Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Радиотехнические устройства и средства телекоммуникаций

Диссертационная работа:

Леонов Кирилл Николаевич. Повышение помехоустойчивости широкополосных систем связи на основе динамического хаоса: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.12.13 / Леонов Кирилл Николаевич;[Место защиты: Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева].- Ижевск, 2012.- 22 с.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы

Необходимость обеспечения качественными телекоммуникациями в независимости от места нахождения объектов всегда была важной задачей. Решение вопроса «последней мили» вызвало массовое внедрение беспроводных устройств связи в самых разных сферах деятельности человека, что вызвало существенное ухудшение помеховой обстановки радиоканала, приводящее к снижению качества связи. Особенную трудность вызывает мобильность объектов связи и источников помех и, связанную с этим быструю изменчивость помеховой обстановки. Вопросы повышения помехоустойчивости систем связи всегда имели большое значение. Основы теории повышения помехоустойчивости были заложены ещё в 1947 году академиком В.А. Котельниковым.

Дальнейшее развитие теории помехоустойчивости связано с работами
А.А.Пистолькорса, В.И.Сифорова, Е.Г.Мамота, Л.Е.Варакина,

Н.Т.Петровича, Д. Миддлтона, Д. Ван Метера, К.Шеннона, Д.Слепяна, К.А.Мешковского, Н.Е.Кириллова. Большой вклад в исследование методов обработки сигналов в гауссовских шумах внесли Б.Р.Левин, Ю.С.Шинаков, В.П.Шувалов, а в исследование методов обработки сигналов в негауссовских каналах и стохастических системах - Ш.М.Чабдаров, Н.З.Сафиуллин, А.Ф.Надеев.

Совершенствование беспроводных телекоммуникационных систем идет одновременно по нескольким направлениям: увеличение скорости передачи информации, повышение надежности и помехоустойчивости системы, более эффективное использование частотного ресурса, повышение энергетической и структурной скрытности. В связи с этим в настоящее время широкополосные системы радиосвязи практически полностью вытеснили другие виды систем связи в решении вопроса «последней мили», обеспечивая высокую помехоустойчивость, конфиденциальность и высокую скорость передачи информации.

Однако формирование широкополосных сигналов на основе цифровых псевдослучайных последовательностей (ПСП) имеет определенные недостатки. Использование длинных ПСП затрудняет синхронизацию между принимаемым сигналом и опорной последовательностью, а использование коротких ПСП не даёт необходимой структурной скрытности. Кроме того, существует ограниченное количество кодовых вариантов ПСП, что сдерживает их применение в многоадресных системах связи.

Одним из вариантов решений, способным потеснить ПСП в широкополосных системах связи, является применение динамических хаотических систем. Потенциальные возможности, присущие системам связи на основе динамического хаоса, привлекают все большее количество исследователей и ученых. Являясь по природе своей широкополосными сигналами с шумоподобной структурой, хаотические колебания представляют огромный интерес для конфиденциальных помехоустойчивых систем связи. Хаотические сигналы имеют бесконечную временную последовательность, что существенно повышает структурную скрытность систем связи на их основе. Свойство самосинхронизации приёмника с передатчиком, сплошной спектр мощности, возможность реализации множества хаотических последовательностей на одном генераторе хаоса -все это позволяет рассчитывать на широкое применение хаотических сигналов в системах связи в недалёком будущем.

Лидирующее положение в отечественной науке в области использования хаотических колебаний занимают, прежде всего, ИРЭ РАН (Ю.Л.Бельский, А.С.Дмитриев, Н.Н.Залогин, В.В.Кислов, А.И.Панас, А.А.Потапов, С.О.Старков). Большой вклад в развитие и исследование хаотических сигналов вносит «Саратовская группа Теоретической Нелинейной Динамики» (С.П.Кузнецов, А.П.Кузнецов, В.С.Анищенко, В.В.Астахов, Б.П.Безручко, А.А.Короновский, О.И.Москаленко, П.В.Попов, А.Е.Храмов и др.). Вопросами исследования динамики процессов синхронизации и хаотизации в сложных системах взаимосвязанных генераторов, а также синхронизации систем с хаотической динамикой занимается группа под руководством В.Д.Шалфеева (ННГУ им. Лобачевского). Вопросами синтеза радиоэлектронных, квантовых систем и фрактальных структур занимаются в КНИТУ им А.Н.Туполева (В.В.Афанасьев, Ю.Е.Польский, М.П.Данилаев).

За рубежом наибольший вклад в развитие и исследование хаотической динамики внесли Л. Чуа Л. Пекора и Т. Кэрролл (США). Значимые результаты в применении хаотических сигналов для телекоммуникаций получены научной группой института нелинейных исследований в Сан Диего (Brown R., Rulkov N.F., Tsimring L.S.) и Abarbanel H.D.I. (США). Большая работа в исследовании скрытой передачи информации с помощью хаотических сигналов ведется Alvarez G., Montoya F., Pastor G., Romera M. (Испания) и Shujun L., Chen G., Мои X., Zhou J., He Z., Huang J. (Китай).

Однако вопросы помехоустойчивости способов передачи информации с хаотическими сигналами при работе через стохастические радиоканалы,

несмотря на многочисленные исследования по применению хаотических сигналов в системах связи, не получили до настоящего времени отражения ни в российских, ни в зарубежных работах. Причина недостаточного внимания исследователей к данному вопросу обусловлена тем, что большинство известных способов передачи информации с хаотическими сигналами не способны работать в стохастических радиоканалах, где идёт рассеяние энергии передаваемого элемента сигнала во времени, по частоте и в пространстве.

Поэтому диссертационное исследование, направленное на повышение помехоустойчивости широкополосных систем связи за счёт использования новых способ передачи информации на основе систем с хаотическими сигналами является актуальным.

Научно-техническая проблема - обеспечение качества передачи информации в широкополосных систем связи при работе по каналу связи с помехами и искажениями.

Предметом исследования является способ передачи информации на основе инвариантного синхронного хаотического отклика.

Объектом исследования является система связи на хаотических сигналах.

Цель и задачи диссертационного исследования

Диссертационная работа посвящена исследованию способов передачи информации широкополосных систем связи на основе динамического хаоса. Целью работы является повышение помехоустойчивости широкополосных систем связи.

Задача, решаемая в диссертации, заключается в исследовании характеристик способов передачи информации с помощью хаотических сигналов и выработке на этой основе предложений по их построению.

Для решения поставленной задачи необходимо решить следующий ряд

более частных задач:

  1. Исследование характеристик способов передачи информации с помощью хаотических сигналов и определение путей оптимизации их показателей.

  2. Синтез помехоустойчивого способа передачи информации на основе хаотических сигналов.

  3. Разработка математической модели системы связи на основе динамического хаоса и генератора хаотических сигналов, обладающего свойством инвариантности.

4. Анализ помехоустойчивости системы связи на основе инвариантного синхронного хаотического отклика.

Методы исследования

В работе применен синтез структуры оптимального приёмника с использованием методов теории нелинейных динамических систем, теории колебаний, теории автоматического управления, методов статистической теории оптимальной нелинейной фильтрации, теории обработки сигналов, теории поведения сложных динамических систем в условиях внешних возмущений. В качестве критерия оптимальности была выбрана помехоустойчивость системы связи при заданных требованиях к системе связи.

Для проверки полученных решений, использовался метод компьютерного имитационного моделирования с использованием программного продукта Simulink, входящего в состав пакета программ Matlab.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

  1. Разработан помехоустойчивый способ передачи информации на основе инвариантного синхронного хаотического отклика.

  2. Разработана хаотическая нелинейная система с инвариантными свойствами, обладающая устойчивостью к внешним возмущениям и позволяющая формировать заданный спектр.

  3. Подтверждены результатами математического моделирования теоретические оценки помехоустойчивости системы связи на основе инвариантного синхронного хаотического отклика.

  4. Показана возможность передачи аналоговой информации в системе связи на основе инвариантного синхронного хаотического отклика.

Достоверность и обоснованность результатов работы определяется корректным использованием математических моделей, используемых для оценки влияния помех и искажений в каналах связи, а также хорошим согласованием теоретических результатов с результатами компьютерного моделирования и их сопоставления с известными в литературе данными. Положения, выносимые на защиту

  1. Способ передачи информации с помощью хаотических сигналов, использующий инвариантный синхронный хаотический отклик.

  2. Математическая модель хаотической нелинейной системы с инвариантными свойствами, обладающая устойчивостью к внешним возмущениям и позволяющая формировать заданный спектр.

  1. Математическая модель системы связи на основе инвариантного синхронного хаотического отклика.

  2. Результаты исследования помехоустойчивости системы связи на основе инвариантного синхронного хаотического отклика.

Личный вклад автора

Автором произведен обширный анализ современных решений в области передачи информации с помощью хаотических сигналов. Сформулированы критерии к системе связи на основе хаотических сигналов. Разработан помехоустойчивый способ передачи информации с помощью хаотических сигналов на основе инвариантного синхронного хаотического отклика. Разработаны структура системы связи и генератор хаотических колебаний с инвариантными свойствами. Предложена математическая модель системы связи, использующая инвариантные свойства генератора хаотических колебаний, и произведены её исследования в различных условиях.

Публикации и апробация полученных результатов

Автором опубликовано 11 печатных работ по теме диссертации, из них 3 работы в изданиях, определённых ВАК.

Материалы диссертационной работы докладывались на Международной научно-практической конференции «Перспективы и темпы научного развития» (Тамбов, 2009), на IX Международной научно-технической конференции «Физика и технический приложения волновых процессов» (Миасс, Челябинская обл., 2010), на VI Всероссийской научно-технической конференции «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2010), на Международной конференции «Информационные системы и технологии ИСТ-2011» (Нижний Новгород, 2011), на IV Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь» (Москва, 2010), на Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций -2011» (Казань, 2011), на V Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь» (Москва, 2011), на VII Всероссийской научно-технической конференции «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2011).

Эффективность предложенных решений проверена в ходе эксплуатации компьютерной модели системы связи и подтверждена актом внедрения на предприятии ОАО «Сарапульский радиозавод» (г. Сарапул).

Практическая значимость работы

  1. Разработанный помехоустойчивый способ передачи информации с помощью хаотических сигналов на основе инвариантного синхронного хаотического отклика позволяет проектировать и реализовать эффективные широкополосные многоадресные системы связи.

  2. Разработанная структура системы связи и генератора хаотических сигналов с инвариантными свойствами для её реализации повышает помехоустойчивость и надежность систем связи на основе хаотических сигналов.

  3. Полученная по результатам математического моделирования оценка помехоустойчивости системы связи на основе инвариантного синхронного хаотического отклика позволяет выявить области её практического применения.

Работа выполнялась в рамках фундаментальной НИР «Теоретические основы повышения надежности систем передачи данных широкополосных сигналов за счет использования сигналов с фрактальной размерностью» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)» (№ госрегистрации НИР: 01201000530).


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net