Методи покращення енергетичної ефективності та скритності цифрових радіорелейних систем передачі

Abstract

У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача, яка полягає в новому комплексному підході до забезпечення мінімальної потужності передавача, достатньої для одержання заданої ймовірності помилки приймання сигналу, та покращеної скритності передачі інформації. Проведені дослідження впливу виду модуляції сигналу на потужність передавача радіорелейної станції. Показано, що найкращі результати досягаються при використанні 4-х позиційного фазоманіпульованого сигналу ФМ-4. При даній смузі пропускання радіоканалу пропонується використати амплітудно-маніпульований сигнал з підвищеним рівнем сигналів та їх кількості шляхом автоматичного встановлення максимального рівня вихідної напруги підсилювача. Пропонується спосіб визначення відношення сигнал/шум та рівня сигналу помилки, що дозволяє створити системи автоматичного регулювання потужності передавачів радіорелейних станцій в дуплексній та симплексній системі радіорелейній зв’язку з використанням переданого через канал зворотного зв’язку сигналу помилки.. При розробці телекомунікаційних систем (ТКС) ефективно використання широкосмугового шумоподібного сигналу з великою базою, що забезпечує підвищену завадостійкість систем в умовах дії завад, покращені електромагнітну сумісність систем та скритність передачі інформації. Широкосмуговий сигнал формується з використанням ряду відомих модулюючих псевдовипадкових послідовностей (ПВП) методом прямого розширення спектру, але такі системи не можна вважати захищеними від несанкціонованого доступу. Суттєве підвищення скритності передачі інформації забезпечує створення та використання для створення шумоподібного сигналу ПВП на основі хаосу. Як показали дослідження, слід вважати ефективним використання ПВП з шістьма секретними ключами на основі ПВП із 2-х хаотичних сигналів. Такі системи практично неможливо розкрити зловмисникам на відміну від ТКС з відомими ПВП (m-послідовності, ПВП Голда, Касамі та інш.). При створенні системи з широкосмуговим сигналом з 2-а антенними каналами здійснюється кодове розділення сигналів в приймачі та оптимальна обробка сигналу шляхом використання RAKE- приймачів . Підкреслюється можливість створення в системі каналу зворотного зв’язку для корегування потужності передавача в симплексній та дуплексній радіорелейній системі передачі.

В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая задача, заключающаяся в новом комплексном подходе к улучшению энергетических характеристик цифровых радиорелейных системах передачи путем использования эффективных методов манипуляции сигнала, адаптивных методов приема с автоматической регулировкой мощности передатчика и обработкой сигнала в приемнике. Кроме того, использование псевдослучайной последовательности на основе хаоса и кодовое разделение сигнала в отдельных каналах обеспечивает улучшенную скрытность передачи информации Проведены исследования влияния вида манипуляции сигнала на мощность передатчика радиорелейной станции. Показано, что наилучшие результаты достигаются при использовании 4-х позиционного фазоманипулированного сигнала ФМ-4. При этом энергоэффективность системы будет на 2,7 дБ выше, чем при использовании сигнала ФМ-2, а тем более других видов манипуляции. Важно, что в данном случае система имеет также лучшую помехоустойчивость. При данной полосе пропускания радиоканала предлагается добиться повышения пропускной способности системы путем увеличения количества позиций амплитудно-манипулированного сигнала та их уровня, что достигается автоматическим регулирования максимального уровня выходного напряжения усилителя. Предлагается способ определения отношения сигнал/шум и уровня сигнала, который позволяет создать системы автоматического регулирования мощности передатчиков радиорелейных станций в дуплексной и симплексной системе радиорелейной связи с использованием канала обратной связи. При этом осуществляется адаптивный прием сигнала в системе с автоматическим регулированием мощности передатчиков с использованием сигнала ошибки, переданного через канал обратной связи. При разработке телекоммуникационных систем (ТКС) эффективно использование широкополосного сигнала с большой базой, что обеспечивает повышенную помехоустойчивость систем в условиях действия узкополосных и широкополосных помех, улучшенные электромагнитную совместимость систем с соседними электронными устройствами и скрытность передачи информации. Широкополосный шумоподобный сигнал формируется с использованием ряда известных модулирующих псевдослучайных последовательностей (ПСП) методом прямого расширения спектра, но такие системы нельзя считать защищенными от несанкционированного доступа. Существенное повышение скрытности передачи информации обеспечивает использование для создания шумоподобных сигналов ПСП на основе хаоса. Как показали исследования, следует считать эффективным использование ПСП с шестью секретными ключами на основе ПСП из 2-х хаотических сигналов с логистическим и квадратичными изображениями. Это в 2 раза повышает уровень криптозащиты систем, которые практически невозможно раскрыть злоумышленникам в отличие от ТКС с известными ПСП (m-последовательности, ПВП Голда, Касами и др.). При создании систем с широкополосным сигналом двумя антенными каналами осуществляется кодовое разделение сигналов в приемнике и оптимальная обработка сигнала путем использования Rake-приемников. Подчеркивается возможность создания в системе канала обратной связи для передачи сигнала ошибки и создания системы автоматического регулирования мощности передатчика в симплексной и дуплексной радиорелейной системе передачи.

Actual scientific and technical problem is solved in the thesis, which consists in a new complex approach to provide the minimum transmitter power sufficient to obtain a given probability of signal reception error and improved secrecy of information. Researches of influence of modulation types of a signal are carried out on power of radio relay station transmitter. It is shown that the best results are achieved when using a QPSK modulation type. With the given bandwidth, it is proposed to use AM signal with an increased level of signals and their number by automatically setting the maximum amplifier output voltage. A method is proposed to determine the signal / noise ratio and a level of signal error, enabling to develop a system of automatic power control of radio relay station transmitter for simplex and duplex types using transmitted signal error via a feedback channel. Developing a telecommunication system (TCS), it is efficient to use a broadband signal with a wide base, which provides increased noise immunity for interference, improved electromagnetic compatibility of systems and secrecy of information transmission. Broadband noise-like signal is generated using a number of known modulating pseudo-random sequences (PRS) by direct spread spectrum approach, but such systems cannot be considered protected from unauthorized access. A significant increase of the secrecy of information transmission provides the use of a noise-like signal using PRS based on chaos. Studies have shown that the use of PRS with six secret keys based on PRS with 2 chaotic signals should be considered an effective one. Such systems are significantly protected from unauthorized encoding, in contrast to TCS with known PRS (m-sequences, Gold’s PRS, Kasami’s PRS, etc.). Creating a system with a broadband noise-like signal with 2 antenna channels are used code division of signals in the receiver and optimal signal processing by using Rake type receivers. The possibility of creating a feedback channel in the system to adjust transmitter power of simplex and duplex radio relay system is emphasized.