайзер [67] - - - 1 2 1 2 3

SS-MC-MA К. Фейзел, С. Кайзер [67] - Аналогично ОРОМА - 1 2 1 2 2

Строгая численная оценка каждого показателя, безусловно, возможна, однако она затруднена многообразием условий использования видов модуляции в конкретном стандарте (различные полосы канала, скорости передачи информации и т.д.). Поэтому оценка была произведена с использованием балльной системы. Меньшее значение соответствует лучшему показателю.

ССК-модуляция (англ. Complementary Code Keying - кодирование комплементарным кодом) предполагает дифференциальную квадратурную модуляцию (ОФМ-4) двумя комплементарными последовательностями. Каждая такая последовательность слабо коррелирует сама с собой при фазовом сдвиге. Это обеспечивает уменьшение межсимвольной интерференции из-за многолучевого распространения сигналов и используется в стандартах IEEE 802.11 a,b,g.

М-ичная ортогональная модуляция (англ. М-ary Orthogonal Keying или МОК) реализуется путем двухфазной модуляции высокочастотной несущей расширяющими ортогональными кодами. В современных стандартах в качестве таких ортогональных кодов применяются функции Уолша. Разновидностью МОК является М-ичная биортогональная модуляция (англ. M-ary Biorthogonal Keying или МВОК), в которой используется четырехфазная модуляция высокочастотной несущей расширяющими ортогональными кодами. Она позволяет увеличить скорость передачи информации в два раза.

Если рассматривать технологии OFDMA и DS-CDMA/MC-CDMA в качестве конкурирующих, то следует сказать о том, что OFDMA-система обладает такими полезными свойствами широкополосных систем с одной несущей (DS-CDMA) или со многими несущими (MC-CDMA), как:

- обеспечение многостанционного доступа;

- требование меньшего запаса по мощности из-за наличия замираний сигналов на поднесущих и влияния узкополосных помех по сравнению с узкополосными системами.

В то же время, система OFDMA имеет большую ёмкость по сравнению с DS-CDMA и MC-CDMA из-за отсутствия помех между пользователями.

В системе OFDMA помехи между пользователями устраняются (точнее, уменьшаются) путём выбора ортогональных (неперекрывающихся по спектру) поднесущих и введением защитных частотных полос. В системах DS-CDMA и MC-CDMA взаимные помехи имеют место [67]. Кроме того, система OFDMA позволяет более гибко, чем системы DS-CDMA и MC-CDMA перераспределять ширину спектра при изменении требований к скорости передачи информации.

Режим OFDMA в стандарте Mobile WiMax включает применение схемы пространственно-временного (ПВ) кодирования, кодирования Аламоути и ПВ-кодирования с системой MIMO (англ. Multiple In Multiple Out - много входов и много выходов). Этот режим специально предназначен для наиболее тяжелых условий связи (отсутствие прямой видимости, высокая мобильность абонентов при скоростях движения, близких к предельным для данного стандарта - 150 миль/час и т.д.). Стандарт Mobile WiMax обладает многими режимами, позволяющими обеспечить устойчивость связи в различных условиях. К таким режимам можно отнести: AAS (англ. Adaptive Antennas System - адаптивные антенные системы с переключением лучей), STC (англ. Space-Time Coding -пространственно временное кодирование (например, Аламоути и MIMO)), HARQ (англ. Hybrid Automatic Repeat Request - гибридный автоматический запрос повторения), Mesh-сеть, в которой информация передается по цепочке из нескольких абонентских станций, адаптация по методу модуляции и кодирования в зависимости от условий связи.

Многие члены WiMax Forum, такие, как Runcom, Sequans, Samsung, Atmel, Intel, Texas Instruments и другие, выпустили чипсеты, реализующие стандарт IEEE 802.16е-2005. Лидерами на настоящий момент являются фирма Runcom Technologies Ltd и фирма Sequans Communication, недавно выпустившая соответствующие чипсеты.

Большой диапазон услуг, предоставляемых пользователям, возможность обеспечения связи в различных помеховых условиях, наличие готового оборудования обусловили интенсивную работу по созданию широкополосных систем, построенных на основе стандарта IEEE 802.16e.

В целом, в плане помехозащищенности системы, построенные на основе данного стандарта находятся на более низком уровне, чем системы на основе стандартов IS-95, CDMA-2000 и WCDMA/UMTS.

В последнем столбце таблицы 4 приведены данные о методе модуляции (методе доступа), имеющем название SS-MC-MA (англ. Spread Spectrum - Multi-Carrier - Multiple Access - МД с расширением спектра и со многими поднесущими). Он предложен и описан в работе [67]. По сути, это метод OFDMA, в котором на каждой поднесущей сигнал передается с расширением спектра. Комбинация псевдослучайной перестройки частоты (ППРЧ) и ШПС на многих поднесущих позволяет обеспечить повышенную помехозащищенность. При реализации приема в целом такой метод модуляции обеспечивает выигрыш по сравнению с OFDMA и в случае флуктуационных помех.

Повышение помехоустойчивости приёма для SS-MC-MA может быть достигнуто посредством применения «мягкого» устранения интерференции. При связи по каналу «вверх» SS-MC-MA превосходит OFDMA, хотя и требует более сложных приёмников. При связи по каналу «вниз» выигрыш в отношении энергии сигнала к спектральной плотности мощности шума при одинаковой вероятности ошибки для системы SS-MC-MA повышается, приблизительно, на 1 дБ по сравнению с системой OFDMA - благодаря сниженным издержкам при оценке канала.

Говоря о СПИ ШПС, нельзя не сказать о шумоподобных сигналах и об их использовании в соответствующих системах.

Системы связи, использующие шумоподобные последовательности, в общем случае могут рассматриваться как системы с прямым расширением спектра [83]. Однако при применении шумоподобных сигналов существенно повышаются требования к приёмной аппаратуре [116].

В работе [83] упоминается о том, что в 1990-х годах интерес к шумоподобным сигналам возрос: были опубликованы работы по методам синхронизации генераторов таких сигналов [56, 87, 90]. Также различными авторами было продемонстрировано превосходство систем, использующих шумоподобные

сигналы, над системами с прямым расширением спектра двоичными последовательностями [65, 75, 78, 91]. Основным отличием шумоподобных сигналов от двоичных сигналов с расширенным спектром является отсутствие в них явной периодичности.

Методики обнаружения и анализа структуры передаваемых в различных системах связи сигналов в последнее время динамично развивались (в том числе в связи с появлением так называемого когнитивного радио [58]). Энергетические детекторы (ЭД) уже давно не являются основным способом обнаружения передаваемых сигналов [77], поскольку они позволяют судить только о факте наличия/отсутствия сигнала в канале связи. На сегодняшний день для определения основных параметров передаваемых сигналов активно используются методы, позволяющие обнаружить характерные частоты сигнала, например, частоту следования субэлементов, несущую частоту. Вычисление коэффициента спектральной когерентности и функции спектральной корреляции, производимое в этих методах, обеспечивает возможность оценки циклостационарных свойств сигналов (см. работы профессора В. Гарднера [72-74]). Более подробно о циклостационарности будет говориться во 2-й главе диссертационной работы.

Очевидно, что современные методы вскрытия структуры сигналов, о которых шла речь, могут использоваться как, например, в целях поиска свободных участков спектра (см. работу [63]) в сотовых сетях связи для выделения их под нужды абонентов, так и в целях радиообнаружения и радиоперехвата со стороны вероятного противника.

У большинства шумов естественного происхождения характерные частоты отсутствуют. И это говорит о перспективности применения шумоподобных сигналов в системах связи, в которых к помехозащищённости и скрытности предъявляются повышенные требования.

Шумоподобные сигналы также называют хаотическими. Они формируются в соответствии со следующими принципами [83]:

- шумоподобные сигналы должны поддаваться воспроизведению;

- значения, которые принимает шумоподобный сигнал, должны зависеть от начальных условий (значений).

Шумовые последовательности могут формироваться программно (например, с помощью логистического выражения /(х) = х(1 - х) или полинома Чебышева

третьего порядка /(х) = 4х3 - Зх [54]) и аппаратно (например, цепи, основанные на CMOS (англ. Complementary metal-oxide semiconductor - комплементарный металло-оксидный полупроводник) [99]).

В 1993 году X. Дедьё, М. Кеннеди, и М. Хаслер внесли предложение, которое легло в основу концепции CSK (англ. Chaos Shift Keying - модуляция отрезками хаотического сигнала) [65]. CSK является более эффективным подходом, чем простое маскирование полезного сигнала шумоподобным, так как в первом случае ОСШ получается крайне низким и, соответственно, ёмкость таких систем передачи информации существенно ограничена. Принцип модуляции CSK можно пояснить на простых примерах. Частными случаями модуляции CSK, почти аналогичными BPSK (ФМ-2) и QPSK (ФМ-4) являются: BCSK (англ. Binary Chaos Shift Keying - модуляция двумя отрезками хаотического сигнала) и QCSK (англ. Quadrature Chaos Shift Keying - квадратурная модуляция отрезками хаотического сигнала). В модуляции BCSK в зависимости от передаваемого символа («О» или «1») передаётся либо отрезок шума, либо он же, но повёрнутый на 180 градусов. В модуляции QCSK, как и в модуляции QPSK, складывают друг с другом два ортогональных сигнала. При этом существует четыре различных комбинации для этих сигналов с учётом того, что и первый, и второй сигнал могут находиться как в фазе, так и в противофазе относительно своих эталонных копий.

5, (0 = ±»7, (О, S2(t) = ±rj2(t),

S(t) = Sï(t) + S2(t), (13)

где r\x (t) и r¡2 (t) - два ортогональных отрезка шума; S(t) - общий передаваемый сигнал.

На приёмной стороне вычисляется корреляция принятого сигнала с каждым из двух используемых в системе ортогональных сигналов и, таким образом, определяется, с какой фазой был передан каждый из двух шумовых сигналов.

Возможны также другие способы передачи информации шумоподобными сигналами, например, с использованием дифференциального кодирования: последовательно передаются отрезки шума в фазе или в противофазе и, соответственно, принимается решение о передаче нуля или единицы.

Как и в бинарных системах передачи информации, особый интерес представляют ансамбли из М ортогональных сигналов. Они позволяют увеличить ёмкость системы, приблизившись к пределу Шеннона по пропускной способности канала, обеспечить многостанционный доступ и, при наличии синхронизма, максимально снизить межсимвольную интерференцию.

В работе [115] сделан ещё один шаг вперёд. Известно, что в модуляции ФМ-М (которая, как и модуляция КАМ-М, может использоваться совместно с OFDM и CDMA) при увеличении количества бит, соотносимых с одной точкой сигнального созвездия, происходит значительное снижение помехоустойчивости по причине уменьшения расстояния между точками на окружности сигнального созвездия. В модуляции КАМ-М (в которой зависимость между информационной ёмкостью точки сигнального созвездия и помехоустойчивостью снижена по сравнению с ФМ-М) при увеличении числа точек в сигнальном созвездии увеличивается количество уровней мощности передаваемого сигнала, что приводит к повышению вероятности его обнаружения условным противником. В работе [там же] было предложено использовать га-мерное созвездие, основанное на ортогональных шумоподобных сигналах, которые образуют ортонормальный базис. Таким образом, возможно повысить скорость передачи информации без существенного снижения помехоустойчивости или скрытности работы.

Можно сделать вывод, что одним из путей повышения скрытности работы систем беспроводной связи при ограничениях, наложенных на сложность (и стоимость) приёмной аппаратуры является использование в качестве несущего сигнала М ортогональных отрезков шума (который может быть, например, белым

гауссовским шумом (БГШ)), сформированных в передатчике и воспроизведённых в приёмнике. Ансамбль отрезков шума может соответствовать ансамблю двоичных кодовых слов, в которых число информационных бит определяется как к = М.

Всё вышесказанное свидетельствует о том, что исследования, касающиеся способов формирования М-ичных ортогональных шумоподобных сигналов являются крайне важными и перспективными с точки зрения формирования облика беспроводных систем широкополосной связи нового поколения.

В статье [10] приведён пример СПИ с использованием ортогональных многоуровневых хаотических последовательностей. Сам принцип получения таких последовательностей подробно не разобран, однако предложено менять ортогональные последовательности для передачи конкретных символов в процессе работы.

Генерация ортогональных в обычном смысле сигналов из отрезков БГШ с использованием процедуры Грама-Шмидта была рассмотрена в 2001 году в работе [29], в 2005 году - в работе [59] и лишь в 2011 году - в патенте США [110] (на рисунке 5 изображён общий принцип). Первые две работы будут упоминаться позднее (во 2-й главе) и использоваться в качестве основополагающих для диссертационного исследования. Ниже описан способ, представленный в наиболее поздней работе [там же].

ЗД

Генератор •

БГШ • •

Аналого-цифровой преобразователь

Оргог онализатор по алгоритму Грама-Шм ид та

и,{пТ)

и2{пТ)

>

и

М-ичный псевдо случайный ортогональный алфавит

Рисунок 5 - Формирование ансамбля ортогональных сигналов

из отрезков БГШ

Согласно этому способу сигнал S(t), формируемый генератором БГШ, разбивается на отрезки одинаковой длительности: S^t), S2(t), ...,SM(t) - по общему числу сигналов, задающих некоторый алфавит (см. рисунок 6). При этом d - номер периода информационного сигнала, а Т - длительность периода информационного сигнала.

Рисунок 6 - Разбиение сформированной реализации БГШ на отрезки

Далее отрезки БГШ проходят процедуру ортогонализации по алгоритму Грама-Шмидта, образуя по отдельности или в совокупности (несколько отрезков объединяются в один) ансамбль М-ичных ортогональных сигналов, каждый из которых может ставиться в соответствие одной или нескольким комбинациям из к информационных бит, где к - log2 М и передаваться по каналу связи.

Однако в данном патенте (как и в статье [107], в которой также рассматривается возможность получения ансамбля М ортогональных в обычном смысле сигналов с использованием процедуры Грама-Шмидта) не была учтена конвергенция технологий OFDM и CDMA в смысле обеспечения возможности одновременной независимой передачи информации на многих несущих и многостанционного доступа. Также не был рассмотрен вопрос формирования ансамбля ортогональных в усиленном смысле сигналов. Отличие патента США (см. патентную формулу и рисунок 17 патента [110]) состоит ещё и в том, что в нём ортогональные многочастотные сигналы, формируются с помощью обратного

быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) на основе амплитуд спектральных составляющих, уже представленных в канале связи (и эти спектральные составляющие с большой степенью вероятности не являются независимыми). Это скажется на свойстве скрытности.

1.3 Модели каналов для СПИ ШПС

В диссертационной работе рассматривается передача радиосигналов в КВ и УКВ диапазонах.

Существуют международные стандарты для построения систем передачи дискретной информации КВ диапазона с использованием полос 3 и 12 кГц.

Основной моделью ионосферного канала с полосой, не превышающей 12 кГц, является модель Ваттерсона, подробно описанная в многочисленных работах по соответствующей тематике, например, в работах [109, 112]. В диссертационной работе автор при моделировании КВ канала руководствовался моделью Ваттерсона и рекомендацией ГГи-Я Б. 1487 («Тестирование КВ-модемов с полосой до 12 КГц с использованием ионосферных канальных симуляторов») [103]. В этой рекомендации приведены данные по стандартным значениям параметров ионосферного канала для различных широт и условий передачи информации. Для каналов с полосой более 12 кГц утверждённых стандартов канала в настоящее время не существует (это подтверждено, в том числе, личным общением автора диссертационной работы с представителями организации 1опо1аЬ, базирующейся в Турции и занимающейся исследованием ионосферы). Основных причин, согласно вышеупомянутой рекомендации 1Ти-Я, две:

- существует незначительное число модемов, рассчитанных на полосу от 12 кГц до 1 МГц, пригодных для утверждения модели;

- в процессе испытаний в этом режиме крайне проблематично получить исчерпывающую информацию о канале.

Известно, однако, что в настоящее время изучается возможность применения модели Ваттерсона к каналам с полосой до 24 кГц [111]. Это обусловило то, что в

данной работе для ширины полосы канала не более 24 кГц модель Ваттерсона считается пригодной к использованию.

В таблице 5 приведены эталонные комбинации параметров (см. работу [103]) для тестирования КВ-модемов при различных условиях в канале.

Таблица 5 - Эталонные комбинации параметров для тестирования КВ-модемов при различных условиях в канале

Широты Условия в канале Дифференциальная временная задержка, мс Частотное расширение, Гц

Малые широты Нет помех 0,5 0,5

Умеренные условия 2,0 1,5

Сильные помехи 6,0 10

Средние широты Нет помех 0,5 од

Умеренные условия 1,0 0,5

Сильные помехи 2,0 1,0

Помехи около вертикального наклона (при необходимости может быть прибавлен компонент земной волны) 7,0 1,0

Большие широты Нет помех 1,0 0,5

Умеренные условия 3,0 10,0

Сильные помехи 7,0 30,0

Ниже приведено математическое описание модели КВ канала, используемой в диссертационной работе. В этой модели учитываются такие факторы как

замирания, дискретная многолучёвость и воздействие комплекса импульсных, сосредоточенных и флуктуационных помех.

Рассмотрим модель KB канала с замираниями и дискретной многолучёвостью. Представим принимаемую смесь в виде

y(t) = S(t,e(t),pA) + pm(t) + pm(t) + /1(0, (1.4)

где s{t,0{t),p,À^ - сигнал, прошедший через радиоканал; 0{$) - дискретный параметр сигнала;

р, Я - векторы переменных параметров, которые зависят от особенностей

формирования сигнала в передатчике и его искажений в канале;

Pcn(t) - сосредоточенная помеха (СП);

PMI(t) - импульсная помеха (ИП);

n(t) - флуктуационная помеха (ФП).

Модели помех для выражения (1.4) представлены в работе профессора Чеснокова М.Н. [48] и кратко описаны ниже.

ФП определяется шумами в канале связи и собственными шумами радиоприёмного устройства, считается гауссовской и имеет свойства (и(0) = 0,

(n(t)n{t + г)) = 0,5N0S(t) (5{t) - дельта-функция).

ИП чаще всего представляют собой последовательности кратковременных импульсов, ширина спектра которых превышает полосу пропускания приёмника. «Известно, что основным источником ИП в диапазоне частот до 30 МГц являются грозовые разряды, а также высоковольтные линии электропередач» [там же, с.33]. В диапазоне 30-1000 МГц основная причина ИП - системы зажигания автомобилей и промышленные установки.

СП - сигналы от других радиопередающих устройств. Эти сигналы, промодулированные по различным законам, попадают на приёмное устройство, на которое приходит полезный сигнал. «СП можно описать функциями от непрерывных и дискретных (в случае манипулированных помех) марковских процессов» [там же, с.30].

Пусть имеется ансамбль из М ортогональных СМПШПС с т поднесущими и / временными субэлементами. Число сигналов в ансамбле не может превышать размерности сигнального пространства: М < 2т1. Каждый из сигналов образован путём модуляции т поднесущих псевдослучайными аналоговыми квадратурами

Лу и Рщ (г = 7 = 1,...,/):

Заключение диссертации по теме «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения», Каменецкий, Борис Семёнович

Результаты работы реализованы на ведущем предприятии ООО «Научно-производственное предприятие «Новые технологии телекоммуникаций», а также в ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» (г. Санкт-Петербург) в отчетных материалах о НИР «Разработка научно-технических принципов построения и технического облика подсистемы определения характеристик НЗИ и передачи служебной информации (ПСИ) с использованием многочастотных стохастических ШПС (МЧС ШПС)» [28], что подтверждается соответствующими справками о внедрении.

Результаты диссертационного исследования могут найти своё продолжение и применение при разработке систем радиосвязи различного назначения, в том числе и тех, в которых предъявляются повышенные требования к скрытности и помехозащищённости. Отдельной областью исследования являются многомерные СМПШПС, формирование сигнальных созвездий СМПШПС. Также открытой для изучения и дальнейшей проработки является тема, касающаяся вопросов передачи и приёма СМПШПС в условиях множественного доступа.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Сокращение Расшифровка на Расшифровка на русском языке английском языке

АБГШ аддитивный белый гауссовский шум

АКФ автокорреляционная функция

АПП аналоговая псевдослучайная последовательность

АЦП аналого-цифровой преобразователь

БГШ белый гауссовский шум

БПФ быстрое преобразование Фурье

ВКФ взаимная корреляционная функция

ВОБ вероятность ошибки на бит

ВП вычислительная платформа

ДВ дискретное время

ДЦ детектор циклостационарности

ИП импульсная помеха

KAM квадратурная амплитудная модуляция

KB коротковолновый

КС квадратурные составляющие

ЛРР линейный рекуррентный регистр

ЛЧМ линейная частотная модуляция

НБПРВ наименее благоприятная плотность распределения вероятности НЗИ наклонное зондирование ионосферы

НМФ нелинейная марковская фильтрация

ОАВ обобщённый алгоритм Витерби

ОБПФ обратное быстрое преобразование

Фурье

ОНФ МП оптимальная нелинейная фильтрация марковских процессов ООС ортогональные в обычном смысле

ОСДП обратная связь по дискретному параметру

ОСШ отношение сигнал/шум

ОУС ортогональные в усиленном смысле

ПСИ передача служебной информации

ПЛИС программируемая логическая интегральная схема

СМПШПС стохастические многочастотные параллельно-последовательные широкополосные сигналы СП сосредоточенная помеха

СПИ ШПС система передачи информации широкополосными сигналами СС структурная скрытность

УКВ ультракоротковолновый

ФМ фазовая модуляция

ФНЧ фильтр нижних частот

ФП флуктуационная помеха

ФСК функция спектральной корреляции

ЦАП цифро-аналоговый преобразователь

ШПС широкополосные сигналы

ЭД энергетический детектор

ЭС

BER

CDMA

CSK

EGC FSK LDPC

LUT

MC-CDMA

MC-DS-CDMA

МОК

Bit to Error Ratio Code Division Multiple Access

Chaos Shift Keying

Equal Gain Combining Frequency Shift Keying Low-Density Parity Check look-up table

Multi Carrier Code Division Multiple Access

Multi Carrier Direct Spread Code Division Multiple Access

M-ary Othogonal Keying энергетическая скрытность вероятность ошибки на бит кодовое разделение с множественным доступом модуляция отрезками хаотического сигнала комбинирование с равным уровнем частотная манипуляция низкая плотность проверок на чётность

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена научная задача разработки способов формирования и приёма М-ичных стохастических многочастотных параллельно-последовательных широкополосных сигналов.

В процессе проведённых в диссертационной работе исследований получен ряд научных результатов:

1. Разработано 2 способа формирования ортогональных в усиленном смысле СМПШПС.

2. Приведены результаты анализа характеристик помехоустойчивости, скрытности, корреляционных свойств и пик-фактора ортогональных СМПШПС.

3. Разработано 2 способа приёма ортогональных СМПШПС на основе аппарата нелинейной марковской фильтрации в дискретном времени с учётом воздействия на полезный сигнал комплекса импульсных, сосредоточенных и флуктуационных помех.

4. Разработаны предложения по реализации радиосистем с ортогональными СМПШПС - помехозащищённой системы передачи информации с множественным доступом, системы наклонного зондирования ионосферы и передачи служебной информации.

Лично автором разработаны следующие вопросы, содержащие научную новизну:

1. Способ формирования ортогональных в усиленном смысле СМПШПС с использованием алгоритма ортогонализации Грама-Шмидта.

2. Результаты анализа характеристик помехоустойчивости, скрытности, корреляционных свойств и пик-фактора ортогональных СМПТТТПС.

3. Способы приёма ортогональных СМПТТТПС на основе аппарата нелинейной марковской фильтрации в дискретном времени с учётом воздействия на полезный сигнал комплекса импульсных, сосредоточенных и флуктуационных помех.

4. Эксплуатационные характеристики радиосистем с ортогональными СМПТТТПС - помехозащищённой системы передачи информации с множественным доступом, системы наклонного зондирования ионосферы и передачи служебной информации, - полученные с помощью методов макетирования (в первом случае) и имитационного моделирования (во втором случае).

При непосредственном участии автора в соавторстве с профессором Чесноковым М.Н., аспирантами Литвиновым A.A. и Соловьёвым A.A. был разработан способ формирования ансамблей ортогональных СМПШПС на основе обобщённого алгоритма Витерби.

Практическая ценность диссертационного исследования состоит в том, что:

1. Разработано 2 способа формирования ортогональных М-ичных стохастических многочастотных параллельно-последовательных ШПС, которые могут применяться в системах радиосвязи, где предъявляются повышенные требования к скрытности и помехозащищённости.

2. Полученная в среде Simulink пакета программ Matlab на основе синтезированного многофункционального алгоритма демодуляции и синхронизации ортогональных СМПШПС модель приёмного устройства для канала с замираниями и дискретной многолучёвостью, учитывающая воздействие комплекса импульсных, сосредоточенных и флуктуационных помех, может быть реализована на современных вычислительных платформах и использована для оценки состояния КВ канала и передачи служебной информации по КВ каналу.

3. Разработанный на базе современной вычислительной платформы (ПЛИС Virtex II, процессор TMS320C6416t) макет системы передачи информации с ортогональными в усиленном смысле СМПШПС, сформированными с помощью обобщённого алгоритма Витерби, может быть использован в рамках создания помехозащищённой системы передачи информации с множественным доступом.

Практическая ценность работы подтверждается также тем, что была подана патентная заявка на способ генерирования кодов, передаваемых в телекоммуникационных сетях (на основе этих кодов получены ортогональные в усиленном смысле СМПШПС, сформированные с помощью обобщённого алгоритма Витерби).

Научные результаты диссертационной работы апробированы на научно-технических конференциях, в том числе международных, опубликованы в сборниках тезисов к докладам на конференциях, статьях в журналах, в том числе входящих в перечень ВАК, отчётах о научно-исследовательской работе, заявке на изобретение.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Каменецкий, Борис Семёнович, 2013 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Альперт, Я. Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера / Я.Л. Альперт. - М. : Наука, 1972. - 564 с.

2. Анализ характеристик совместного использования М-ичных ортогональных стохастических ШПС и LDPC кодов / М.Н. Чесноков, Б.С. Каменецкий, A.A. Литвинов, A.A. Соловьёв, Б.С. Лежепёков // I международная научно-техническая и научно-методическая конференция «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании»: материалы. - СПб. : Издательство СПбГУТ, 2012. - С. 336-337.

3. Биккенин, P.P. Теория электрической связи / P.P. Биккенин, М.Н. Чесноков -М. : Издательский центр «Академия», 2010. - 336 с.

4. Биккенин, P.P. Разработка методов использования апериодических псевдослучайных последовательностей и корректирующих кодов для защиты систем связи от преднамеренных помех : дис. ... канд. техн. наук / Рафаэль Рифгатович Биккенин. - Л. : ВВМУРЭ, 1980. - 217 с.

5. Боровков, К.В. Перспективные способы модуляции в широкополосных системах передачи данных / К.В. Боровков, И.В. Малыгин // Технологии и средства связи. - 1998. - №5. - С. 54-60.

6. Варакин, Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами / Л.Е. Варакин. -М. : Радио и связь, 1985.-384 с.

7. Власов, Ю.М. Ионосферные радиолокационные комплексы "Авгур" / Ю.М. Власов, A.B. Кузьмин, В.А. Собчук // Нелинейный мир. - 2006. - т. 4, № 10. - С. 547-553.

8. Волков, Л.Н. Системы цифровой радиосвязи. Базовые методы и характеристики / Л.Н. Волков, М.С. Немировский, Ю.С. Шинаков. - М.: Эко-Трендз, 2005. - 392 с.

9. Голуб, Дж. Матричные вычисления / Дж. Голуб, Ч. Ван Лоун. - М. : Мир, 1999.-548 с.

10. Дубровский, В. Система передачи информации при помощи псевдохаотических сигналов [Электронный ресурс] / В. Дубровский. - Электрон, дан. - 2004. - Режим доступа :

www.radioradar.net/articles/scientific_technical/haos3.html, свободный. -Загл. с экрана.

11. Гинзбург, B.JI. Теория распространения радиоволн в ионосфере / B.JI. Гинзбург. - М. : Гостехиздат, 1949. - 358 с.

12. Заявка 2012140278 Российская Федерация, МПК9 Н 03 М 13/03. Способ генерирования кодов для формирования ансамблей сигналов в телекоммуникационных сетях / Б.С. Каменецкий, A.A. Литвинов, A.A. Соловьёв, М.Н. Чесноков ; заявитель ООО «НЛП «НТТ». - № 2012140278 ; заявл. 20.09.2012.-33 с.

13. Зюко, А.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации. / А.Г. Зюко. - М. : Радио и связь, 1985. - 271 с.

14. Иванов, В.А. Основы радиотехнических систем ДКМ диапазона / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, В.В. Шумаев. - Йошкар-Ола : МарГТУ, 1998. - 204 с.

15. Ильин, В.А. Линейная алгебра : Учебник для вузов / В.А. Ильин, Э.Г. Поздняк. - 4-е изд. - М. : Наука. Физматлит, 1999. - 296 с.

16. Ипатов, В.П. Широкополосные системы и кодовое разделение сигналов / В.П. Ипатов. - М : Техносфера, 2007. - 488 с.

17. Исследование технических путей создания тракта гидроакустического приёма и обнаружения в составе многофункциональной буксируемой кабельной антенны радиосвязи, радионавигации, целеуказания и акустики : отчёт по ОКР (заключ.) / рук. работы М.Н. Чесноков ; исполн. : Б.С. Каменецкий [и др.]. -СПб. : СПбГУТ, 2009. - 80 с.

18. Каменецкий Б.С. Разработка способа формирования ортогональных в усиленном смысле М-ичных стохастических многочастотных параллельно-последовательных широкополосных сигналов / Б.С. Каменецкий // Инфокоммуникационные технологии в инновациях, медико-биологических и технических науках: сборник научных трудов Пятого международного научного конгресса «Нейробиотелеком-2012». - СПб. : Политехника, 2012. - С. 29-32.

19. Коржик, В.И. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений / В.И. Коржик, Л.М. Финк, К.Н. Щелкунов ; под ред. Л.М. Финка. - М. : Радио и связь, 1981. - 232 с.

20. Котельников, В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости / В.А. Котельников. - М. : Радио и связь, 1998. - 152 с. : ил.

21. Лосев, В.В. Поиск и декодирование сложных сигналов / В.В. Лосев, Е.Б. Бродская, В.И. Коржик. - М. : Радио и связь, 1988. - 224 с.

22. Мальцев, А.И. Основы линейной алгебры / А.И. Мальцев. - М. : Наука, 1970.-400 с.

23. Морелос-Сарагоса, Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение / Р. Морелос-Сарагоса - М. : Техносфера, 2006. - 320 с.

24. Окунев, Ю.Б. Широкополосные системы связи с составными сигналами / Ю.Б. Окунев, Л.А. Яковлев - М. : Связь, 1968. - 168 с.

25. Перов, А.И. Статистическая теория радиотехнических систем / А.И. Перов. - М. : Радиотехника, 2003. - 400 с.

26. Прокис, Дж. Цифровая связь / Дж. Прокис - М. : Радио и связь, 2000 г. - 800 с. : ил.

27. Радыгин, П.М. Помехоустойчивый способ передачи сигналов времени по дискретному непрерывному каналу связи с помехами / П.М. Радыгин, П.В. Бочков, О.В. Иванцов // материалы V международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве». - 2012.

28. Разработка научно-технических принципов построения и технического облика подсистемы определения характеристик НЗИ и передачи служебной информации (ПСИ) с использованием многочастотных стохастических ШПС (МЧС ШПС) : отчёт о НИР (промежуточ.) / рук. работы М.Н. Чесноков ; исполн. : Б.С. Каменецкий [и др.]. -СПб. : СПбГУТ, 2011. - 85 с.

29. Синтез многочастотных многопозиционных ортогональных хаотических сигналов / М.Б. Орлов, М.Н. Чесноков, М.Н. Шипилов, А.И. Щербаков // Радиотехника. - 2001. - № 5. - С. 76-80.

30. Синтез цифровых многофункциональных алгоритмов обработки сигналов на основе теории марковской оптимальной нелинейной фильтрации и теории последовательных решений / М.Н. Чесноков, Б.С. Каменецкий, A.A. Литвинов, A.A. Соловьёв // 62-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов: материалы. -СПб. : ГОУВПО СПбГУТ, 2010. - С. 350-351.

31. Скляр, Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение / Б. Скляр. - изд. 2-е, испр. - М. : Издательский дом «Вильяме», 2007. -1104 с.

32. Статистический синтез и анализ модема стохастических М-ичных многочастотных параллельно-последовательных сигналов / М.Н. Чесноков, A.A. Соболев, Б.С. Каменецкий, A.A. Литвинов // 61-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов: материалы. - СПб.: СПбГУТ, 2009. - С. 233.

33. Теория передачи сигналов / А.Г. Зюко, Д.Д. Кловский, М.В. Назаров, Л.М. Финк. -М.: Связь, 1980.-288 с.

34. Тихонов, В.И. Нелинейная фильтрация и квазикогерентный приём сигналов / В.И. Тихонов, Н.К. Кульман. - М. : Сов. радио, 1975. - 704 с.

35. Тихонов, В.И. Оптимальный приём сигналов / В.И. Тихонов - М. : Радио и связь, 1983.-320 с.

36. Тихонов, В.И. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем / В.И. Тихонов, В.Н. Харисов. - М. : Радио и связь, 1991. - 608 с.

37. Тузов, Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов / Г.И. Тузов -М. : Сов. Радио, 1977. - 400 с.

38. Уоткинс, Дж. Основы матричных вычислений / Дж. Уоткинс - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. - 664 с.

39. Финк, Л.М. Теория передачи дискретных сообщений / Л.М. Финк. - М. : Сов. радио, 1970.-728 с.

40. Цыпкин, Я.З. Основы информационной теории идентификации / Я.З. Цыпкин. - М. : Наука. - 1984. - 320 с.

41. Чердынцев, В.А. Построение устройств синхронизации и выделения информации в системах с псевдослучайными сигналами / В.А. Чердынцев; под. ред. В.В. Шахгильдяна, Л.П. Белюстиной // Системы фазовой синхронизации. -М. : Радио и связь, 1982. - С. 11-26.

42. Чердынцев, В.А. Статистическая теория совмещённых радиотехнических систем / В.А. Чердынцев. - Мн. : Выш. школа, 1980. - 208 с.

43. Чесноков, М.Н. Исследование свойств М-ичных ортогональных многочастотных стохастических параллельно-последовательных широкополосных сигналов / М.Н. Чесноков, Б.С. Каменецкий, A.A. Литвинов // Информатизация и связь. - М. : Издательство AHO «Редакция журнала «Информатизация и связь», 2011. - № 5. - С. 13-15.

44. Чесноков, М.Н. Исследование свойств М-ичных ортогональных многочастотных стохастических параллельно-последовательных широкополосных сигналов / М.Н. Чесноков, Б.С. Каменецкий, A.A. Литвинов // X Международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов»: материалы. - Самара : ООО «Книга», 2011. -С. 335-336.

45. Чесноков, М.Н. Микропроцессорные помехоустойчивые устройства приёма цифровых сигналов / М.Н. Чесноков. - Санкт-Петербург : ВАС, 1994. - 172 с.

46. Чесноков, М.Н. Новые, ортогональные в усиленном смысле стохастические М-ичные многочастотные параллельно-последовательные широкополосные сигналы / М.Н. Чесноков, Б.С. Каменецкий // I международная научно-техническая и научно-методическая конференция «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании»: материалы. - СПб. : Издательство СПбГУТ, 2012. - С. 335-336.

47. Чесноков, М.Н. Синтез и анализ алгоритма оценивания импульсной характеристики декаметрового радиоканала с использованием стохастических многочастотных широкополосных сигналов / М.Н. Чесноков, Б.С. Каменецкий, A.A. Литвинов // X Международная научно-техническая конференция «Физика и

технические приложения волновых процессов»: материалы. - Самара : ООО «Книга», 2011.-С. 352.

48. Чесноков, М.Н. Современные методы приёма цифровых сигналов в линиях радиосвязи / М.Н. Чесноков - Ленинград : ВАС, 1988. - 192 с.

49. Чесноков, М.Н. Современное состояние и тенденции развития теории и техники широкополосных и сверхширокополосных сигналов / М.Н. Чесноков, Б.С. Каменецкий, A.A. Литвинов // 62-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов: материалы. - СПб.: ГОУВПО СПбГУТ, 2010. - С. 349-350.

50. Чесноков, М.Н. Сравнительный анализ методов оптимального приёма М-ичных одночастотных и многочастотных параллельно-последовательных ортогональных широкополосных сигналов / М.Н. Чесноков, Б.С. Каменецкий, A.A. Литвинов // Телекоммуникации. - М. : ООО «Наука и технологии», 2012. -№2.-С. 2-6.

51. Чесноков, М.Н. Статистический синтез и анализ демодулятора стохастических М-ичных многочастотных параллельно-последовательных широкополосных сигналов / М.Н. Чесноков, A.A. Соболев, Б.С. Каменецкий // Труды учебных заведений связи. - СПб. : ГОУВПО СПбГУТ, 2009. - №180. - С. 70-79.

52. Чесноков, М.Н. Структурная скрытность М-ичных широкополосных сигналов детерминированной и случайной структуры / М.Н. Чесноков, Б.С. Каменецкий // Информация и космос. - СПб. : НТОО «Институт телекоммуникаций», 2012. - № 3-4. - С. 22-28.

53. Чесноков, М.Н. Формирование и приём стохастических широкополосных сигналов на основе современных вычислительных платформ / М.Н. Чесноков, Б.С. Каменецкий, A.A. Литвинов // 63-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов: материалы. Часть 2. - СПб. : ГОУВПО СПбГУТ, 2011. - С. 32-34.

54. Ashwin P. Symmetry groups of attractors / P. Ashwin, I. Melbourne // Archive for Rational Mechanics and Analysis. - 1994. - vol. 126, № 1. - pp. 59-78.

55. Atwal S. An LPI Wireless Communication System Based On Chaotic Modulation / S. Atwal, F. Gagnon, C. Thibeault // Proceedings of IEEE Military Communications Conference (MILCOM'09). - Oct. 2009. - pp. 1-6.

56. Carroll T. Synchronizing chaotic circuits / T. Carroll, L. Pecora // IEEE Transactions on Circuits and Systems. - 1991. - vol. 38. - pp. 453-456.

57. CDMA transceiver with CDMA diversity receiver path shared with time duplexed receiver : patent application 2012/0202561 USA : IPC H 04 W 88/06 / Robinett R.L. ; assignee Qualcomm Incorporated. - №2012/0202561 ; appl. 06.02.12 ; publ. 09.08.12.-p. 26.

58. Chen Z. Quickest spectrum detection using hidden Markov model for cognitive radio / Z. Chen, Z. Hu, R.C. Qui // Proceedings of IEEE Military Communications Conference (MILCOM'09). - Oct. 2009. - pp. 1907-1913.

59. Chesnokov M.N. New Multifrequent M-ary Orthogonal Chaotic Broadband Signals and Methods of their Reception with Channel Features Evaluation / M.N. Chesnokov // 8-th International Symposium on Communication theory and Applications. - Jul. 2005. - pp. 187-191.

60. Chouly, A. Orthogonal multicarrier techniques applied to direct sequence spread spectrum CDMA systems / A. Chouly, A. Brajal, S. Jourdan // Proceedings of IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM'93). - Nov./Dec. 1993. - pp. 1723-1728.

61. Chow, J. S. A discrete multitone transceiver system for HDSL applications / J.S. Chow, J.-C. Tu , J.M. Cioffi // IEEE Journal on Selected Areas in Communications (JSAC). - Aug. 1991.-vol. 9.-pp. 895-908.

62. Circuit and method for generating the stochastic signal : patent application 2011260897 USA : IPC H 03 M 1/04 / Guojun Z. - № US2011260897 ; appl. 20.04.11 ; publ. 27.10.11.-p. 6.

63. Cognitive radio spectrum sensing via CDMA receiver coding : patent 2012102733 USA : H 04 W 16/14, H 04 W 28/16, H 04 W 72/02 / Ezekiel K ; applicant Empire Technology Development, LLC. - №W02012102733 ; appl. 28.01.11 ; publ. 02.08.12.-p. 13.

64. DaSilva, V. Performance of orthogonal CDMA codes for quasi-synchronous communication systems / V. DaSilva, E.S. Sousa // Proceedings of IEEE International Conference on Universal Personal Communications (ICUPC'93). - Oct. 1993. - pp. 995-999.

65. Dedieu, H. Chaos shift keying : modulation and demodulation of a chaotic carrier using self-synchronizing chua's circuits / H. Dedieu, M. Kennedy, M. Hasler // IEEE Transactions on Circuits and Systems II. - 1993. - vol. 40. - pp. 634-642.

66. Efficient despread and respread of multi-rate CDMA signals : patent 8149899 USA : IPC H 04 B 1/00 / R.C. McKown, C.M. Stillo, R.L. Dawes ; assignee Advanced Receiver Technologies, LLC. - № 8149899 ; appl. 26.11.08 ; publ. 03.04.12. - p. 19.

67. Fazel, K. Multi-carrier and spread spectrum systems : from OFDM and MC-CDMA to LTE and WiMAX / K. Fazel, S. Kaiser. - Atrium : John Wiley & Sons, 2008. -380 p.

68. Fazel, K. Performance of CDMA/OFDM for mobile communications system / K. Fazel // Proceedings of IEEE International Conference on Universal Personal Communications (ICUPC '93). - Oct. 1993. - pp. 975-979.

69. Fazel, K. On the performance of convolutionally-coded CDMA/OFDM for mobile communications system / K. Fazel, L. Papke // Proceedings of IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC '93). - Sept. 1993. - pp. 468-472.

70. Fishier, E. Detection of Signals by Information Theoretic Criteria : General Performance Asymptotic Analysis / E. Fishier, M. Grosmann, H. Messer // IEEE transactions on signal processing. - May 2002. - vol. 50, №5. - pp. 1027-1036.

71. Gallager, R. G. Low Density Parity Check Codes / R.G. Gallager. - Cambridge : M.I.T. Press, 1963.-p. 90.

72. Gardner, W. Cyclostationarity in communications and signal processing / W. Gardner, D. Cochran // IEEE press Piscataway. - New York, 1994. - pp. 1-90.

73. Gardner, W.A. Statistical spectral analysis : a nonprobabilistic theory / W.A. Gardner. - Englewood Cliffs : Prentice-Hall, 1988. - p. 566.

74. Gardner, W. The spectral correlation theory of cyclostationary time-series / W. Gardner // Signal Processing. - 1986 - vol. 11, № 1. - pp. 13-36.

75. Hasler, M. An introduction to the synchronization of chaotic systems : coupled skewtent maps / M. Hasler, Y. Maistrenko // IEEE Transactions on Circuits and Systems I : Fundamental Theory and Applications. - Oct. 1997. - vol. 44, № 10. - pp. 856-866.

76. Interoperability and Performance Standards for Data Modems [Text] : MIL-STD-188-110C. - Putted into operation in September 2011. - Department of Defence Interface Standard, 2011. - p. 244.

77. Kim, K.W. Exploiting Cyclostationarity for Radio Environmental Awareness in Cognitive Radios [Text] : dissertation ... PhD in Electrical and Computer Engineering : defended 08.05.08 / Kyou Woong Kim. - Blacksburg : Virginia Polytechnik Institute and State University, 2008. - p. 228.

78. Kolumban, G. The role of synchronization in digital communications using chaos : Fundamentals of digital communications / G. Kolumban, M. Kennedy, L. Chua // IEEE Transactions on Circuits and Systems I : Fundamental Theory and Applications. -Oct. 1997. - vol. 44, № 10. - pp. 927-936.

79. Kondo, S. On the use of multicarrier direct sequence spread spectrum systems / S. Kondo, L.B. Milstein // Proceedings of IEEE Military Communications Conference (MILCOM '93). - Oct. 1993. - pp. 52-56.

80. Kong, N. A selection combining scheme for RAKE receivers / N. Kong, T. Eng, L.B. Milstein // IEEE International Conference on Universal Personal Communications. -Nov. 1995.-pp. 426-430.

81. MacKay, D. J. C. Near Shannon limit performance of low density parity check codes / D. J. C. MacKay, R.M. Neal //Electronic Letters. - Mar. 1996. - vol. 32. - pp. 1645-1646.

82. Maleki, S., Pandharipande A., Leus G. Two Stage Spectrum Sensing for Cognitive Radios / S. Maleki, A. Pandharipande, G. Leus // ICASSP. - 2010. - pp. 2946-2949.

83. Michaels, A.J. Digital Chaotic Communications / A.J. Michaels. - Atlanta : Georgia Institute of Technology, Aug. 2009. - p. 220.

84. Multiple access code generation : patent 7587660 USA : IPC H 03 M 13/03 / Dyer J.S., Nataradjan B. - № US7587660 ; appl. 22.04.05 ; publ. 08.09.09. - p. 14.

85. Multiple access hybrid OFDM-CDMA system : patent 7764594 USA : IPC H 04 J 11/00, H 04 В 7/216 / Walter J.R., Ketchum J.W., Howard S.J., Wallace M. - № 7764594 ; appl. 26.07.06 ; publ. 27.07.10. - p. 20.

86. Neuvo, Y. Analysis and Digital Realization of a Pseudorandom Gaussian and Impulsive Noise Source / Y. Neuvo, H.K. Walter // IEEE Transactions on communications. - Sept. 1975. - vol. 23, №9. - pp. 849-858.

87. Ott, E. Controlling chaos / E. Ott, C. Grebogi, J. Yorke // Physics Review Letters. - 1990. - vol. 64. - pp. 1196-1199.

88. Parameter Estimation : Subspace Methods [Электронный ресурс] / School of Engineering. - Электрон, дан. - Март, 2007. - Режим доступа : www.seee.ed.ac.uk/~pchung/courses/LectureNote3.pdf, свободный. - Системные требования : Acrobat Reader. - Загл. с экрана.

89. Parameter Estimation : Subspace Methods [Электронный ресурс] / School of Engineering. - Электрон, дан. - Март, 2007. - Режим доступа : www.seee.ed.ac.uk/~pchung/courses/LectureNote6.pdf, свободный. - Системные требования : Acrobat Reader. - Загл. с экрана.

90. Pecora, L. Synchronization in chaotic systems / L. Pecora, T. Carroll // Physics Review Letters. - Feb. 1990. - vol. 64. - pp. 821-824.

91. Pickholtz, R. Theory of spread spectrum communications - a tutorial / R. Pickholtz, D. Schilling, L.B. Milstein // IEEE Transactions on Communications. - May 1982.-vol. 30.-pp. 855-884.

92. Receive diversity [Электронный ресурс]. - Электрон, дан. - May, 2007.-Режим доступа :

http://www.comm.utoronto.ca/~rsadve/Notes/DiversityReceive.pdf, свободный. -Системные требования : Acrobat Reader. - Загл. с экрана.

93. Richardson, TJ. Efficient Encoding of Low-Density Parity-Check Codes / T.J. Richardson, R.L. Urbanke // IEEE Transactions on information theory. - Feb. 2001. -vol. 47, №2.-pp. 638-656.

94. Rissanen, J. An Introduction to the MDL Principle / J. Rissanen. - 2006. - p. 10.

95. Scholtz, R.A. The Origins of Spread-Spectrum Communications / R.A. Scholtz // IEEE Transactions On Communications. - May 1982. - vol. 30, № 5. - pp. 822-854.

96. Sediq, A.B. Performance Analysis of SNR-based Selection Combining and BER-based Selection Combining of Signals with Different Modulation Levels in Cooperative Communications [Электронный ресурс] / Carleton University ; A.B. Sediq, H. Yanikomeroglu. - Электрон, дан. - June, 2009. - Режим доступа : http://www.sce.carleton.ca/faculty/yanikomeroglu/Pub/vtc09f-abshy.pdf, свободный. -Системные требования : Acrobat Reader. - Загл. с экрана.

97. Shannon, С.Е. A Mathematical Theory of Communication / C.E. Shannon // Bell System Technical Journal. - 1948. - vol. 27. - pp. 379-423, 623-657.

98. Signal detection using a multiple hypothesis test / P.-J. Chung, J.F. Bohme, A.O. Hero, C.F. Mecklenbrauker // Proceedings of 3rd IEEE Sensor Array and Multichannel Signal Processing Workshop (SAM'04). - 2004. - pp. 221-224.

99. Song, H. CMOS circuit design and implementation of the discrete time chaotic chip / H. Song, K. Kwack // IEEE Transactions on Circuits and Systems III. - 2002. -pp. 73-76.

100. Spectral correlation based signal detection method for spectrum sensing in IEEE 802.22 WRAN systems / N. Han, S.H. Shon, J.H. Chung, J.M. Kim // Proceedings of International Conference on Advanced Communication Technology (ICACT' 06). -Feb. 2006.-pp. 6-11.

101. Subspace Techniques in CDMA reception [Text] : Report / Helsinki University of Technology ; executors : J. Joutsensalo, J. Karhunen. - Helsinki, [199-]. - p. 5.

102. System and method for embedding OFDM in CDMA systems : patent 7471932 USA : IPC H 04 В 1/02, G 01 R 31/28, H 04 В 7/00, H 04 Q 7/20 / Shiquan, W., Wen T. -№ 7471932 ; appl. 11.08.04 ; publ. 30.12.08. - p. 31.

103. Testing HF modems with bandwidths of up to about 12 kHz using ionospheric channel simulators [Text] : Recommendation ITU-R F.1487. - Putted into operation in May 2000. - Radiocommunication Sector of International Telecommunication Union, 2000.-p. 13.

104. Three dimensional digital chaotic signal generator based on DSP : patent 202094908 China : IPC H 04 L / Dong E, Chen P., Wang Y., Chen Z. - № CN202094908 ; publ. 28.12.11.

105. Transmitter for OFDM-CDMA downlink system : patent 095128638 Taiwan : IPC H 04 L 27/26, H 04 L 27/36 / Chin-Peng L., Wei-Chieh H. - № TW095128638 ; appl. 04.08.06 ; publ. 11.10.09.

106. Vandendorpe, L. Multitone direct sequence CDMA system in an indoor wireless environment / L. Vandendorpe // Proceedings of IEEE First Symposium of Communications and Vehicular Technology. - Oct. 1993. - pp. 411—418.

107. Vencatesh, S. Multi User Chaos Based DS-CDMA System Using Orthogonal Chaotic Vector / S. Vencatesh, P. Singh // International Conference on Electronic Systems. - Rourkela : National Institute of Technology, 2011. - pp. 339-342.

108. Viterbi, A. Error Bounds for Convolutional Codes and an Asymptotically Optimum Decoding Algorithm / A. Viterbi // IEEE Transactions on Information Theory. - Apr. 1967. - vol. 13. - pp. 260-269.

109. Watterson, C.C. Experimental Confirmation of an HF Channel Model / C.C. Watterson, J.R. Juroshek, W.D. Bensema // IEEE Transactions on Communications Technology. - Dec. 1970. - vol. 18, № 6. - pp. 792-803.

110. Waveforms comprising a plurality of elements and transmission thereof : patent 7881393 USA : H 04 K 1/10, H 04 L 27/28, H 04 L 27/00 / Karabinis P.D. ; assignee EICES Research, Inc. - №7881393 ; appl. 17.11.09 ; publ. 01.02.11. - p. 6.

111. Wideband HF Channel Simulator Considerations and Validation Discussion [Электронный ресурс] / Harris Corporation. - Электрон, дан. - Февраль, 2000. -Режим доступа :

www.hfindustry.com/meetings_presentations/presentation_materials/2010_feb_hfia/pre sentations/WBCHSIM.pdf, свободный. - Системные требования : Acrobat Reader. -Загл. с экрана.

112. Wideband HF Modeling and Simulation [Text] : National Telecommunications and Information Administration (NTIA) Report / NTIA. - Jul. 1987. - p. 96. - № 87221.

113. Willink, T.J. Rapid HF Channel Estimation / T.J. Willink // IEE Colloquium on Frequency Selection and Management Techniques for HF Communications. - Feb. 2006.-p. 26/1-6.

114. Wireless communication systems and/or methods providing low interference, high privacy and/or cognitive flexibility : patent 7876845 USA : H 04 К 1/10, H 04 L 27/28, H 04 L 27/00 / Karabinis P.D. ; assignee EICES Research, Inc. - №7876845 ; appl. 17.02.09 ; publ. 25.01.11. -p. 35.

115. Wren, T.J. Orthogonal Chaotic Vector Shift Keying in Digital Communications / T.J. Wren. - Brighton : University of Sussex, 2007. - p. 202.

116. Yang, T. A survey of chaotic secure communication systems / T. Yang // International Journal of Computional Cognition. - Jun. 2004. - vol. 2, № 2. - pp. 81130.

117. Yee, N. Multi-carrier CDMA for indoor wireless radio networks / N. Yee, J.-P. Linnartz, G. Fettweis // Proceedings of International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC '93). - Sept. 1993. - pp. 109-113.

118. Zogas, E.A. Equal gain combining over Nakagami-n (rice) and Nakagami-q (Hoyt) generalized fading channels / E.A. Zogas, G.K. Karagiannidis, S.A. Kotsopoulos // IEEE Transactions on Wireless Communications. - Mar. 2005. - vol. 4, iss. 2. - pp. 374-379.