Хаотические радиоимпульсы в сверхширокополосных беспроводных средствах связи. Позиционирование и селективный прием тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ДМИТРИЕВ Юрий Александрович

ХАОТИЧЕСКИЕ РАДИОИМПУЛЬСЫ В СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ БЕСПРОВОДНЫХ СРЕДСТВАХ СВЯЗИ. ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ И СЕЛЕКТИВНЫЙ ПРИЕМ

01.04.03 - Радиофизика

Автореферат Диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

1 3 ДЕК 2012

Долгопрудный - 2012

005056892

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский физико-технический институт (государственный университет)».

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор кафедры физико-технической

информатики МФТИ

Клименко Стапислав Владимирович;

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор, зав. кафедрой ИАТЭ НИЯУ МИФИ Старков Сергей Олегович;

доктор физико-математических наук, профессор, зам. декана РОСНОУ Крюковский Андрей Сергеевич;

Ведущая организация: Московский институт радиотехники

электроники н автоматики.

Защита состоится 26 декабря 2012 г., в_на заседании диссертационного

совета Д 212.156.06 при Московском физико-техническом институте по адресу: 117393, г. Москва, ул. Профсоюзная, 84/32, корпус В-2.

Отзывы направлять по адресу: 141700, Московская область, г. Долгопрудный, Институтский пер., д.9, МФТИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского физико-технического института. Автореферат разослан « 23 » ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент __ _ Н.П. Чубинский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее время наблюдается бурное развитие беспроводных средств связи. Кроме стремительного роста систем сотовой связи (на начало 2012 количество абонентов в мире превысило 6 млрд. человек), ставшей важнейшим инструментом деловых связей и неотъемлемой частью повседневной жизни в большинстве стран, динамично развиваются локальные сети связи WiFi и беспроводные персональные сети на основе систем радиосвязи Bluetooth, обеспечивающие обмен информацией между такими устройствами, как персональные компьютеры, мобильные телефоны, принтеры, мышки, цифровые фотоаппараты, наушники и т.д. Появляется и совершенствуется множество новых приложений, включая беспроводные сенсорные сети (например, на основе технологии ZigBee), автоматизированные производственные линии, «умные дома» и бытовые приборы, а также всевозможные устройства для повседневной жизни. Вместе с тем постоянно возникают новые задачи, которые не могут быть решены с помощью имеющихся средств. В этой связи предлагаются новые технические решения для обеспечения требуемых рабочих характеристик и выполнения поставленных задач, вводятся новые методы передачи информации и радиоресурсы. Среди таких решений перспективным является использование для беспроводной передачи информации сверхширокополосных сигналов.

К сверхширокополосным (СШП) сигналам относят сигналы со средней

Л F

частотой Fc и полосой AF , имеющие относительную полосуD = =—> 0,25. В

Fc

решении Федеральной комиссии США по связи 2002 года [1], заложившим основу для нелицензируемого использования СШП в средствах беспроводной связи к сверхширокополосным сигналам относят также сигналы с полосой AF > 500 МГц (в диапазоне частот 3,1- 10,6 ГГц).

Одним из видов СШП сигналов могут являться хаотические колебания (детерминированный хаос).

Динамический (детерминированный) хаос - фундаментальное явление в нелинейных системах различной физической природы, был открыт в

шестидесятых годах XX века. Тогда же началось его интенсивное исследование. Суть явления заключается в том, что в нелинейных динамических системах, например, описываемых системами обыкновенных дифференциальных уравнений с размерностью фазового пространства (пространства состояний) не менее 3 при определенных условиях возможно возникновение нерегулярных шумоподобных колебаний детерминированной природы, не связанной с флуктуациями и внешними шумами.

Исследование этого явления привело в начале 90-х годов к выводу о возможности и целесообразности использования динамического хаоса в информационных и коммуникационных технологиях, в частности для передачи информации по проводам, оптоволоконным линиям и эфиру. При этом привлекательность динамического хаоса для систем связи связывалась со следующими свойствами [2]: возможностью получения сложных колебаний с помощью простых по структуре устройств; способностью в одном устройстве реализовать большое количество различных хаотических мод; возможностью управления хаотическими режимами путем малых изменений параметров системы; большой информативной емкостью хаотических колебаний как несущего сигнала для передачи информации; разнообразием методов ввода информационного сигнала в хаотический; увеличением скорости модуляции по отношению к модуляции регулярных сигналов; возможностью самосинхронизации передатчика и приемника; нетрадиционными методами мультиплексирования; конфиденциальностью при передаче информации.

Непосредственные исследования по передаче аналоговой и цифровой информации с помощью хаотических сигналов начались в 1992-1993 годах вскоре после открытия явлений хаотической синхронизации [3-5] и хаотического синхронного отклика [6].

Благодаря этим открытиям были предложены первые схемы передачи информации на основе динамического хаоса с использованием самосинхронизации передатчика и приемника: хаотическая маскировка (chaotic masking), переключение хаотических режимов (chaos shift keying), схема с

нелинейным подмешиванием информационного сигнала (nonlinear mixing) и инверсные схемы.

Однако, изучение схем передачи информации, использующих хаотическую самосинхронизацию, показало их низкую устойчивость к шумам, возмущениям в канале связи, разбросу параметров электронных компонентов в приемнике и передатчике и другим артефактам. В целом помехоустойчивость этих схем оказалась значительно хуже, чем помехоустойчивость традиционных схем передачи информации. Поэтому их применение в беспроводных системах связи проблематично.

В связи с этим возник интерес к схемам передачи, не использующим хаотическую самосинхронизацию. Первой из таких схем стала схема с использованием относительной хаотической манипуляции (Differential Chaotic Shift Keying) [7].

Этот метод по своей устойчивости к шумам близок классическим методам передачи информации. Однако и он, во всяком случае пока, не нашел практического применения, поскольку требует наличия в приемопередатчиках специальных элементов широкополосных задержек, эффективная реализация которых в микроволновом диапазоне представляет сложную техническую проблему. Тем не менее, эта схема сыграла важную роль в выборе направления поиска практических схем (беспроводной) передачи информации с использованием хаотических сигналов.

Дальнейшие поиски привели к созданию в Институте радиотехники и электроники (ИРЭ) РАН прямохаотической схемы связи [8], в которой в качестве носителя информации используются хаотические радиоимпульсы.

Теоретическое и экспериментальное исследование прямохаотической схемы связи показало ее практическую реализуемость, достаточно высокую устойчивость к шумам и достижимость больших скоростей передачи (до 500 Мбит/с).

В 2007 году по предложению ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН и компании Samsung хаотические радиоимпульсы были включены в качестве опционального

решения в стандарт беспроводной персональной связи IEEE 802.15.4а [9]. Тем самым, хаотические сигналы были впервые признаны международным научно-техническим сообществом в качестве эффективного носителя информации для беспроводных сверхширокополосных систем связи.

В 2012 году был принят стандарт персональной связи IEEE 802.15.6. [10], для беспроводных нательных сетей, в котором беспроводная прямохаотическая передача информации используется в качестве одного из основных решений.

Практическое использование прямохаотических средств связи началось несколько лет назад. При этом постоянно ведутся исследования по расширению возможностей этих средств и поиск новых областей применения. Среди этих областей использования прямохаотических средств связи привлекательной выглядит задача создания системы позиционирования на основе приемопередатчиков использующих СШП хаотические радиоимпульсы. Другой важной задачей является расширение возможностей СШП систем связи за счет разработки и исследования новых подходов к приему хаотических радиоимпульсов.

Этим вопросам и посвящена данная диссертация.

Актуальность работы определяется существующим в настоящее время интересом к практическому применению динамического хаоса; потребностью в эффективных СШП сигналах СВЧ; развитием СШП радиосвязи.

Целью работы является развитие метода прямохаотической связи и его применений в задачах позиционирования и многопользовательского доступа. Основные задачи, решаемые в работе.

• исследование задачи позиционирования с помощью сверхширокополосных хаотических радиоимпульсов;

• разработка метода определения расстояния между объектами по разности времен прихода импульса в два приемника через кросскорреляцию его огибающих;

• разработка и исследование схемы приема хаотических сигналов с использованием опорного генератора хаоса;

• исследование возможности селективного приема сигналов с использованием опорного генератора хаоса.

Научная новизна результатов заключается в том, что:

• предложен и исследован метод определения расстояния между объектами с помощью хаотических радиоимпульсов;

• предложена и исследована схема некогерентного приема хаотических радиоимпульсов, требующая существенного меньшего предварительного усиления сигнала по сравнению со схемой энергетического приема;

• обнаружены и изучены избирательные (селективные) свойства схемы приема с опорным генератором хаоса при изменении параметров опорного генератора относительно параметров генератора хаотических импульсов в передатчике;

• разработан новый принцип разделения хаотических импульсов в многопользовательских прямохаотических системах передачи информации, использующих приемники с опорным генератором хаоса. Достоверность диссертационной работы подтверждается соответствием

расчетных результатов, полученных автором, классическим теоретическим положениям радиолокации и связи в предельном случае сужения спектра, а также сравнением полученных результатов с ранее известными работами других исследователей.

Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту:

- метод позиционирования и определение расстояния между объектами с помощью хаотических радиоимпульсов, использующих кросскорреляцию импульсов огибающей, принимаемых двумя приемниками;

- некогерентный прием хаотических радиоимпульсов с использованием опорного генератора хаоса;

- селективные свойства приема хаотических радиоимпульсов и возможность их использования для разделения хаотических сигналов;

- принцип разделения сигналов в многопользовательских системах передачи информации, основанный на использовании системы хаотических импульсов, соответствующих разным хаотическим модам.

Научно - практическое значение

Результаты диссертации используются при разработке систем позиционирования и при создании сетей сверхширокополосной связи на хаотических радиоимпульсах с разделением сигналов (по хаотическим модам).

Апробация работы, внедрение и использование результатов.

Материалы работы докладывались на: 48, 52, 53, 54, 55 научных конференциях МФТИ, Москва - Долгопрудный 2005, 2009, 2010, 2011, 2012; Всероссийской научной конференции «Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике», Муром, 2010 г.; 20-ой международной конференции «СВЧ - техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо-2010), Севастополь, Крым, Украина, 2010; Международной научной конференции MEDIAS 2011, Лимасол, Кипр, 2011; V, VI Всероссийской научно-технической конференции «Радиолокация и радиосвязь», Москва, 2011, 2012; 7-ой международной конференции «Emergent Dynamics of oscillatory networks», Меллас, Крым, Украина, 2012.

По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 5 статей в изданиях, входящих в список ВАК, и 8 работ в трудах научных конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из Введения, четырех Глав, Заключения и списка Литературы. Диссертация содержит 116 страниц, 51 рисунок, 2 таблицы. Список цитированной литературы содержит 104 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во Введении дан краткий обзор основных направлений использования хаотических сигналов в системах связи. Сформулированы цели и задачи работы, рассмотрена структура диссертации, обоснована актуальность решаемых задач и выдвинуты научные результаты и положения, выносимые на защиту.

Глава 1 посвящена анализу состояния исследований в области сверхширокополосных (СШП) средств связи. Рассматриваются предложенные к настоящему времени типы СШП сигналов и их свойства. Обсуждаются применения СШП сигналов в средствах беспроводной связи с учетом жестких законодательных ограничений на их спектральную плотность мощности.

Одним из перспективных типов СШП сигналов являются хаотические колебания (динамический хаос). Описывается идея прямохаотической схемы передачи информации и ее реализация в радио и микроволновом диапазоне частот. В качестве носителя информации в этой схеме используются хаотические радиоимпульсы. Приводятся данные по проведенным исследованиям и разработанным приемопередающим устройствам, которые показывают высокую эффективность прямохаотических средств связи в широком диапазоне скоростей передачи информации. Структура приемопередатчика для этой схемы показана на рис. 1.

I " I ' I а Iч М «I' {' М ©[.....

©

Л

ТГл/У-

Рис.1. Структура прямохаотического приёмопередатчика (ПП) и фрагменты сигнала в различных точках системы: 1, 7 - на входе и выходе цифровой платы ПП, соединенной с персональным компьютером (ПК); 2, 6 - на выходе и входе цифрового блока (ЦБ), управляющего генератором хаоса (ГХ)_. ключом (К) и принимающего сигнал от аналого-цифрового преобразователя (АЦП), управляющей аналоговыми цепями ПП; 3 - сигнал, излучаемый в эфир (поток хаотических радиоимпульсов) через антенну (А); 4 - поток хаотических радиоимпульсов, принимаемый из эфира; 5 - огибающая потока хаотических радиоимпульсов на выходе детектора огибающей (ДО).

Далее рассматривается возможность применения сверхширокополосных радиоимпульсов как носителей информации в сенсорных сетях.

Даются примеры реализованных сенсорных сетей, на основе созданных в ИРЭ РАН прямохаотических приемопередатчиков ППС-40 и ППС-50. Указывается, что особенностью прямохаотической схемы связи является высокая скорость передачи данных, в десятки раз выше, чем скорость в сенсорных сетях типа ZigBee.

Это позволяет решать на основе беспроводных сенсорных сетей новые классы задач, в частности использовать их для работы с мультимедийной информацией и в медицинских приложениях. Отмечается, что важным шагом в этом направлении явилось принятие, упомянутых выше, стандартов сверхширокополосной связи IEEE 802.15.4а (2007 год) и IEEE 802.15.6 (2012 год), в которых как носители информации используются хаотические импульсы.

В конце главы формулируются две задачи, решение которых позволило бы существенно расширить возможности прямохаотических систем и которые являются предметом исследования настоящей диссертации:

1. Задача определения местоположения приемопередатчика;

2. Селективный прием хаотических сигналов.

Глава 2 посвящена постановке и решению задачи позиционирования с помощью радиопередатчиков, использующих сверхширокополосные хаотические радиоимпульсы. В начале главы кратко рассматриваются основные методы определения расстояния между объектами по радиосигналу, такие как: определение местоположения на основе времени распространения сигнала; определение местоположения по разности времен прихода сигнала; определение местоположения по направлению прихода сигнала; определение дальности до объекта на основе измерения мощности приходящего сигнала.

Далее приводится описание предлагаемого метода определения местоположения объекта на основе прямохаотических средств связи. Подобная задача рассматривалась ранее в работах других авторов, где для определения расстояния использовалось измеренное время распространения сигнала от передатчика к приемнику, а момент прихода сигнала определялся по переднему фронту огибающей принимаемого хаотического радиоимпульса - сигнала на

выходе приемника состоящего из квадратичного детектора и фильтра нижних частот.

Рис. 2. Позиционирование в метоле разности времен прихода хаотического радиоимпульса в разные приемники. М - мобильное устройство; 1, 2, 3 - приемники; 01, 02, БЗ - расстояния между мобильным устройством и приемниками; 02-В1, БЗ-О!, 03-02 - гиперболы, получаемые в результате решения уравнений.

В данной работе для определения местоположения предлагается использовать разность между временами распространения сигнала от одного передатчика до пары разнесенных в пространстве приемников (рис. 2), а определение времени прихода хаотического радиоимпульса осуществлять на основе анализа кросскорреляционной функции огибающих приходящего хаотического радиоимпульса в разных приемниках (рис. 3).

Рис. 3. Характерный вид огибающих радиоимпульсов на выходе детекторов первого (а) и второго (б) приемников с учетом шума в канале связи.

Описывается методика компьютерного моделирования, цель которого состояла в оценке возможностей предлагаемого подхода. Рассматриваются и анализируются результаты моделирования для различных полос фильтра нижних частот, уровней шума и длин хаотических радиоимпульсов.

Результаты, полученные при моделировании, подтверждают возможность определения разности времен прихода сигнала, по оценке положения кросскорреляционного пика. При этом точность измерения определяется полосой ФНЧ приемника, а устойчивость процедуры к шумам увеличивается с длиной используемых хаотических радиоимпульсов и соответствующим ростом их базы. На рис. 4 представлены результаты моделирования зависимости точности определения разности расстояний между мобильным устройством и двумя приемниками от дисперсии шума в канале связи.

О ОД 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

о

й Усреднение по 3 точкам ш Усреднение по 9 точкам

ш Усреднение по 11 точкам

Рис. 4. Зависимость точности определения разности расстояний между мобильным устройством и двумя приемниками от дисперсии шума И для скользящего среднего по 3, 9 и 27 точкам. Длина импульса 100 отсчетов.

Из результатов моделирования следует, что для случая хаотического радиоимпульса с полосой 2 ГГц и длиной 50 не - характеристиками типичными для существующих прямохаотических приемопередатчиков - точность определения дальности лежит в пределах от 0,5 до 5,0 метров, в зависимости от полосы, используемого в детекторе огибающей фильтра нижних частот. Такие точности являются достаточными для ряда приложений. Сам метод может быть

реализован с использованием существующих прямохаотических приемопередатчиков.

Глава 3 посвящена анализу возможностей создания нового типа приемника для прямохаотических систем связи, использующего динамические свойства генераторов хаотических радиоимпульсов. В начале главы описывается типичный генератор хаотических колебаний микроволнового диапазона частот (рис. 5). Рассматривается принцип формирования в подобных устройствах последовательности хаотических радиоимпульсов.

А Х| Г?

Рис. 5. Схема генератора с 2.5 степенями свободы в случае внешнего воздействия.

Л £■{(/)

ю""

Рис. 6. Модуль разности между реализацией первого хаотического импульса и последующих импульсов в логарифмическом масштабе.

Затем рассматривается схема энергетического приема на основе детектора огибающей и указывается, что одной из ее основных черт является необходимость многократного усиления входного сигнала.

Далее с использованием свойств генерируемых радиоимпульсов (в частности приближенной воспроизводимости начальной части импульса от импульса к импульсу рис. 6) строится альтернативная схема некогерентного приема хаотических радиоимпульсов (рис. 7).

Рис. 7. Структура приемника огибающей с опорным генератором хаоса.

В этой схеме входной сигнал разделяется на 2 части, каждая из которых поступает соответственно на первый и второй перемножители. В первом перемножителе происходит перемножение принимаемого сигнала с сигналом опорного генератора хаоса. А во втором перемножителе, поступающий со входа сигнал, перемножается с сигналом от опорного генератора хаоса, задержанным на величину, равную четверти периода его автокорреляционной функции. Сигнал с такой задержкой в среднем ортогонален сигналу без задержки.

Получаемые после перемножения в каждой из ветвей сигналы, пропускаются через фильтры нижних частот, согласованные по частоте среза с длинами хаотических радиоимпульсов, возводятся в квадрат и суммируются, после чего суммарный сигнал поступает на вход порогового устройства. На основе отклика порогового устройства принимается решение о наличии импульса или его отсутствии.

Моделирование предлагаемой схемы приема производилось с использованием в качестве модели генератора кольцевой автоколебательной системы с 4,5 степенями свободы:

Гл, + л^ = тР (х5) х2 + а2х2 + а]хг = а>1х1 X] + а3х3 + а\хъ = а3х2 х, + а.х, + т]х, = а,х3

х, + а,х, + б), х

=

а.х.

где ы2,... <л)5 - резонансные частоты полосовых фильтров второго порядка; а2,... а5 - коэффициенты диссипации; Т - постоянная времени фильтра нижних частот первого порядка; т — коэффициент усиления; Р(х) - характеристика нелинейного элемента, описываемая функцией

(2)

За счет выбора значений параметров в системе могут быть реализованы хаотические колебания с различной относительной шириной полосы спектра мощности, в том числе широкополосной и сверхширокополосной.

В Главе 4 рассматривается возможность использования введенной схемы иекогереитного приема для случая приема широкополосных и сверхширокополосных хаотических сигналов.

На основе моделирования (рис. 8, 9) показывается ее работоспособность в случаях различных начальных условий и отличающихся значений параметров. Далее проводится сравнение эффективности предлагаемого приемника с приемником огибающей на основе квадратичного детектора.

с(П

200 400 » 600 800 1000

460 480 500t 520 540

б

Рис. 8. Автокорреляционная функция (а) и ее фрагмент (б) для случая СШП хаотического сигнала. а2 = 0,192; а3 ...а5 = 0,7; Т = 4,8; ш2 ...со5 = 0,7; т = 30.

О 1Ш 200 300 4üü МК

N (время в отсчетах) а

О 100 "200 300 400 500

N (время в отсчетах) б

О ion зОо

N (время в отсчетах)

.. , 100 200 , 300

N (время в отсчетах)

Рис. 9. Реализация сигналов после перемжшения в первом и втором канале (а и б) и после прохождения фильтра нижних частот (в и г) с параметрами: а2 = 0,192; а3 - а5 = 0,7; Т = 4,8; <А>2 — ш5 = 0,7; Ш|= 30,5; Ш2= 30; начальные условия по первой координате равны 4 и 5.

Результаты численного моделирования показывают, что рассматриваемая схема приема эффективно работает для широкополосных хаотических сигналов и С1Ш1 хаотических сигналов с относительной полосой до 0,4, однако при дальнейшем расширении полосы, эффективность приемника резко падает.

Отмечается, что в применяющихся в настоящее время хаотических приемопередатчиках относительная полоса частот обычно меньше 0,5 в нижнем диапазоне частот (3...5 ГГц) и падает до величины меньше 0,25 в верхнем частотном диапазоне (7... 10 ГГц). Это означает, что предложенная схема может быть достаточно эффективно использована для работы в СШП приемопередающих устройствах.

Далее рассматривается принципиально новое свойство предлагаемого приемника хаотических радиоимпульсов, отличающее его от приемника огибающей с квадратичным или логарифмическим детектором, а именно возможность селекции принимаемых сигналов по форме (хаотической моде). Данное свойство означает, что прием сигнала возможем только в тех случаях, когда параметры автоколебательной системы передатчика и приемника близки друг к другу.

Приемник с заданной модой будет эффективно принимать сигналы той же моды от передатчика и будет не эффективен для других мод передатчика. Поэтому возможна, например, одновременная работа в эфире нескольких пар приемопередатчиков, каждая из которых будет работать на собственной моде хаотических колебаний или сложных колебаний другого типа.

Для подтверждения возможности селекции сигналов по хаотическим модам было проведено численное моделирование.

При моделировании, в опорном генераторе хаоса в приемнике выбиралось значение коэффициента усиления т и на вход приемника подавались сигналы, генерируемые в генераторе передатчика при разных значениях коэффициента усиления, что и обеспечивало различие в модах.

Результаты моделирования (рис. 10) показывают, что эффективный прием импульса возможен только в том случае, когда значение коэффициента усиления ш соответствует значению параметра опорного источника хаоса в приемнике. Когда же данные параметры различны, уровень сигнала на выходе приемника получается значительно ниже. Такие сигналы могут рассматриваться как «чужие» и отсекаться с помощью соответствующего выбора порогового значения в устройстве принятия решения.

в г

Рис.10. Спектры мощности колебаний для значений коэффициента усиления т равное 10 (а), 30 (б), 70 (в) и сравнение уровней сигналов на выходе приемника при приеме импульса (г). Приемник настроен на значение т = 30. Кривые 1-3 показывают уровень сигнала при значении т в передатчике: т = 30 (1); т = 10 (2); т = 70 (3).

В заключении суммируются полученные в работе результаты.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Предложен способ оценки разности времен прихода сигналов на основе кросскорреляции огибающих хаотических радиоимпульсов, получаемых на выходе приемников.

2. Проведен анализ предложенного способа и его компьютерное моделирование. Результаты, полученные при моделировании, подтверждают возможность определения разности времен прихода сигнала по оценке положения кросскорреляционного пика.

3. Показано, что точность измерения разности времен прихода определяется полосой ФНЧ приемника, а устойчивость процедуры к шумам увеличивается с ростом базы сигнала.

4. Проведен анализ возможности создания нового типа приемника для прямохаотических систем связи, использующего динамические свойства генераторов хаотических радиоимпульсов. На его основе предложена схема приема хаотических радиоимпульсов, использующая опорный генератор хаоса.

5. Проведено исследование предложенной схемы и показана ее способность эффективно принимать хаотические радиоимпульсы.

6. Предложенная структура приемника имеет преимущество по сравнению со стандартным приемником огибающей за счет того, что в ней получение результата детектирования осуществляется за счет перемножения сигналов с большой и маленькой амплитудой, в то время как в ранее использованном приемнике (в приемнике с квадратичным детектором) фактически перемножаются два слабых сигнала. Это обстоятельство снижает требования к предварительному усилению сигнала.

7. Предложенная схема эффективно работает для широкополосных и сверхширокополосных хаотических сигналов с относительной полосой до — ~ 0,4. При больших значениях относительной полосы эффективность

/ср

приемника резко падает.

8. Установлено, что новая схема некогерентного приема обладает свойством селективности, т.е. возможностью эффективного приема сигнала только в тех случаях, когда параметры опорного сигнала и сигнала получаемого в опорном генераторе будут близки друг к другу.

9. Показано, что использование свойства селективности предложенной схемы приема может обеспечить одновременную работу в эфире нескольких пар приемопередатчиков, использующих в качестве носителя информации хаотические импульсы разных хаотических мод. Таким образом, новая схема приема хаотических радиоимпульсов может быть использована в качестве

19

нового способа разделения сигналов, отличного от классических способов разделения: по частоте, по времени и кодового разделения.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ В АВТОРЕФЕРАТЕ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Revision of part 15th Commission's Rules Regarding Ultra-Wideband Transmission Systems, First Report and Order. ET Docket 98-153, FCC 02-48; April 22, 2002. Wash.: Federal Communications Commission (FCC), 2002. http://hraunfoss.fcc.gov/edocs public/at-tachmatch/FCC-02-48A1 .pdf.

2. Дмитриев А. С., Панас А.И. Динамический хаос: новые носители информации для систем связи. М.: Физ.-мат. лит., 2002.

3. Fujisaka Н„ Yamada Т. Stability theory of synchronized motions in coupled systems // Prog. Theor. Phys.-1983.-Vol. 69.-P. 32-46.

4. Pikovsky A. On the interaction of strange attractors // Z. Physik B.-1984.-Vol. 55.-P. 149-154.

5. Афраймович B.C., Веричев Н.И., Рабинович М.И. Стохастическая синхронизация колебаний в диссипативных системах // Изв. вузов. Сер. Радиофизика.-1986.-Т. 29, № 9.-С. 1050-1062.

6. Pecora L.M., Carroll T.L. Synchronization in chaotic systems // Phys. Rev. Letters.-1990.-Vol. 64, No. 8.-P. 821-824.

7. Kennedy M.P. and Columban G. II Int. J. Bifurcation Chaos. 2000. V. 10. N 4. P. 695-718.

8. Дмитриев A.C., Панас А.И., Старков C.O. и др. //Прямохаотические схемы передачи информации в сверхвысокочастотном диапазоне. РЭ. 2001. Т. 46. №2, с. 224-233.

9. 802.15.4а-2007. IEEE Standard for Information Technology Telecommunications and Information Exchange Between systems - Local and metropolitan area networks - specific requirement Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs). N.Y.: IEEE, 2007. http://ieeexplore.ieee.org/xpl/mostRecentIssue.isp?punumber=4299494.

10. IEEE Standard for Local and metropolitan area networks. Part 15.6: Wireless Body Area Networks. 29 February 2012.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Дмитриев Ю.А. Корреляционная размерность колебаний в генераторах хаоса СВЧ диапазона // Труды 48-й научной конференции МФТИ. - 2005 г., http://mipt.ru/nauka/conf mipt/conf48/a 26xj7m/f 7pzf-arpes4g3qtt

2. Ефремова Е.В., Атанов Н.В., Дмитриев Ю.А. Генератор хаотических колебаний радиодиапазона на основе автоколебательной системы с

2,5 степенями свободы // Известия ВУЗов. Прикладная нелинейная динамика, т. 15, №1, 2007, С. 23-41.

3. Дмитриев Ю.А. Анализ направлений применения беспроводных сенсорных сетей для мониторинга, оптимизации и управления. // Труды 52-й научной конференции МФТИ. - 2009 г., Часть VIII, с. 44 - 47.

4. Дмитриев Ю.А., Клецов A.B. Позиционирование с помощью радиопередатчиков использующих сверхширокополосные хаотические радиоимпульсы // Труды III Всероссийской научной конференции «Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике», Муром, 28 июня - 1 июля 2010 г., с. 242-246.

5. Дмитриев ¡O.A., Клецов A.B., Панас А.И. Позиционирование на основе сверхширокополосных хаотических радиоимпульсов // Материалы 20-й межд. конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо-2010), 13-17 сентября 2010 г., Севастополь, Крым, Украина, т. 1, с. 47-48.

6. Дмитриев ¡O.A., Kneipe A.B. Позиционирование с помощью радиопередатчиков использующих сверхширокополосные хаотические радиоимпульсы // Труды 53-й научной конференции МФТИ. - 2010., http://mipt.ru/nauka/conf mipt^53conf/Arhiv+dokladov/FPFE.html

7. Дмитриев /O.A., Клецов A.B. Определение разности времен прихода хаотического радиоимпульса в два приемника на основе кросскорреляции его огибающих // Радиотехника и электроника. - 2011. - Т. 56, N 6. - С. 712718

8. Дмитриев Ю.А. Использование радиопередатчиков на основе хаотических радиоимпульсов для решения задачи позиционирования // Труды международной научной конференции MEDIAS 2011. ISBN 978-5-88835032-4,- Москва-Протвино 2011. - С. 38-44

9. Дмитриев Ю.А., Кузьмин Л.В. Селективный прием хаотических сигналов с использованием опорного генератора хаоса // Доклады V Всероссийской научно-технической конференции «Радиолокация и радиосвязь» 21-25 ноября 2011.-С. 515

10.Дмитриев Ю.А. Фильтрация хаотических сигналов с использованием опорного генератора хаоса // Труды 54-й научной конференции МФТИ. «Проблемы фундаментальных и прикладных естественных и технических наук в современном информационном обществе». Проблемы современной физики. — М.: МФТИ, 2011., с. 133 - 134.

11.Дмитриев Ю.А., Клецов A.B. Применение радиопередатчиков на основе сверхширокополосных хаотических радиоимпульсов для решения задачи позиционирования // Труды МФТИ. - 2012. - Том 4, №2. С. 30-39

12 .Дмитриев Ю.А., Кузьмин Л.В. Прием хаотических сигналов использованием опорного генератора хаоса // Журнал Радиоэлектроники. 2012. № 1, И стр.

13,Дмитриев Ю.А. Селективные свойства схемы некогерентного приема использованием опорного генератора хаоса // Журнал Радиоэлектроники. 2012. № 10,11 стр.

Дмитриев Юрий Александрович

ХАОТИЧЕСКИЕ РАДИОИМПУЛЬСЫ В СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ БЕСПРОВОДНЫХ СРЕДСТВАХ СВЯЗИ. ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ И СЕЛЕКТИВНЫЙ ПРИЕМ

Автореферат

Подписано в печать: 23.11.2012

Заказ № 7901 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Объем: 1,5усл.п.л. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www. autoreferat. ru