автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.21, диссертация на тему:Исследование путей повышения помехоустойчивости устройства приема сложных сигналов в спутниковых системах подвижной связи

Список сокращений.

Введение.

1. Характеристики радиолинии системы спутниковой подвижной 16 связи с широкополосными шумоподобными сигналами.

1.1 Общая характеристика системы спутниковой подвижной связи.

1.2 Анализ характеристик и принципы построения абонентской радио- 25 линии с широкополосными шумоподобными сигналам.

1.2.1 Выбор ширины полосы и способов обработки ШПС.

1.2.2 Коммутация пакетов в абонентской радиолинии с ШПС.

1.3 Выводы.

2. Исследование помехоустойчивости абонентских радиолиний системы спутниковой подвижной связи с широкополосными шумоподобными сигналами.

2.1 Влияние многолучевого характера распространения сигнала и затенений трассы распространения. Статистическая модель абонентского приемного устройства системы спутниковой подвижной связи с ШПС.

2.2 Влияние доплеровского сдвига частоты на характеристики абонентской радиолинии системы спутниковой связи с ШПС.

2.2.1 Оценка потенциальной помехоустойчивости.

2.2.2 Реальная помехоустойчивость.

2.3 Имитационное моделирование радиолиний систем спутниковой подвижной связи с ШПС.

2.4 Выводы.

3. Анализ и синтез устройств разнесенного приема сложных сигналов в спутниковых системах подвижной связи.

3.1 Особенности приема при различных методах разнесения и комбинирования сигналов.

3.2 Статистическое моделирование и анализ помехоустойчивости приемных устройств с комбинированием сигналов.

3.2.1 Комбинирование максимизирующее отношение сигнал-шум.

3.2.2 Селективное комбинирование (автовыбор).

3.2.3 Комбинирование с использованием промежуточных решений.

3.3 Имитационное моделирование работы устройств разнесенного приема ШПС в условиях действия комплекса помех и искажений в радиоканале.

3.4 Выводы.

4. Синтез ансамблей широкополосных шумоподобных сигналов большого объема с высокой структурной сложностью.

4.1 Требования к ансамблям ШПС.

4.2 Алгоритмы формирования шумоподобных фазоманипулированных сигналов с использованием моделей нелинейных динамических систем с дискретным временем.

4.3 Исследование характеристик шумоподобных фазоманипулированных сигналов, полученных с помощью псевдослучайных хаотических последовательностей (ПСХП).

Оценка объема ансамблей сигналов.

4.4 Исследование структурных свойств ПСХП.

4.5 Подход к построению структурной схемы системы обмена сообщениями на линии "ИСЗ-АС".

4.6 Выводы.

Глобальной стратегией развития подвижной радиосвязи является разработка и внедрение единых международных стандартов, и создание на их основе международных глобальных сетей общего пользования. Стало очевидно, что требования рынка и достижения науки и промышленности позволяют ставить на повестку дня создание на экономически приемлемой основе универсальной системы подвижной связи, работающей по принципу обеспечения связи "где угодно, когда угодно, с кем угодно" с использованием абонентского терминала типа "трубка в руке".

В настоящее время в области средств подвижной радиосвязи ведется разработка системы персональной связи третьего поколения - UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), включающей наземный и спутниковый сегменты [1]. Отличительной особенностью системы UMTS является возможность передачи данных подвижным абонентам со скоростями 64.2048 кбит/с, что существенно больше, чем могут обеспечить существующие сотовые и спутниковые системы связи. Высокая скорость передачи информации позволит предоставлять подвижным абонентам не только услуги по передаче речи, но и высококачественный выход в сеть Internet, передачу мультимедийной информации и цветного видеоизображения в реальном масштабе времени. Системы подвижной радиосвязи третьего поколения рассчитаны на большое число потенциальных абонентов (в Европе к 2005 г. планируется 200 млн. абонентов) и должны строиться с учетом интеграции с существующими телекоммуникационными системами [2].

К настоящему моменту разработан руководящий документ отрасли «Электросвязь», в котором изложено состояние развития в России сетей сухопутной наземной и спутниковой подвижной связи общего пользования и определены перспективы и способы их дальнейшего развития на период до 2005 года [3].

Будущая система подвижной персональной связи может состоять из множества сценариев связи с различной архитектурой построения сети (Рис. 1) [4]. Пикоячейки с радиусом до 100м организуются внутри помещений. Особенностью пикоячейки является очень высокая пропускная способность, определяемая большой плотностью абонентов на единицу площади обслуживания. Для медленно движущихся абонентов и пешеходов создаются микроячейки с радиусом до 1 км. Сотовые системы, обслуживающие быстродвижущихся абонентов, например, автомобилистов, оперируют макроячейками радиусом до нескольких десятков километров.

Рис. 1 Архитектура сети будущей системы персональной связи

Построение сотовых систем экономически целесообразно только в областях с развитой инфраструктурой, т.е. в городах и вдоль крупных транспортных магистралей. Для создания глобальной зоны обслуживания система подвижной персональной связи должна иметь спутниковый сегмент. Автомобильный и железнодорожный транспорт, воздушные, морские и речные суда обслуживаются спутниковым сегментом системы с использованием гиперячеек радиусом до сотен и тысяч километров.

Фундаментальная часть универсальной системы подвижной связи -это небольшое устройство карманного типа, обеспечивающее сочетание "терминальной" и "персональной" мобильности. Терминальная мобильность означает возможность непрерывного перемещения практически в неограниченной области пространства без утраты возможности пользоваться услугами связи. Персональная мобильность позволяет абоненту иметь доступ к услугам связи с помощью любого терминала в любой сети на основе присвоенного ему уникального номера.

Сделанные оценки показывают, что для реализации системы необходима полоса частот не менее 230 МГц. Учитывая это обстоятельство, Всемирная административная конференция по радио (WARC-92) в 1992 году распределила для будущей системы сухопутной подвижной связи общего пользования на всемирной основе полосы частот 1885.2025 МГц и 2110.2200 МГц, включая полосы 1980.2010 МГц и 2070.2200 МГц для её спутникового сегмента.

Обеспечение высокой эффективности сети персональной радиосвязи требует нетрадиционного подхода при построении радиолиний между базовой (БС) и абонентской (АС) станциями или между спутником-ретранслятором и АС. Например, предлагается использовать радиосигналы со сложной структурой, так называемые широкополосные шумоподоб-ные сигналы (ШПС), у которых произведение ширины спектра на длительность много больше единицы, и метода многостанционного доступа с кодовым разделением (МДКР), не требующего применения частотного планирования в сети [5].

Технология ШПС-МДКР по своей сути удачно сочетает положительные свойства МДЧР (непрерывное излучение) и МДВР (цифровую передачу информации), что позволяет обеспечить в системах с ШПС-МДКР:

- цифровую передачу информации с высоким качеством при непрерывном излучении передатчика;

- высокую спектральную эффективность;

- "эластичность" изменения качества связи при увеличении числа абонентов;

- "мягкую" передачу абонентов при переходе из соты в соту;

- высокую конфиденциальность передаваемой информации и защиту от несанкционированного доступа;

- высокую надежность работы при многолучевости в условиях города или сильнопересеченной местности;

- снижение мощности излучения передающих устройств АС;

- возможность радиоопределения координат АС.

Важным достоинством ШПС является возможность уменьшения глубины замираний, вызванных многолучевым распространением радиоволн, особенно характерных для рекомендованного диапазона частот 1800 .2200 МГц. Это позволяет обеспечить значительный (10 дБ и более) энергетический выигрыш в радиолиниях с такими сигналами по сравнению с обычными (узкополосными) методами передачи [6]. Указанное дает возможность снизить мощности передатчиков АС, БС и спутников-ретранслятов, что в свою очередь позволяет значительно уменьшить биологическое воздействие системы на живые организмы, улучшает электромагнитную совместимость с другими системами, а также снижает стоимость и габаритные размеры абонентских станций.

Важный практический шаг в направлении создания систем МДКР был сделан фирмой QUALCOMM (США), разработавшей систему CDMA сотовой подвижной связи (СПС) в диапазоне 800 МГц с полосой сигнала 1,25 МГц, в которой была реализована структура сотовой сети с использованием в каждой из рабочих зон одного и того же участка радиоспектра [7], [8]. Радиоинтерфейс в данной СПС выполнен в соответствии с международным стандартом IS-95. Модификация стандарта IS-95, учитывающая переход в диапазон 1,6.2,4 ГГц, использована при реализации абонентской радиолинии системы глобальной спутниковой связи с низкоорбитальными искусственными спутниками Земли (ИСЗ) - GLOBALSTAR (США) [9], [10]. Система GLOBALSTAR введена в эксплуатацию в конце 1999г.

Учитывая перспективность внедрения технологии ШПС-МДКР в наземных и спутниковых системах подвижной радиосвязи, группой предприятий промышленности средств связи России в соответствии с решением ГКЭС при Минсвязи России №134 от 01.11.95г. был разработан системный проект создания национальной глобальной широкополосной системы наземной и спутниковой подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов "Глобал-ШПС" [11]. В состав системы "Глобал-ШПС" войдут: космические сегменты низкоорбитальных систем спутниковой подвижной связи (ССПС) "Сигнал" [10] и "Глобалстар"; наземные сегменты ССПС "Сигнал" и Российского сегмента системы "Глобалстар"; центр управления системы связи (ЦУСС) "Глобал-ШПС"; распределенная сеть центров коммутации системы "Глобал-ШПС"; комплекс спецоборудования МДКР системы "Глобал-ШПС"; комплекс коммутационного оборудования и базовых станций наземных радиально- зоновых и сотовых сетей связи ("Кодокан-1,2"); комплекс абонентских станций (АС).

Для создания наземных и спутниковых сетей связи планируется использование перспективного унифицированного по структуре и сигнальной идеологии ряда стандартов ШПС-МДКР (IS-95, IS-95-M, IS-95-Ш), разрабатываемого на базе стандарта IS-95 фирмы QUALCOMM (США) с тактовыми частотами ШПС сигналов 1,288 МГц и 10-20 МГц и стандарта ШПС-МДКР, используемого в НССС "Сигнал" с тактовой частотой ШПС порядка 5 МГц.

Развертывание системы "Глобал-ШПС" запланировано на период до 2005г. По действующей классификации системы "Глобалстар" и "Глобал-ШПС" относятся к системам подвижной радиосвязи 2-го поколения. Техническая емкость сети "Глобал-ШПС" составит около 1,5 млн. абонентов.

Перспективные системы подвижной радиосвязи 3-го поколения будут реализовываться в тех же диапазонах частот, что и системы 2-го поколения. В них предполагается использовать технологию ШПС-МДКР с тактовыми частотами ШПС 4,096.20 МГц. При использовании многопозиционных видов модуляции системы 3-го поколения будут обеспечивать передачу цифровых данных в абонентской радиолинии со скоростями 64.2048 кбит/с [12]. Для повышения пропускной способности системы 3-го поколения будут использовать принцип коммутации пакетов, а не коммутацию каналов, как в системах 2-го поколения. В связи с ростом потребностей на услуги подвижной связи емкость сетей связи 3-го поколения рассчитывается на обслуживание нескольких сотен миллионов абонентов. Примером реализации ССПС 3-го поколения является экспериментальная сеть NTT DoCoMo, развернутая в Японии в мае 1998г [1]. Анонсированные проекты ССС 3-го поколения TELEDESIC и SKYBRIDGE (США) реализуют концепцию ШПС-МДКР с коммутацией пакетов [10].

Современные системы подвижной связи по экономическим и политическим соображениям должны обеспечивать требования, предъявляемые со стороны органов государственного управления, включая возможность перевода сетей связи в режим особого использования во время военных конфликтов, стихийных бедствий и т.д. Таким образом, современные системы подвижной связи могут рассматриваться как системы связи двойного назначения.

Целью настоящей работы является исследование путей повышения помехоустойчивости устройств приема сложных сигналов в системах спутниковой подвижной связи двойного назначения при передаче информации в пакетном режиме по каналу с многолучевостью, затенениями трассы распространения, значительным доплеровским сдвигом частоты и действием внутрисистемных помех, а также, разработка методов формирования больших ансамблей широкополосных шумоподобных сигналов на основе специального класса нелинейных кодовых псевдослучайных хаотических последовательностей, обеспечивающих высокую структурную скрытность системы.

При этом особое внимание уделяется вопросам построения абонентской радиолинии "ИСЗ-АС" для систем спутниковой подвижной связи, с низкоорбитальными ИСЗ.

Актуальность данной проблемы вызвана тем, что проектирование систем спутниковой подвижной связи двойного назначения с ШПС-МДКР имеет ряд существенных отличий от проектирования наземных систем подвижной связи с ШПС-МДКР, в области которого накоплен значительный опыт.

Создание перспективной системы персональной радиосвязи двойного назначения с ШПС может быть выполнено оптимальным образом при соответствующем выборе параметров ШПС и методов их обработки, исходя из характерной для данного случая совокупности параметров каналов распространения радиоволн. При этом в работе решаются следующие основные задачи:

1. Сформулированы общие требования к абонентскому устройству приема сложных сигналов ССПС двойного назначения с учетом характеристик радиолинии «ИСЗ - подвижный абонент». При этом произведен выбор ширины полосы шумоподобного сигнала и количественная оценка характеристик абонентской радиолинии: глубины и скорости интерференционных замираний, доплеровского сдвига частоты.

2. Исследована помехоустойчивость абонентской радиолинии ССПС с ШПС при наличии многолучевых замираний и затенений в канале, доплеровского сдвига частоты и действия внутрисистемных помех. Предложены пути увеличения пропускной способности абонентской радиолинии за счет использования ШПС и пакетных методов передачи.

3. Проведено сравнение помехоустойчивости различных схем, реализующих разнесенный прием ШПС. Выбраны алгоритмы комбинирования разнесенных сигналов, оптимальные правила принятия решений, число ветвей разнесения в приемном устройстве.

4. Предложены алгоритмы формирования ансамблей ШПС большого объема с высокой структурной сложностью. Исследованы авто- и взаимокорреляционные свойства полученных сигналов и проведена оценка сложности восстановления их структуры.

5. На основе полученных требований по формированию и обработке ШПС предложен подход к построению структурной схемы системы обмена сообщениями на линии "ИСЗ-АС" для ССПС двойного назначения.

На защиту выносятся следующие основные положения:

•оценка помехоустойчивости абонентской радиолинии системы спутниковой подвижной связи двойного назначения при наличии помех и искажений сигнала в канале;

•сравнение результатов, полученных методами статистического и имитационного моделирования, позволившее подтвердить адекватность используемой модели абонентской радиолинии;

•анализ выигрыша в пропускной способности абонентской радиолинии за счет использования сложных широкополосных шумоподобных сигналов (ШПС) в сочетании с пакетными методами передачи;

• оценка увеличения помехоустойчивости абонентского приемного устройства при применении разнесенного приема компонент принятого многолучевого сигнала с их последующим комбинированием;

• новый подход к формированию специального класса нелинейных кодовых псевдослучайных последовательностей (псевдослучайных хаотических последовательностей - ПСХП) на основе использования методов описания хаотического движения нелинейных динамических систем с дискретным временем;

• анализ корреляционных и структурных свойств ПСХП, обеспечивающих формирование ансамблей ШПС большого объема с высокой структурной сложностью, что необходимо для систем передачи информации двойного назначения;

•подход к построению структурной схемы системы обмена сообщениями в абонентской радиолинии ССПС двойного назначения.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. В первой главе на основе анализа архитектуры построения ССПС двойного назначения формулируются требования к подвижным абонентским станциям (АС) и анализируются характеристики распространения сигнала в радиолинии «ИСЗ - АС». В ходе анализа характеристик абонентской радиолинии выделяются основные мешающие факторы: замирания, вызванные многолучевым характером распространения в радиоканале, затенения трассы распространения местными предметами и элементами рельефа, доплеровский сдвиг частоты принятого сигнала и внутрисистемные помехи. С учетом полученных результатов делается вывод о необходимости применения сложных шумоподобных сигналов (ШПС) в абонентской радиолинии и производится выбор полосы частот ШПС. Выигрыш в эффективности использования ресурса абонентской радиолинии за счет применения пакетных методов передачи оценивается на примере протоколов ALOHA и сегментированная ALOHA в сочетании с ШПС.

4.6 Выводы.

1. Использование методов описания хаотического поведения нелинейных динамических систем с дискретным временем позволяет синтезировать структуру генератора специального класса нелинейных псевдослучайных последовательностей - бинарных псевдослучайных хаотических последовательностей (ПСХП).

2. Предложенные в диссертации бинарные ПСХП-1, ПСХП-2 и

ПСХП-3 позволяют формировать ансамбли ШПС большого объема l, где l»b, в - база ШПС. Объем ансамбля при заданной длине кода n аппроксимируется выражениями вида l = аы : для бинарных ПСХП-1 l = 0,9 n1'2 для бинарных ПСХП-2 - l = 1,05 n1,02; для бинарных ПСХП

3- l = 0,1n1,7.

3. Автокорреляционные и взаимокорреляционные свойства бинарных ПСХП близки к корреляционным свойствам случайных последовательностей. Все три типа ПСХП удовлетворяют тестам на соответствие случайным последовательностям.

4. ПСХП достаточно легко генерировать и хранить, т.е. для генерации ПСХП достаточно иметь правило перехода и начальное условие. Следовательно отпадает необходимость в использовании специальных запоминающих устройств для хранения длинных последовательностей.

5. Алгоритм формирования бинарных ПСХП содержит нелинейные операции, что повышает структурную защищенность системы передачи информации и усложняет постановку имитационных помех. В качестве меры структурной сложности используется число разрядов эквивалентного сдвигового регистра с линейными обратными связями, который позволяет воспроизвести данную ПСП. При длине кодовой последовательности n=255 число разрядов эквивалентного CPJIOC ljjn = 130.138 (для различных видов бинарных ПСХП), в то время как, для генерации М-последовательности длиной N=255 регистр сдвига имеет Г=8 разрядов.

6. В пределах ансамбля ПСХП структура порождающего полинома СРЛОС для отдельных ПСХП может существенно различаться, что также усложняет разгадывание структуры ПСП и затрудняет остановку имитационной помехи.

7. Предложенная структурная схема системы обмена сообщениями на линии "ИСЗ-АС" реализует сформулированные в работе рекомендации по формированию и обработке ШПС применительно к ССПС двойного назначения. Схема сочетает методы передачи по 2-м параллельным каналам и многопозиционное кодирование в каждом из них, что позволяет обеспечить одновременную работу с высокой скоростью передачи достаточно большого числа абонентских станций системы в общей полосе частот. Наличие ансамбля ПСХП большого объема позволяет осуществлять передачу информации с программной сменой вида ПСП от одной информационной посылке к посылке.

Заключение

Проектирование систем спутниковой подвижной связи (ССПС) двойного назначения с использованием широкополосных шумоподобных сигналов (ШПС) имеет ряд существенных отличий от проектирования систем подвижной сухопутной связи с ШПС и систем спутниковой связи с использованием геостационарных ИСЗ.

Настоящая диссертация содержит исследование путей повышения помехоустойчивости устройств приема сложных сигналов в ССПС двойного назначения при передаче информации в пакетном режиме по каналу с многолучевостью, затенениями трассы распространения, значительным доплеровским сдвигом и действием внутрисистемных помех. Кроме того, решена важная для систем двойного назначения задача обеспечения высокой структурной скрытности за счет применения новых методов формирования больших ансамблей ШПС на основе специального класса нелинейных кодовых псевдослучайных последовательностей (ПСП).

Методами статистического и имитационного моделирования исследована помехоустойчивость приема ШПС в радиолинии "ИСЗ-АС" приемниками без разнесения и при различных вариантах разнесения и комбинирования сложных сигналов (комбинирование, максимизирующее отношение сигнал/шум, селективное комбинирование (автовыбор) и комбинирование с использованием промежуточных решений). Моделирование проводилось для ШПС, полученных методом двоичной ФМ несущего колебания по закону кодовой ПСП с использованием кодов Голда и предложенных в диссертации нелинейных кодовых ПСП, названных псевдослучайными хаотическими последовательностями (ПСХП).

На ЭВМ реализованы алгоритмы синтеза ансамблей трех типов ПСХП: ПСХП-1, ПСХП-2 и ПСХП-3. Проведены тесты на случайный характер кодовых последовательностей, исследованы авто- , взаимокорреляционные свойства ансамблей ПСХП и вычислены оценки объемов ансамблей. Оценка структурной сложности полученных ПСХП осуществляется путем синтеза структуры эквивалентного сдвигового регистра с линейными обратными связями (СРЛОС), генерирующего заданную последовательность (алгоритм Берлекемпа - Месси). В качестве меры оценки структурной сложности принято число разрядов СРЛОС.

На основании сформулированных в работе рекомендаций по формированию и обработке ШПС предложен подход к построению структурной схемы системы обмена сообщениями на линии "ИСЗ-АС". Структурная схема построена с учетом использования пакетных методов передачи в радиолинии и передачи по 2-м параллельным каналам совместно с многопозиционным кодированием, что позволяет повысить эффективность использования ресурса радиолинии и увеличить скорость передачи при одновременной работе многочисленных абонентских станций в общей полосе частот. Приемная часть схемы обмена сообщениями реализует разнесенный прием для повышения помехоустойчивости при наличии многолучевости в канале и затенений трассы прямой видимости. Увеличение структурной скрытности ССПС достигается за счет использования специального класса нелинейных ПСП - псевдослучайных хаотических последовательностей (ПСХП) и программной смены вида ПСП от одной информационной посылке к другой.

Основными результатами работы являются:

1. Проектирование приемного устройства подвижной абонентской станции (АС) ССПС двойного назначения, использующей низкоорбитальные ИСЗ, в диапазоне 1,6.2,4 ГГц выполняется с учетом следующих факторов:

- Многолучевость канала приводит замираниям уровня сигнала на входе приемного устройства глубиной -20.-40 дБ. При этом расширение задержки сигнала достигает макисмального значения 0,3.12 мкс при среднем значении расширения задержки 0,1. 1,5 мкс в зависимости от условий распространения сигнала.

- Затенения трассы распространения сигнала строениями, растительностью или элементами рельефа ослабляют сигнал в точке приема на -5. .-20 дБ.

- Доплеровский сдвиг несущей частоты за счет взаимного перемещения низкоорбитального ИСЗ и абонента в достигает -60. .+60 кГц и изменяется со средней скоростью 140. .230 Гц/с.

2. Временная селекция компонент многолучевого сигнала позволяет снизить влияние интерференционной помехи, вызванной многолучевостью. Для разделения сигналов отдельных лучей длительность элементарного символа ШПС Тс должна быть меньше среднего значения расширения задержки в многолучевом канале

TCDGJQH с <Тр , а полоса ШПС выбирается исходя из соотношения

F«(6.10)FKop, где FKOp- полоса когерентности (полоса корреляции) задержек (см. табл. 1).

3. Переход от узкополосных сигналов к ШПС в сочетании методами пакетной передачи позволяет значительно увеличить эффективность использования абонентской радиолинии; при использовании протокола ALOHA пропускная способность увеличивается с 0,18 до 0,369, а протокола сегментированная ALOHA - с 0,360 до 0,5.

4. При моделировании характеристик абонентской радиолинии ССПС считают, что сигнал на входе приемника аппроксимируется распределением Райса: в точке приема всегда есть сигнал, распространяющийся в направлении прямой видимости и подверженный затенениям местными предметами, листвой и т.д и переотраженная многолучевая компонента. Интенсивность сигнала прямого луча описывается логнормальным законом распределения, а многолучевой компоненты - распределением Релея. При моделировании рассмотрены три случая распространения сигналов в радиолинии: слабое затенение -интенсивность прямого луча существенно больше интенсивности переотраженных лучей РПр » Р0Тр, сильное затенение - интенсивность прямого луча существенно меньше интенсивности переотраженных лучей Рпр «Ротр, умеренное затенение - интенсивности прямого и переотраженных лучей практически одинаковы РПр ~ Р0Тр.

5. Использование двух различных подходов к исследованию помехоустойчивости приемных устройств сложных сигналов ССПС: статистического и имитационного моделирования подтвердило адекватность используемой модели абонентской радиолинии. Разброс результатов при одинаковых исходных данных не превышает 3.5%. Статистическая модель применяется при больших значениях числа лучей в точке приема и многочисленных активных абонентах в системе, когда распределение помехи близко к гауссовскому. Имитационная модель не имеет подобного ограничения. В ходе численного эксперимента на ЭВМ получены зависимости средней вероятности ошибки, вероятности потери связи и вероятности успешной доставки сообщения при различных значениях параметров модели канала и параметров ССПС. Так, например, обеспечение передачи информации в абонентской радиолинии с ШПС и двоичной ФМ со скоростью 2,4 кбит/с и средней вероятностью ошибки в системе с К=15 активными абонентами при наличии умеренного затенения (РПр ~ Р0Тр) в канале и приходе сигналов по М=10 лучам требуется отношение сигнал/шум Е^ /Nq=27 дБ. Параметры ШПС: кодовая последовать ПСХП 1-го типа (ПСХП-1) с периодом N=4095 (база B=N) , длительность элементарного символа 1С=0,1 мкс. Наличие нормированного доплеровского сдвига (AfflT) = 0. 1 в системе с ШПС при средней вероятности ошибки Р =1-1(Г приводит к энергетическому проигрышу в 14 дБ.

6. Использование схем разнесенного приема сложных сигналов в спутниковых системах подвижной связи позволяет существенно повысить помехоустойчивость приемного устройства подвижной абонентской станции. Энергетический выигрыш при увеличении числа ветвей разнесения L приемного устройства ограничен, и окончательное решение о числе ветвей разнесения делается с учетом необходимого усложнения приемного устройства и получаемым при этом выигрышем в помехоустойчивости. С увеличением степени затенения в канале отношение мощности прямого луча к рассеянной компоненте уменьшается, и энергетический выигрыш от разнесения увеличивается.

7. Схема комбинирования, максимизирующая отношение сигнал/шум при прочих равных условиях обладает наибольшей помехоустойчивостью по сравнению с другими схемами комбинирования.

Так при работе К=15 абонентов при РПр « Р0Тр и использовании ШПС с базой B=N=4095 (ПСХП-1) средняя вероятность ошибки достигается при отношении сигнал/шум 40 дБ для приемного устройства без разнесения, и при использовании схемы комбинирования, максимизирующей отношение сигнал/шум, в случае с L=3 ветвями разнесения при а в случае увеличения числа ветвей разнесения до L=8 требуемое отношение сигнал/шум снижается до

Eb/No=20 дБ.

8. Схема селективного комбинирования (автовыбора) привлекательна с точки зрения простоты реализации, но имеет худшие характеристики, чем схема комбинирования, максимизирующая отношение сигнал/шум. В случае сильного затенения схема с автовыбором дает в 8 раз больший уровень неисправимых ошибок, чем комбинирование, максимизирующее отношение сигнал/шум, при одинаковом числе ветвей разнесения L=4.

9. Оба варианта схемы с комбинированием промежуточных решений (без использования/ с использованием информации о состоянии канала) уступают по помехоустойчивости схеме комбинирования, максимизирующей отношение сигнал/шум, но превосходят по характеристикам схему автовыбора. При этом реализация схем с комбинированием промежуточных решений проще, чем схемы, максимизирующей отношение сигнал/шум. В условиях сильного затенения в канале (РПр « Р0Тр) при Ре=5-10"4 и L=7 ветвях разнесения схема с использованием информации о состоянии канала обеспечивает энергетический выигрыш около 5 дБ по сравнению со схемой без использования информации о состоянии канала (1/Т=2,4 Кбит/С, число активных абонентов К=400, число лучей в точке приема параметры ШПС: код Голда N=4095, Тс=0,1 МКС).

10. Для обеспечения высокой структурной скрытности ССПС двойного назначения предложен новый метод формирования больших ансамблей ШПС с использованием специального класса нелинейных ПСП. Структура генератора ПСП данного типа основана на описания хаотического поведения нелинейных динамических систем с дискретным временем. В диссертации предложены три типа нелинейных ПСП, названные псевдослучайными хаотическими последовательностями ПСХП-1, ПСХП-2 и ПСХП-3.

11. Оценки объемов ансамблей ПСХП-1, ПСХП-2 и ПСХП-3 позволяют относить их к системам ШПС большого объема, где L, где

L»B, B=N - база ШПС. Объем ансамбля при заданной длине кода N аппроксимируется выражениями вида L = А1\Г : для бинарных ПСХП-1

L = 0,9N1,2, для бинарных ПСХП-2 - L = 1,05N1,02; для бинарных ПСХП-1 7 з - L = 0,1N . Наличие ансамбля ПСХП большого объема позволяет осуществлять передачу информации с программной сменой формы ШПС от одного информационного символа к другому.

12. Автокорреляционные и взаимокорреляционные свойства бинарных ПСХП близки к корреляционным свойствам случайных последовательностей. Все три типа ПСХП удовлетворяют тестам на соответствие случайным последовательностям.

13. Алгоритм формирования бинарных ПСХП содержит нелинейные операции, что повышает структурную защищенность системы передачи информации и усложняет постановку имитационных помех. В качестве меры структурной сложности используется число разрядов эквивалентного сдвигового регистра с линейными обратными связями, который позволяет воспроизвести данную ПСП. При длине кодовой последовательности N=255 число разрядов эквивалентного CP ДОС f|jn = 130. 138 (для различных видов бинарных ПСХП), в то время как, для генерации М-последовательности длиной N=255 регистр сдвига имеет Г=8 разрядов.

1. Горностаев Ю.М. Мобильные системы 3-го поколения. М.: МЦНТИ, 1998.-288 с.

2. Lee W. Spectrum for IMT 2000. // UMTS Forum.- 1997.- №12.- P.237-250 .

3. Концепция создания и развития в России до 2005 года сетей общего пользования сухопутной и спутниковой подвижной связи (СПС-ОП и ССПС-ОП). I редакция. -М.: ОАО «Гипросвязь», 1999. 189с.

4. Варакин Л.Е., Калмыков В.В., Трофимов Ю.К. Подвижная связь общего пользования //100 лет радио: Сб. статей /Под. Ред. В.В. Мигулина. -М.:Радио и связь, 1995.- С. 171-185.

5. Калмыков В.В. Подвижная связь, эволюция к персональной связи. //Мобильные системы. 1997. - №2. - С.19-22.

6. An overview of the applications of code division multiple access (CDMA) to digital cellular systems and personal cellular networks. Introduction to CDMA and CIA. //QUALCOMM . - 1992. - №12.- P. 10-159.

7. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. М.:Эко Трендз, 1997,- 239 е., ил.

8. Rouffet D. GLOBALSTAR a Transparent System. // Electrical Communication 1993.- №4.- P. 84 - 90.

9. Невдяев JI.M., Смирнов A.A. Персональная спутниковая связь. М.:1. Эко-Трендз, 1998. 248 с.

10. Горностаев Ю.М., Невдяев JI.M. Новые стандарты широкополосной радиосвязи на базе технологии W-CDMA. М.: МЦНТИ, 1999. - 166 с.

11. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь: Пер. с англ. / Под. ред. В.В. Маркова. М.:Связь, 1979.-592 е., ил.

12. Джордан М. Пакетные радиосети. // ТИИЭР. 1987.- №1.- С.210 - 256.

13. Description of the GLOBALSTAR System. GS-TR-94-0001. Revision C. -Globalstar L.P., 1995 250 p.

14. Ли У. Техника подвижных систем связи: Пер.с англ. -М.: Радио и связь, 1985.- 392 е., ил.

15. Modeling and Simulation of mobile satellite Propagation. /ЛЕЕЕ Trans. On Antennas and Propagation.- 1992.- V. 40, №4.- P. 375-382

16. Influence of terrain irregularities and vegetation on tropospheric propagation . //CCIR XVIth Recomendations and Reports.- 1986.- V. 5, №6. P.100-127.

17. Shapira J. Channel characteristics for land cellular radio and their systems implications. //IEEE Trans, on Antennas and Propagation. 1992.- №4.- P. 716.

18. Saleh A., Valensuela R.A. A statistical model for indoor multipath propagation. //IEEE Journ. Selected Areas SAC-5. 1987.- №2.- P. 138-145.

19. Devasirvatham D.J.J. Multipath time delay spread in digital portable radio environment. //IEEE Communication magazine. 1984,- V. 25, №6.- P.13-21.

20. Варакин JI.E. Статистическая модель многолучевого распространения УКВ в городе. //Радиотехника.- 1989.- №12,- С. 56-60.

21. Rappaport T.S. Characterization of UHF multipath radio propagation physical factory building. //IEEE Trans. On Antennas and Propagation. -1989.- V. AP-37, №8,- P. 1058-1069.

22. Loo C. A statistical model for a land mobile satellite link. //IEEE Trans. Veh. Technol.- 1985. V.-VT34, №3.- P.122-127.

23. Loo C. Measurements and models of a land-mobile satellite channel and their applications to MSK signals. // IEEE Trans.on VehicularTechnology.- 1987.-V.36, №8.-P.l 14-121.

24. Loo C. Digital transmission through a land-mobile satellite channel. // IEEE Trans. Commun.- 1990.- V. 38, №5. P. 693-697.

25. Rees J. Van. Measurements of the wide-band radio channel characteristics for rural, residential and suburban areas. // IEEE Trans, on Vehicular Technology.- 1987.- V.36, №2.- P.2-6.

26. Gans M. J. A power spectral theory of propagation in the mobile radio environment. //IEEE Trans. Veh. Technol.-1972.-V. VT-21, №2.- P.27-38.

27. Kajiwara A. Mobile Satellite CDMA System Robust to Doppler Shift. //IEEE Trans, on Vehicular Technology.- 1995,- V. 44, №3.- P. 480-486.

28. Цимбал B.A. и др. Протоколы случайного множественного доступа в спутниковой сети связи с низкоорбитальными ретрансляторами. /Цимбал В. А., Шиманов С. Н., Людоговский А.С. //Технологии электронных коммуникаций. 1994.- Т. 49. - С.71-81.

29. Zorzi М. Capture Probabilities in Random-Access Mobile Communications in the Presence of Rician Fading. //IEEE Trans, on Vehicular Technology.-1997.-V. 46, №1. P. 96-101.

30. Tsai Y.W., Chang J. F. Using spread spectrum techniques to combat multipath interference in mobile random access networks. //IEEE Trans. Communications.- 1995.- V. 43, №2/3/4. P. 329-337.

31. Полянцев M.A., Шевченко В.А. Спутниковые системы передачи данных с кодовым доступом. //Технологии электронных коммуникаций. -1994.-Т. 49. -С.82-87.

32. Metzner J.J. On improving utilization in ALOHA networks. //IEEE Trans. Communications. 1976.-V. COM-24, №4.- P. 447-448.

33. Abramson n. The throughput of packet broadcasting channels. //IEEE Trans. Communications. 1977.- V. COM-25, №1.- P. 117-128.

34. Roberts L.G. ALOHA packet system with and without slots and capture. //Computer comm. Review. 1975.- V.5, №4.- P. 28-42.

35. Zainal E., Garcia R. The effect of Rayleigh fading on capture phenomenon in ALOHA channels. //Proc. InFCOM'87.- 1987.-№3.- P. 888-893.

36. Lau C., Leung C. Capture models for mobile packet radio networks. //Conference Record, Int. Conf. Comm.- 1990.-V.3, №6.- P. 1226-1230.

37. Sheikh A. U. H., Yao Y., Wu X. The ALOHA systems in shadowed mobile radio channels with slow or fast fading. // IEEE Trans. Veh. Technol. 1990.-VT-39, №11.- P.289-298.

38. Kavehrad M., Mclane P.J. Performance of low-complexity channel coding and diversity of spread spectrum in indoor, wireless communications. //AT&T Tech. Journal 1985. - V.64, №10.- P. 1927-1965.

39. Tanenbaum A.S. Computer networks. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 1988.-320 p.

40. Изыскание перспективных способов построения наземных систем подвижной радиосвязи, использующих сигналы со сложной структурой.:

41. Отчет по теме НИР / МГТУ. Руководитель темы В.В Калмыков. Исполнители Борисов С.А., Васин В.А. ЛОНО 95. М., 1995.- 14с.

42. Борисов С.А., Калмыков В.В. Исследование характеристик радиолинии связи через низкоорбитальные искусственные спутники Земли. //Вестник МГТУ. Сер. Приборостроение. 1996. - №4. - С.49-61.

43. Corazza G.E., Vatalaro F. A statistical model for land mobile sattelitechannels and its application to nongeostationary orbit systems.// IEEE Trans.on Vehicular-Technology.- 1994.- V.43, №3.- P.73 8-742.

44. Chau Y.A., Sun J.T. Optimal distributed detection diversity for direct-sequence CDMA over a shadowed Rician fading land-mobile satellite channel. //Proc. 44th IEEE Veh. Technol. Conf.- 1994.- P.947-951.

45. Chau Y.A., Sun J.T. Diversity with distributed decisions combining for direct-sequence CDMA in a shadowed Rician-fadiing land-mobile satellite channel. // IEEE Trans, on Vehicular Technology.- 1996,- V.45, №2.- P.237-247.

46. Kavehrad M., Ramamurthi B. Direct-sequence spread spectrum with DPSK modulation and diversity for indoor wireless communications. // IEEE Trans. Communications.- 1987.-V.35, № 2.- P.224-236.

47. Simon M.K., Divsalar D. On the implementation and performance of single and double differential detection schemes. // IEEE Trans, on Communications.- 1992.- V. 40, № 2. P. 278-291.

48. Biglieri E., Sciuva M.D., Zingarelli V. Modulation and coding for mobile radio communications: channels with correlated Rice fading and Doppler frequency shift. //IEEE Trans, on Vehicular Technology.- 1998.- V. 47, № 2. -P. 133-140.

49. Борисов С.А. Помехоустойчивость абонентской радиолинии системы мобильной спутниковой связи с широкополосными сигналами при неидеальной синхронизации по частоте. // Вестник МГТУ. Сер. Приборостроение. 1999. - №4. - С.31-40.

50. Калмыков В.В., Борисов С.А. О специальном классе нелинейных псевдослучайных последовательностей для системы мобильной связи с широкополосными сигналами. // Вестник МГТУ. Сер. Приборостроение.1997. №4. - С.37-47.

51. Калмыков В.В., Борисов С.А. Широкополосные сигналы для систем мобильной спутниковой связи. // Мобильные системы. 1998. -№2 -С.42-44.

52. Калмыков В.В., Борисов С.А. Широкополосные шумоподобные сигналы для систем подвижной радиосвязи. //Мобильные системы. 2000. -№1 -С.31-33.

53. Исследование перспективных методов формирования широкополосныхсигналов для достижения защищенности передачи информации. Отчет по теме "Перспектива МН" / МГТУ. Руководитель темы В.В Калмыков. Исполнители Борисов С.А., Васин В.А. М., 1999. - 36с.

54. Варакин JI.E. Теория систем сигналов. М.: Сов. радио, 1978. - 304 с.

55. Быков В.В. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. -М.: Сов. Радио, 1971.-325 с.

56. Радиотехнические системы передачи информации: Учеб. Пособие для вузов/ В.А. Борисов, В.В. Калмыков, Я.М. Ковальчук и др.; Под ред. В.В. Калмыкова. -М.: Радио и связь, 1990.- 304 е.: ил.

57. Финк JI.M. Теория передачи дискретных сообщений.- М.: Сов.радио, 1970.-728 с.

58. Андронов И.С., Финк JI.M. Передача дискретных сообщений по параллельным каналам. М.:Сов. Радио, 1971. - 408 с.

59. Chan N.L.B. Multipath propagation effects on CDMA cellular system.// IEEE Trans, on Vehicular Technology.- 1994.- V.43, №4.- P.848-855.

60. Borth D., Pursley M.B. Analysis of direct-sequence spectrum-spread multiple access communications over Rician fading channels. //IEEE Trans. Communications. 1979.- V. COM-27, №3. - P. 1566-1577.

61. Pursley M.B. Performance evaluation for phase-coded spread-spectrum multiple-access communication- Part I: System analysis. //IEEE Trans. Communications. 1977.- V. COM-25, №2.- P. 795-799.

62. Chair Z., Varshney P.K. Optimal data fusion in multiple sensor detection systems. //IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst.- 1986.- V. AES-22, №1,- P.98-101.

63. Kot A. D., Leung C. Optimal partial decision combining in diversity systems. //IEEE Trans. Communications. 1990.- V.COM-36, №7.- P.981-991.

64. Варакин JI.E. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. - 384 е., ил.

65. Ипатов В.П. Периодические дискретные сигналы с оптимальными корреляционными свойствами. М.: Радио и связь, 1992.- 152 е.: ил.

66. Special Issue on Chaotic Systems. // Proc. IEEE.- 1987.- P.5-266.

67. Проблемы динамического хаоса: Тем. выпуск. //Зарубежная радиоэлектроника. 1997. -№10. -С.5-79.

68. Heidari-Bateni G., McGillem Clare D. A chaotic direct-sequence spread-spectrum communication system. //IEEE Trans. Communications.- 1994.-V.COM-42, № 2/3/4. P. 1524-1527.

69. Корреляционные свойства шумоподобных сигналов, генерируемых системами с динамическим хаосом. / Кислов В.Я., Калмыков В.В., Беляев Р.В., Воронцов Г.М. //Радиотехника и электроника.- 1997.- том 42, №11.-С. 1341-1349.

70. Калмыков В.В., Юдачев С.С. Ансамбли составных кодовых последовательностей. //Вестник МГТУ. Сер. Приборостроение. 1994. - №4. -С.101-106.

71. Берлекемп Э. Алгебраическая теория кодирования: Пер. с англ. /Под ред. С.Д. Бермана. М.: Мир, 1971.- 480 с.

72. Massey J.L. Shift-register synthesis and BCH decoding. /ЯЕЕЕ Trans, on Information Theory.- 1969. V. IT-15, №1. - P. 122-127.

73. Моделирование захвата пакета с ШПС.1. Параметры модели:1. N = 4095 длина кодар = Ву порог захвата пакетабоковые лепестки АКФ для кодов Голдабоковые лепестки ВКФ дл кодов Голда число лучейотношение средних значений щ/циf1(N)f2(N)1. М = 5 R ■= 13N

74. Я. = 1.54 • 106 1/А, средняя задержка между лучами1скорость передачи информациичисло пакетов прибыващих за время длительности пакета Тр

75. Тр 1000-ТЬ Длительность пакета из 1000 двоичных символов

76. Вероятность времени прихода пакета имеет распределение Пуассонаа ( Р) .= if1. Р! ' ^ i!i= 01. Модель захвата 1-го вида.1. Вариант 1. ц./

77. G 1,50. 500 число пакетов одновременно передаваемых по каналу1. С(х)1. М 11. П "-Хп = 0Rpf2(N)1. Н(Х,Р)1. М 11. П 1-х'*™ j = p, 11. F(x,P)Рп i= 1R1 erf1. R-я 1п(х)

78. Пропускная способность при использовании протокола ALOHA11. М 1

79. S(G) = G- ^ a(P)H(x,P)F(x,P)-exp(-2-G( 1 С(х))) dx1. Р = О0.0000001

80. Зависимость нормированной пропускной способности от числа пакетов в канале1. S(G)1 0.8 0.61. G 0.4 0.2 01. Модель захвата 2-го вида.1. G -- 1,10.-5001. А1(Р;Р