автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Повышение помехоустойчивости приема сообщений в охранных радиотехнических системах при наличии замираний и внешних помех

На правах рукописи

Присяжнюк Иван Викторович

Повышение помехоустойчивости приёма сообщений в охранных радиотехнических системах при наличии замираний и внешних помех.

Специальность 05.12.04 — Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет".

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Макаров Сергей Борисович Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Цикин Игорь Анатольевич кандидат технических наук, доцент Матвеев Александр Васильевич

Ведущая организация: Военная академия связи.

Защита состоится 15 декабря 2005 г. в 16.00 на заседании диссертационного совета Д212.229.01 в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29, 2-ой учебный корпус, ауд.470.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет".

Автореферат разослан 14 ноября 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.229.01

доктор технических наук Короткое A.C.

286 9 Г

Введение

Интерес к техническим средствам обеспечения безопасности в последнее время не только не ослабевает, но и продолжает непрерывно возрастать. Это связано, прежде всего, с необходимостью повышения эффективности борьбы с терроризмом, с организованной и неорганизованной преступностью, противодействию коммерческому и промышленному шпионажу и прочей противоправной деятельности.

Технические средства обеспечения безопасности включают в себя как составную часть средства охранной сигнализации. Обмен данными между различными элементами средств охранной сигнализации в последнее время всё чаще осуществляется с использованием радиоканала. Основными особенностями функционирования таких средств охранной сигнализации являются следующие:

• Наличие сложной помеховой обстановки, в которой происходит передача данных по радиоканалу.

• Параметры среды распространения сигналов непрерывно меняются во времени, что связано с изменением картины многолучевого распространения из-за отражения сигналов от стен, препятствий, движущихся людей и пр.

Проектирование вновь создаваемых локальных охранных радиотехнических систем требует учёта перечисленных особенностей для обеспечения устойчивой работы в условиях сложной помеховой обстановки при наличии замираний сигнала.

Целью работы является повышение помехоустойчивости приема пакетов сообщений в локальных охранных радиотехнических системах (ЛОРС) в условиях замираний сигналов, внутрисистемных, межсистемных и других помех, путём использования близких к оптимальным алгоритмов обработки сигналов и протоколов радиообмена, учитывающих условия функционирования системы.

Для достижения указанной цели требуется решить следующие задачи:

• Провести анализ основных сетевых топологий локальных охранных радиотехнических систем для выявления возможности использования таких топологий в условиях функционирования системы при наличии технических ограничений, замираний, помех.

• На основании анализа методов случайного доступа с учетом особенностей построения ЛОРС, разработать метод доступа и протокол обмена данными, учитывающие наличие совокупности помех и замираний в канале передачи.

• Определить статистические характеристики замираний в условиях реальных объектов и определить математическую модель, наилучшим образом описывающую замира-

ния сигналов в ЛОРС.

• Разработать алгоритмы оптимального и подоптимального приема, учитывающих наличие замираний и помех в канале передачи.

• Определить помехоустойчивость приема сигналов, использующихся в ЛОРС, при наличии замираний и воздействии различного рода помех.

• Оценить эффективность и определить повышение помехоустойчивости приема сообщений при использовании предлагаемых методов и алгоритмов приема.

Научная повита результатов исследований состоит в следующем:

1. Предложен метод множественного доступа к среде передачи в локальных охранных радиотехнических системах, учитывающий условия и особенности функционирования этих систем (сложную помеховую обстановку, наличие замираний и повышенные требования к эффективности использования источников питания).

2. Определены статистические характеристики замираний сигналов в ЛОРС и показано, что в помещениях площадью от нескольких квадратных метров до сотен метров, время когерентности замираний имеет величину от десятых долей до десятков секунд, поэтому замирания в ЛОРС являются медленными. Максимальная длительность временного профиля замираний составляет единицы микросекунд, что позволяет сделать вывод о том, что замирания не являются частотно-селективными.

3. Обоснована, найдена и экспериментально подтверждена физическая модель замираний сигналов в ЛОРС, характеризуемая плотностью вероятностей Накагами т.

4. Определена вероятность ошибочного приёма ЧМ сигналов с ММС и ГММС для когерентного приёма, приёма с интегрированием после детектора мгновенной частоты при наличии замираний Накагами, оптимального разнесённого приёма сигналов и подоптимального разнесённого приёма с двумя независимыми каналами обработки при некоррелированных замираниях Накагами.

5. Разработана методика вычисления вероятности ошибочного приёма ЧМ сигналов с ММС при условии, что в канале передачи помимо аддитивного нормального шума присутствует гармоническая помеха со случайной начальной фазой, вызванной работой соседних ЛОРС.

6. Разработана и реализована локальная охранная радиотехническая система с многоуровневой сетевой топологией и элементами многосвязности, в которой для борьбы с замираниями применяется алгоритм приёма с двумя независимыми каналами обработки и для борьбы с внешними помехами используется алгоритм с программной перестройкой рабочей частоты.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Использование предложенной сетевой топологии "дерево" для локальных охранных радиотехнических систем позволяет:

• повысить помехоустойчивость приёма данных за счёт увеличения пропускной способности сети;

• путём добавления элементов многосвязности на несколько порядков снизить вероятность пропуска пакетов сообщений в условиях наличия замираний сигналов;

• путём введения механизмов регулирования уровня излучаемой мощности уменьшить величину межсистемных и внутрисистемных помех в J10PC на несколько десятков децибел.

2. Определена физическая модель замираний сигналов в локальных охранных радиотехнических системах, работающих в диапазоне частот от 0.5 до 2 ГГц, характеризуемая плотностью вероятностей Накагами т, при т = 2 ч-4 описывающая замирания сигналов в протяженных помещениях, и в помещениях с большим числом препятствий при т = 1 н- 2.

3. Допустимое минимальное расстояние между двумя охранными радиотехническими системами, работающими на одном и том же частотном канале, каждая из которых создаёт внешние помехи для другой, должно быть на порядок выше, чем радиус работы системы для того, чтобы энергетические потери приёма составили не более 0.5 дБ.

4. Предложенный алгоритм разнесённого когерентного приёма 4M сигналов с ММС (ГММС) с двумя независимыми каналами обработки позволяет получить энергетический выигрыш в области вероятности ошибок р = 10 3 от 2 до 6 дБ по сравнению с приёмом без разнесения для каналов с замираниями Накагами при т от 4 до 1.

5. Использование алгоритма приёма с программной перестройкой рабочей частоты обеспечивает минимальные энергетические потери в помехоустойчивости приёма в 3 дБ при отношении мощности внешней помехи к мощности полезного сигнала не более 53 дБ при числе каналов, равном 7 и разносе частот 2/Г.

Практическая ценность работы

На основе результатов, полученных в работе, создана, сертифицирована и про-мышленно выпускается в ЗАО "Аргус-Спектр" (г. С.-Петербург) с 2005 г. радиоканальная система охранно-пожарной сигнализации "Стрелец", функционирующая в частотных диапазонах 433.05-434.79 МГц и 868.0-868.6 МГц. В радиосистеме "Стрелец" используются сетевые топологии "дерево" и "звезда" с элементами многосвязности и регулированием мощности излучения между каждой парой устройств. В качестве протокола множественного доступа используется протокол гибкий МДКН/Aloha. Продолжи-

тельность работы извещателей от батарей - 5 лет. Максимальная ёмкость системы -768 устройств. В целях борьбы с замираниями используются методы частотного, временного и поляризационного разнесения. Для повышения помехоустойчивости при наличии помех используется алгоритм программной перестройки рабочей частоты. Система эксплуатируется в ряде промышленных, торговых и культурных учреждений, а также множестве жилых помещений Российской федерации, стран СНГ и Европы. Методы исследования

В диссертации приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, результаты моделирования, полученные с использованием методов теории передачи информации, теории оптимального приема сигналов, теории случайных процессов и математической статистики, теории случайных потоков, прикладной теории сетей, различных методов программирования. Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на конференциях:

1. III Межрегиональная конференция "Информационная безопасность регионов России", СПБГПУ, 2003 г.

2. XII Общероссийская научно-техническая конференция "Методы и технические средства обеспечения безопасности информации", Санкт-Петербург, 2004 г.

3. VI Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, Санкт-Петербург, ЛЭТИ, 2005 г.

Общее число печатных работ по теме диссертации - 7, из них: Статей - 2; Тезисов докладов на научно-технических конференциях - 5. Структура и объем работы

Работа имеет объем 134 стр. и состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Текст содержит 13 таблиц и иллюстрируется 62 рисунками. Список литературы включает 98 наименований. Вклад автора в разработку проблемы

Научные положения, теоретические выводы, практические рекомендации, расчеты и математическое моделирование разработаны автором самостоятельно

Достоверность полученных результатов подтверждается применением общепризнанных методик определения временных и частотных характеристик сигналов; использованием аппарата теории вероятностей и случайных процессов, математической статистики при получении аналитических результатов; достоверность этих результатов подтверждается натурными экспериментами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность работы, формулируются цель и задачи исследований, представляются положения, выносимые на защиту, характеризуются научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе приведены основные принципы и особенности построения ЛОРС. Описана архитектура ЛОРС, перечислены использующиеся в них сетевые топологии и протоколы множественного доступа. Указаны особенности частотного планирования и видов сигналов, использующихся в ЛОРС для обмена данными. Обоснована перспективность использования спектрально-эффективных ЧМ сигналов с ММС и ГММС. Проведена классификация мешающих сигналов в ЛОРС и приведены характеристики многолучевого распространения, приводящего к эффекту замираний. Представлены математические модели, описывающие поведение помех и замираний. На основе проведённого анализа сформулирована цель работы и поставлены частные задачи по каждому аспекту построения ЛОРС.

Вторая глава посвящена исследованию характеристик сетевых топологий и протоколов множественного доступа ЛОРС. При анализе характеристик различных сетевых топологий показано, что в ЛОРС с многоуровневой сетевой топологией при фиксированной выходной мощности радиопередающих устройств пропускная способность является квадратичной функцией количества участков ретрансляции и может быть при наличии нескольких слоев гораздо выше, чем в сети, построенной с использованием одноуровневой сетевой топологии. Получаемый выигрыш может быть использован для увеличения количества обслуживаемых абонентов в системе, либо для улучшения характеристик помехоустойчивости передачи данных.

Добавление элементов многосвязности в различные сетевые топологии позволяет повысить помехоустойчивость передачи данных в условиях наличия замираний вследствие того, что абоненты разнесены друг относительно друга на многие десятки длин волн и замирания в их приёмных трактах практически некоррелированы.

Эффект от снижения уровня помех при удержании мощности излучения радиопередающих трактов на уровне, достаточном для приёма радиосигналов радиоприёмными трактами с заданной вероятностью ошибок равен =(гт1> /гтт)2, где гтах -максимальный радиус охвата, гтт - минимальное расстояние, на котором могут располагаться друг относительно друга пары радиоустройств.

В работе проведён анализ протокола множественного доступа в ЛОРС с односторонней передачей данных, основанный на предположении о пуассоновской модели

поступления пакетов данных и предложен алгоритм выбора параметров протокола для достижения заданных вероятностных характеристик его работы.

На основе использования критериев эффективности протоколов множественного доступа в ЛОРС с двухсторонней передачей данных - нормированных пропускной способности протокола S и задержки протокола D, обосновано преимущество использования в ЛОРС алгоритмов доступа со случайным разделением ресурса.

Для протоколов множественного доступа с контролем несущей определено значение порога, позволяющее максимально эффективно использовать анализ несущей в канале и допустить случаи ложного принятия решения о занятости канала с заданной вероятностью. Значение порога равно Ри = ег2 • {—2 In («/?„„,)}, где а2 - мощность шумового сигнала, р11ш - вероятность ошибочного приёма пакета сообщений, а - заданный множитель.

При анализе работы протоколов Aloha и МДКН определена их пропускная способность в условиях наличия импульсных помех:

Р = Ge 20 с'< (Aloha), р = -- (МДКН),

G(l + 2a) + e

где G - загрузка протокола полезными сообщениями, G;/ = Xuv среднее количество мешающих импульсов за время длительности пакета ("загрузка" канала мешающими сигналами). На рис. 1 приведены характеристики протоколов Aloha и гибкий МДКН при наличии импульсных помех с различной интенсивностью. При их анализе можно заключить, что при наличии импульсных помех ухудшается пропускная способность протоколов и увеличивается задержка передачи пакетов. Поэтому при построении ЛОРС параметры передачи должны быть выбраны заранее с учётом наличия внешних импульсных помех с помощью полученных формул.

В заключении главы сформулирован предлагаемый метод множественного доступа к среде передачи в локальных охранных радиотехнических системах, учитывающий условия и особенности функционирования этих систем (сложную помеховую обстановку, наличие замираний и повышенные требования к эффективности использования источников питания).

Рис. I Характеристики протоколов случайного доступа при наличии импульсных помех.

В третьей главе работы представлена физическая сущность и рассмотрены статистические характеристики замираний сигналов, возникающих при многолучевом распространении сигналов в ЛОРС.

Время когерентности замираний, вызванных перемещением людей внутри помещения, оценивается выражением / = 1 / 2уу1Ас//2 , где V - скорость движения человека, Л - длина волны и с/ - расстояние между радиопередающим (РПД) и радиоприёмным (РПУ) устройствами. На рис. 2 приведена автокорреляционная функция огибающей сигнала при замираниях при V, равной 1 м/сек и 2 м/сек. Время когерентности замираний в ЛОРС составляет величины от десятых долей до десятков секунд, что гораздо больше длительностей пакетов сообщений в ЛОРС, поэтому замирания являются медленными.

Рис. 2 Автокорреляционной функция огибающей сигнала.

Величину максимальной задержки между двумя задержанными копиями сигнала можно оценить выражением ттт = а70.33 с. При подстановке в это выражение численных значений можно показать, что гта1 « Ть (Ть длительность битового интервала). Из этого можно сделать вывод, что замирания в ЛОРС являются частотно-неселективными и влияют исключительно на амплитуду принимаемого сигнала, не ухудшая его временных и частотных характеристик.

В зависимости от взаимного расположения РПУ и РПД, а также топологии ЛОРС могут быть условно выделены два случая. На рис. 3 приведены характеристики замираний, полученные при размещении извещателя и ПКУ в большом торговом зале размеры которого составляют около 50x50 м. При таком расположении между РПД и РПУ присутствует регулярный луч и поэтому замирания имеют малую глубину.

Рис. 3 Замирания радиосигнала при наличии регулярного луча. В другом случае (рис. 4) РПД и РПУ расположены в различных помещениях и траектория распространения радиоволн пересечена значительным количеством препятствий.

м

я

I

Рис. 4 Замирания радиосигнала при отсутствии регулярного луча.

В результате экспериментов было показано, что модель Накагами описывает распределение коэффициента передачи канала при замираниях в ЛОРС, удовлетворяя критерию х2 с большим уровнем значимости, чем др. модели. Параметр Накагами т при этом служит индикатором глубины замираний. Случаи глубоких замираний соответствуют значениям т от 1 до 2, а при малой глубине замираний т находится в интервале от 2 до 4.

При временном разнесённом приёме улучшение характеристик приёма достигается только при наличии относительно быстрых замираний. Интервал когерентности замираний при перемещении людей в помещениях составляет величину от единиц до десятков секунд. Поэтому использование перемежения символов в пакете, или различных методов помехоустойчивого кодирования как средств борьбы с замираниями не является эффективным. В противоположность этому, повторение передачи пакетов со-

общений с интервалами в несколько единиц секунд способно снизить вероятность пропуска пакетов сообщений в условиях наличия замираний, вызванных перемещением людей.

При пространственном разнесении приём осуществляется на две или более антенны, расположенные параллельно друг другу. Показано, что коэффициент коррели-рованности замираний при таком расположении антенн можно оценить выражением /?12 (/) = |/(| (2я7/Д)|. На рис. 5 представлены зависимость максимального абсолютного

значения коэффициента взаимной корреляции замираний в ветвях пространственного разнесения, полученная в результате экспериментальных исследований и кривая, полученная с помощью теоретического результата. Из рисунка видно, что при пространственном разнесёнии минимально допустимые расстояния между антеннами должны быть равны нескольким длинам волн. В этой связи весьма перспективным является организация элементов многосвязности в сетевых топологиях типа "звезда" и "дерево". При использовании этих топологий различные абоненты сети разнесены на расстояния, превышающие многие десятки длин волн и процессы замираний в них являются практически некоррелированными. Такой метод борьбы с замираниями остаётся эффективным даже в условиях долговременных замираний за счёт большого расстояния между абонентами.

Л

РПД

Ь > ^

I1" [рпу|

^Эксперимент

Теоретич. модель

1/Х

Рис. 5 Корреляция замираний в ветвях пространственного разнесения.

Поляризационный метод разнесения допускает организацию только двух ветвей разнесения и основан на том, что замирания в двух антеннах, расположенных перпендикулярно друг другу, достаточно слабо коррелированны. Максимальное значение нормированной взаимной корреляционной функции в результате многочисленных экспериментов находилось в диапазоне 0.2 - 0.4, что свидетельствует об эффективности использования этого метода разнесения при кратковременных замираниях. Метод поляризационного разнесения пригоден также для борьбы с долговременными замираниями. На рис. 6 представлен фрагмент выборки сигнала от двух ветвей поляризационного разнесения. В одной из них из за долговременного замирания длительностью около 20 сек, вызванного медленным перемещением человека коэффициент передачи сиг-

нала снизился на величину около 30 дБ, тогда как в другой коэффициент передачи практически не изменил своё значение.

Рис. 6 Взаимная корреляция замираний в ветвях поляризационного разнесения.

Таким образом, на основании проведенных исследований определены статистические характеристики замираний сигналов в ЛОРС и показано, что замирания в ЛОРС являются медленными и частотно-неселективными. Обоснована и экспериментально подтверждена физическая модель замираний сигналов в ЛОРС, характеризуемая плотностью вероятностей Накагами т.

В четвёртой главе работы рассмотрены алгоритмы приёма ЧМ сигналов с ММС (ГММС) в условиях наличия помех и замираний Замирания в ЛОРС являются медленными, поэтому изменения коэффициента передачи и фазового сдвига канала в течение времени передачи пакета сообщений являются сильно коррелированными и из анализа ранее принятых элементов сообщения можно с высокой степенью достоверности предсказать ожидаемые параметры следующего элемента. В этих условиях одиночный приём ЧМ сигналов с ММС (ГММС) осуществляется так же, как если бы замирания отсутствовали, и оптимальной схемой приёма является схема приёма при аддитивном белом гауссовском шуме.

Оптимальный разнесённый приём сигналов сводится к когерентному и взвешенному сложению сигналов в ветвях разнесения с последующим детектированием, при этом правило принятия решения представляется следующим образом: т

ШЛ^-е '"'МО

Л > |Яе

/-1 "I

Л,

где N,12 - спектральная плотность мощности шума в I -той ветви разнесения, ц, и соответственно, коэффициент ослабления и сдвиг фазы сигнала в I -той ветви.

Реализация такого приёмника затрудняется необходимостью создания высокочастотных блоков фазирования. При подоптимальном алгоритме с независимыми ка-

налети приём сигналов от различных ветвей разнесения ведётся независимо в каждой из ветвей (рис. 7) по алгоритму одиночного приёма. " /*<

! ~ Н Н!*"«^'")—

I ]

чг > I с бгсугелмам [ •>

\ / А2 ( оМВшл |

1

Рис. 7 Схема разнесённого приёма с независимыми каналами.

После демодуляции и декодирования принятого пакета сообщения в каждой из ветви независимо принимается решение о наличии, либо отсутствии ошибок в принятом пакете с помощью кода, способного обнаруживать ошибки. В случае отсутствия ошибок в любой из ветвей принятый пакет считается неповреждённым.

Алгоритм приёма в условиях наличия внешних помех с известными параметрами совпадает с алгоритмом оптимального когерентного приёма при условии компенсации помехи.

О М о о "о

где // и /и,, - коэффициенты передачи канала для полезного сигнала и помехи £(/), соответственно.

При отсутствии точных сведений об имеющихся помехах предполагают, что известными являются некоторые статистические характеристики помех и усредняют по ним функнию правдоподобия, либо проводят оценку характеристик помех перед проведением сеанса обмена данными с последующей их компенсацией.

Рассмотрим следующий подоптимальный алгоритм приёма в условиях наличия помех, характеристики которых неизвестны. Пакет сообщений последовательно передаётся на каждом из £ частотных каналов. Целостность пакетов сообщений, принятого в каждом канале, контролируется с помощью помехоустойчивого кода с обнаружением ошибок. В случае отсутствия ошибок в любой из ветвей, пакет считается принятым успешно. Такой алгоритм является одной из разновидностью алгоритмов с медленной программной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ). К его достоинствам относятся:

- отсутствие необходимости проведения анализа помеховой обстановки и, вследствие этого, сниженные требования к сложности аппаратурной реализации;

- универсальность с точки зрения видов помех;

- возможность одновременной организации частотного разнесения с целью повышения помехоустойчивости при замираниях;

возможность экономного использования частотного ресурса при использовании резервных каналов передачи только в случае невозможности передачи пакета сообщений по основному частотному каналу.

В пятой главе работы рассмотрена помехоустойчивость различных алгоритмов приёма ЧМ сигналов с ММС и ГММС. На основании усреднения выражения для вероятности ошибок в отсутствие замираний по значениям коэффициента передачи канала при замираниях Накагами с параметром т получены следующие выражения для одиночного когерентного приёма

•4т-к

"1 1 3 агИг\

— —+т —-

.2 2 2 т )

•Г т +

т)/1»

и одиночного приёма с интегрированием после детектора мгновенной частоты

1

Р(*Н

-аИ , ' ^ Ы2т-к

1 1

—,--1-Я!

2 2

здесь И = ^¡Ес / М„, Г(.х) - гамма-функция, - обобщенная гипергеомет-

рическая функция, а - коэффициент, зависящий от ширины полосы гауссовского фильтра для сигналов с ГММС. В табл. 1 приведены значения энергетического проигрыша приёма при наличии замираний различной степени глубины. Из таблицы видно, что при наличии глубоких замираний энергетический проигрыш достигает 10-20 дБ. Табл. 1 Энергетический проигрыш одиночного приёма при наличии замираний.

ш 0.5 1 1.5 2 3

Энергетический проигрыш, дБ 28 20 12 8.5 6

При оптимальном разнесённом приёме вероятность ошибки в отсутствие замираний равна вероятности ошибочного приёма сигнала, образованного модулем суммы коэффициентов передачи сигнала и //2' в ветвях разнесения:

аЛ,

а")2+//2)2 А,2

На основании усреднения этого выражения по значениям модуля суммы коэффициентов передачи получено выражение для вероятности ошибочного приёма при оптимальном разнесённом когерентном приёме

р(И)=\-аИ ^ ■4т-ж

1 1

-,-+2 т 2 2

В работе показано, что вероятность ошибочного приёма ЧМ сигналов с ММС (ГММС) с независимыми каналами с когерентным приёмом в каналах равна:

1 - аИ I

2 2 '

'2' /я.

Г Ж.+-

Г (щ)

и с приёмом в каналах с интегрированием после детектора мгновенной частоты:

\-ah-

1 1

2 2 '

\Г\ т, + —

3 а И | I ' 2

'2' 8/и, Г(/я,)

где N число символов в пакете сообщений, т: - параметр замираний в г -той ветви разнесения.

В табл. 2 представлена величина энергетического выигрыша при приёме ЧМ сигналов ММС по оптимальному разнесённому алгоритму и алгоритму с независимыми каналами по сравнению с одиночным когерентным приёмом для ряда значений т. Табл. 2 Выигрыш при разнесённом приёме по сравнению с одиночным приёмом.

Параметр замираний т Энергетический выигрыш, дБ

Оптимальный разнесённый приём Приём с двумя независимыми каналами

1 11.4 57

2 45 3

3 3 21

4 1.9 1.9

Для оценки степени снижения помехоустойчивости приёма при наличии помех в работе использована модель гармонической помехи с амплитудой Л„, частотой /„ и случайной начальной фазой. Показано, что вероятность ошибочного приёма равна:

* ^ |.1 2 ()!} И=л,,Ч> г=ЩГ„-Го), 9(г)=мп|(г+1)/|-(г+1)+яп|(г-1)/|-(г-1). Н, -

полином Эрмита / -того порядка.

Значения энергетического проигрыша при снижении помехоустойчивости приёма для ЧМ сигналов ММС при наличии гармонической помехи с различными отстройками по частоте и различными относительными уровнями мощности представлены в табл 3 Вероятность ошибочного приёма алгоритма с ППРЧ при наличии гармонической помехи выражается формулой: р = , где

Табл. 3 Энергетический проигрыш приёма при гармонической помете.

Отношение мощности помехи к

Энергетический проигрыш, дБ мощности сигнала, дБ.

-20 -10 0 10 20

Отстройка частоты помехи от центральной частоты полезного сигнала 0 0 0.6 3.4 - - -

1/4Т 0 0.4 25 - - -

1Я 0 ~0 -0 03 2 -

2П 0 ~0 ~0 ~0 0.1 1.25

На рис. 8 изображен график вероятности ошибочного приёма дня ЧМ сигналов с ММС при наличии синусоидальной помехи при различных отношениях мощности помехи к мощности полезного сигнала. При этом помеха располагается точно на центральной частоте диапазона. Количество каналов М равно 7 при межканальном расстоянии, равным 2/Т. Из рисунка видно, что помехоустойчивость приёма остаётся высокой даже при наличии сосредоточенной помехи в центре частотного диапазона с мощностью, превышающей мощность полезного сигнала на 40 дБ и выше.

Рису. 8 Избирательность приёма ММС сигналов при наличии сосредоточенной помехи при энергетическом проигрыше 3 дБ.

На рис. 8 также представлены характеристики избирательности обычного алгоритма приёма и алгоритма приёма с ППРЧ при наличии сосредоточенной помехи для энергетического проигрыша 3 дБ. Из рисунка видно, что выигрыш в избирательности приёма при использовании алгоритма с ППРЧ составляет до 53 дБ, когда помеха расположена точно посередине частотного диапазона и до 7 дБ, когда она располагается на крайнем частотном канале.

Таким образом, в результате проведенных исследований определена вероятность ошибочного приёма ЧМ сигналов с ММС и ГММС для когерентного приёма, приёма с интегрированием после детектора мгновенной частоты при наличии замираний Накатами, оптимального разнесённого приёма сигналов и подоптимального разнесённого приёма с двумя независимыми каналами обработки при некоррелированных замираниях Накагами. Разработана методика вычисления вероятности ошибочного приёма ЧМ сигналов с ММС при условии, что в канале передачи помимо аддитивного нормально-

го шума присутствует гармоническая помеха со случайной начальной фазой, вызванной работой соседних ЛОРС. Разработана и реализована локальная охранная радиотехническая система с многоуровневой сетевой топологией и элементами многосвязности, в которой для борьбы с замираниями применяется алгоритм приёма с двумя независимыми каналами обработки и для борьбы с внешними помехами используется алгоритм с программной перестройкой рабочей частоты.

В заключении сформулированы основные научные и практические результаты. Публикации по теме диссертации

1. Макаров С.Б., Присяжнюк И.В. Помехоустойчивость когерентного приёма 4M сигналов с ММС в локальных охранных радиотехнических системах при наличии различного рода помех // Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы. - 2004. № 3. - С. 38-43.

2. Левчук С.А., Макаров С.Б., Мещеряков A.B., Присяжнюк И.В. Помехоустойчивость приёма 4M сигналов с ММС в локальных охранных радиотехнических системах при воздействии замираний, подчиняющихся закону Накагами // Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы. - 2005. №2. - С. 42-47.

3. Макаров С.Б., Присяжнюк И.В. Помехоустойчивость когерентного приёма сигналов GMSK при наличии внутриполосных структурных помех: Тез. докл. III Санкт-Петербургская межрегиональная конференция "Информационная безопасность регионов России". - СПб:СПбГПУ, 2003. 162 с.

4. Макаров С.Б., Присяжнюк И.В. Помехоустойчивость когерентного приёма 4M сигналов с минимальным сдвигом частоты при воздействии сосредоточенной по спектру помехи: Тез. докл XII общероссийская конференция "Методы и технические средства обеспечения безопасности информации". - СПб.:СПбГПУ, 2004. - 158 с.

5. Макаров С.Б., Присяжнюк И В. Особенности построения и проектирования локальных охранных радиотехнических систем: Тез. докл. XII общероссийская конференция "Методы и технические средства обеспечения безопасности информации". -СПб.:СПбГПУ, 2004. - 158 с.

6. Макаров С.Б., Попов П.А., Присяжнюк И.В. Приём 4M сигналов с ММС в локальных охранных радиотехнических системах в условиях многолучевого распространения радиоволн: Тез. докл. 6-й международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии. - СПб.:СПбГЭУ, 2005.

7. Makarov S.B., Popov P.A., Prisyazhnyuk I.V. Error rates for MSK signals in Nakagami-fading channels for the local alarm radiotechnical systems // The proceedings of VI International symposium on EMC and EM ecology, Saint-Petersburg, 2005. - 331 p.

г

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Подписано в печать 11.11.2005. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,00. Тираж 100. Заказ 157Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: 550-40-14 Тел./факс: 247-57-76

г

»22405

РЫБ Русский фонд

2006-4 22645

Список используемых сокращений.

Введение.

Глава 1. Особенности проектирования и построения локальных охранных радиотехнических систем.

1.1 Архитектура.

1.2 Сетевые топологии систем.

1.3 Частотный план функционирования JIOPC.

1.4 Протоколы множественного доступа, используемые в ЛОРС.

1.4.1 Классификация протоколов множественного доступа.

1.4.2 Использование протоколов множественного доступа в ЛОРС.

1.5 Виды используемых сигналов и алгоритмы Pix приёма.

1.5.1 Сигналы.

1.5.2 Спектры сигналов.

1.5.3 Приём сигналов и помехоустойчивость алгоритмов приёма.

1.6 Особенности многолучевого распространения сигналов в ЛОРС.

1.6.1 Эффект замираний.

1.6.2 Природа и модели замираний.

1.7 Помехи в каналах передачи ЛОРС.

1.8 Цель и задачи работы.

Глава 2. Сетевые топологии и методы множественного доступа к среде передачи.

2.1 Сетевые топологии.

2.1.1 Анализ характеристик сетевых топологий.

Ф 2.1.2 Эффективность многосвязности топологии.

2.1.3 Использование автоматического управления мощностью излучения.

2.2 Множественный доступ к среде при односторонней передаче данных.

2.3 Анализ методов множественного доступа к среде при двухсторонней передаче данных.

2.3.1 Эффективность использования различных методов доступа в ЛОРС.

2.3.2 Анализ характеристик гибкого МДКН.

2.4 Выводы.

• Глава 3. Замирания сигналов.

3.1 Физическая сущность замираний в ЛОРС.

3.2 Статистические характеристики замираний сигналов.

3.3 Статистические характеристики сигналов при использовании различных методов разнесения ветвей приёма.

3.3.1 Временное разнесение.

3.3.2 Пространственное разнесение.

3.3.3 Поляризационное разнесение.

3.4 Выводы.

Глава 4. Алгоритмы приёма сигналов при наличии помех и замираний.

4.1 Алгоритмы приема при многолучевом распространении.

4.1.1 Одиночный поэлементный приём.

4.1.2 Разнесённый приём.

4.2 Алгоритмы приёма при наличии помех.

4.3 Выводы.

Глава 5. Помехоустойчивость приёма сигналов.

5.1 Помехоустойчивость поэлементного приёма при наличии замираний.

5.1.1 Когерентный приём.

5.1.2 Некогерентный приём с интегрированием после детектора.

5.2 Помехоустойчивость разнесённого приёма при наличии замираний.

5.2.1 Оптимальный разнесённый когерентный приём.

5.2.2 Разнесённый приём с двумя независимыми каналами обработки.

5.3 Помехоустойчивость приёма при наличии помех. 109 • 5.4 Помехоустойчивость приёма с программной перестройкой рабочей частоты.

5.5 Выводы.

Интерес к техническим средствам обеспечения безопасности в последнее время не только не ослабевает, но и продолжает непрерывно возрастать. Это связано, прежде всего, с необходимостью повышения эффективности борьбы с терроризмом, с организованной и неорганизованной преступностью, противодействию коммерческому и промышленному шпионажу и прочей противоправной деятельности.

Технические средства обеспечения безопасности включают в себя как составную часть средства охранной сигнализации. По функциональному назначению средства охранной сигнализации делятся на средства обнаружения (из-вещатели) и средства оповещения (приёмно-контрольные устройства). Извеща-тели являются начальными техническими средствами в структуре использова-* ния средств сигнализации, что обусловливает массовость их применения. К одному приемно-контрольному устройству может быть подключено от одного до нескольких сотен извещателей. Приёмно-контрольные устройства обеспечивают контроль подключенных к ним извещателей, принимают решения о несанкционированных действиях и вырабатывают сигналы управления исполнительными устройствами (средствами оповещения, оконечными устройствами систем передачи извещений и пр.).

Обмен данными между различными элементами средств охранной сигнализации в последнее время всё чаще осуществляется с использованием радиоканала.

Основными особенностями функционирования таких средств охранной сигнализации являются следующие:

- Наличие сложной помеховой обстановки, в которой происходит передача данных по радиоканалу.

- Параметры среды распространения сигналов непрерывно меняются во времени, что связано с изменением картины многолучевого распространения из-за отражения сигналов от стен, препятствий, движущихся людей и пр.

- Среда передачи данных является открытым каналом, поэтому информация, передаваемая между элементами системы доступна для внешних наблюдателей, которые могут воспользоваться ею для несанкционированного управления либо саботирования функционирования средств охранной сигнализации.

- Электропитание многих элементов радиоканальных систем (охранных из-вещателей, переносных устройств управления, удалённых исполнительных устройств и проч.) осуществляется от химических источников тока, при этом гарантированный срок службы от одного комплекта батарей, как правило, составляет от 1 до 10 лет. Это обстоятельство диктует необходимость использования радиоприёмных и радиопередающих трактов, устройств обработки сигналов, протоколов радиообмена, учитывающих повышенные требования к энергетической эффективности. Кроме того, средства охранной сигнализации должны обладать малыми массогабаритными показателями, низкой стоимостью и минимальными расходами на обслуживание.

Проектирование вновь создаваемых локальных охранных радиотехнических систем требует учёта перечисленных особенностей для обеспечения устойчивой работы в условиях сложной помеховой обстановки и при наличии замираний сигналов. Многолучевое распространение колебаний в помещениях и между помещениями в пределах зданий и сооружений является относительно мало изученным, поэтому исследование его статистических характеристик также представляет значительный интерес.

Цель работы

Целью работы является повышение помехоустойчивости приема пакетов сообщений в локальных охранных радиотехнических системах в условиях замираний сигналов, внутрисистемных, межсистемных и внешних помех, путём использования близких к оптимальным алгоритмов обработки сигналов и протоколов радиообмена, учитывающих условия функционирования системы.

Задачи работы

• Провести анализ основных сетевых топологий локальных охранных радиотехнических систем для выявления возможности использования таких топологий в условиях функционирования системы при наличии технических ограничений, замираний, помех.

• На основании анализа методов случайного доступа с учетом особенностей построения ЛОРС, разработать метод доступа и протокол обмена данными, учитывающие наличие совокупности помех и замираний в канале передачи.

• Определить статистические характеристики замираний в условиях реальных объектов и определить математическую модель, наилучшим образом описывающую замирания сигналов в ЛОРС.

• Разработать алгоритмы оптимального и подоптимального приема, учитывающих наличие замираний и помех в канале передачи.

• Определить помехоустойчивость приема сигналов, использующихся в ЛОРС, при наличии замираний и воздействии различного рода помех.

• Оценить эффективность и определить повышение помехоустойчивости приема сообщений при использовании предлагаемых методов и алгоритмов приема.

Методы исследования

В диссертации приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, результаты моделирования, полученные с использованием методов теории передачи информации, теории оптимального приема сигналов, теории случайных процессов и математической статистики, теории случайных потоков, прикладной теории сетей, различных методов программирования.

Научная новизна

1. Предложен метод множественного доступа к среде передачи в локальных охранных радиотехнических системах, учитывающий условия и особенности функционирования этих систем (сложную помеховую обстановку, наличие замираний и повышенные требования к эффективности использования источников питания).

2. Определены статистические характеристики замираний сигналов в ЛОРС и показано, что в помещениях площадью от нескольких квадратных метров до сотен метров, время когерентности замираний имеет величину от десятых долей до десятков секунд, поэтому замирания в ЛОРС являются медленными. Максимальная длительность временного профиля замираний составляет единицы микросекунд, что позволяет сделать вывод о том, что замирания не являются частотно-селективными.

3. Обоснованно найдена и экспериментально подтверждена физическая модель замираний сигналов в ЛОРС, характеризуемая плотностью вероятностей Накагами т.

4. Определена вероятность ошибочного приёма ЧМ сигналов с ММС и ГММС для когерентного приёма, приёма с интегрированием после детектора мгновенной частоты при наличии замираний Накагами, оптимального разнесённого приёма сигналов и подоптимального разнесённого приё-мас двумя независимыми каналами обработки при некоррелированных замираниях Накагами.

5. Разработана методика вычисления вероятности ошибочного приёма ЧМ сигналов с ММС при условии, что в канале передачи помимо аддитивного нормального шума присутствует гармоническая помеха со случайной начальной фазой, вызванной работой соседних ЛОРС.

6. Разработана и реализована локальная охранная радиотехническая система с многоуровневой сетевой топологией и элементами многосвязности, в которой для борьбы с замираниями применяется алгоритм приёма с двумя независимыми каналами обработки и для борьбы с внешними помехами используется алгоритм с программной перестройкой рабочей частоты.

Положения, выносимые на защиту

1. Использование предложенной сетевой топологии "дерево" для локальных охранных радиотехнических систем позволяет:

• повысить помехоустойчивость приёма данных за счёт увеличения пропускной способности сети;

• путём добавления элементов многосвязности на несколько порядков снизить вероятность пропуска пакетов сообщений в условиях наличия замираний сигналов;

• путём введения механизмов регулирования уровня излучаемой мощности уменьшить величину межсистемных и внутрисистемных помех в ЛОРС на несколько десятков децибел.

2. Определена физическая модель замираний сигналов в локальных охранных радиотехнических системах, работающих в диапазоне частот от 0.5 до 2 ГГц, характеризуемая плотностью вероятностей Накагами т, при т = 2-4-4 описывающая замирания сигналов в протяженных помещениях, и в помещениях с большим числом препятствий при т = 1 + 2.

3. Допустимое минимальное расстояние между двумя охранными радиотехническими системами, работающими на одном и том же частотном канале, каждая из которых создаёт внешние помехи для другой, должно быть на порядок выше, чем радиус работы системы для того, чтобы энергетические потери приёма составили не более 0.5 дБ.

4. Предложенный алгоритм разнесённого когерентного приёма ЧМ сигналов с ММС (ГММС) с двумя независимыми каналами обработки позволяет получить энергетический выигрыш в области вероятности ошибок р = 10~3 от 2 до 6 дБ по сравнению с приёмом без разнесения для каналов с замираниями Накагами при т от 4 до 1.

5. Использование алгоритма приёма с программной перестройкой рабочей частоты обеспечивает минимальные энергетические потери в помехоустойчивости приёма в 3 дБ при отношении мощности внешней помехи к мощности полезного сигнала не более 53 дБ при числе каналов, равном 7 и разносе частот 2 П.

Практическая ценность

На основе результатов, полученных в работе, создана, сертифицирована и промышленно выпускается в ЗАО "Аргус-Спектр" (г. С.-Петербург) с 2005 г. радиоканальная система охранно-пожарной сигнализации "Стрелец", функционирующая в частотных диапазонах 433.05-434.79 МГц и 868.0-868.6 МГц.

В радиосистеме "Стрелец" используются сетевые топологии "дерево" и "звезда" с элементами многосвязности и регулированием мощности излучения между каждой парой устройств. В качестве протокола множественного доступа используется протокол гибкий МДКНУА1о1ш. Продолжительность работы изве-щателей от батарей - 5 лет. Максимальная ёмкость системы - 768 устройств. В целях борьбы с замираниями используются методы частотного, временного и поляризационного разнесения. Для повышения помехоустойчивости при наличии помех используется алгоритм программной перестройки рабочей частоты.

Система эксплуатируется в ряде промышленных, торговых и культурных учреждений, а также множестве жилых помещений Российской федерации, стран СНГ и Европы. В их числе:

- гипермаркеты сети "Эльдорадо", г. Санкт-Петербург;

- Меныпиковский дворец, г. Санкт-Петербург;

- Музей деревянного зодчества, г. Владимир;

- Склад вооружения при базе ВМФ, Великобритания;

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на конференциях:

1. III Межрегиональная конференция "Информационная безопасность регионов России", СПБГПУ, 2003 г.

2. XII Общероссийская научно-техническая конференция "Методы и технические средства обеспечения безопасности информации", Санкт-Петербург, 2004 г.

3. VI Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, Санкт-Петербург, ЛЭТИ, 2005 г.

Публикации

Общее число печатных работ по теме диссертации - 7, из них: Статей - 2; Тезисов докладов на научно-технических конференциях - 5.

Структура диссертации

Работа имеет объем 134 стр. и состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Текст содержит 13 таблиц и иллюстрируется 65 рисунками.

5.5 Выводы

В результате проведённых исследований определена вероятность ошибочного приёма ЧМ сигналов с ММС и ГММС при наличии замираний Накагами для одиночного когерентного приёма и приёма с интегрированием после детектора мгновенной частоты. Найдены значения энергетического проигрыша для различных значений параметра замираний т. При этом для т, находящемся в пределах 1-4, энергетический проигрыш составляет от 4 до 20 дБ.

Найдена вероятность ошибочного приёма для оптимального разнесённого приёма ЧМ сигналов с ММС и ГММС при некоррелированных замираниях Накагами. Определён энергетический выигрыш при использовании оптимального разнесённого приёма по сравнению с приёмом без разнесения. Этот выигрыш для замираний с параметром т, находящимся в пределах от 4 до 1, составляет соответственно от 2 до 11 дБ.

Для подоптимального разнесённого приёма с двумя независимыми каналами при некоррелированных замираниях Накагами при когерентном приёме и приёме с последетекторным интегрированием найден энергетический выигрыш при использовании такого приёма по сравнению с приёмом без разнесения. Этот выигрыш для замираний с параметром т, находящимся в пределах от 4 до 1, при длине пакета сообщений 100 бит составляет соответственно от 2 до 6 дБ.

Получено выражение для вычисления средней вероятности ошибочного приёма ЧМ сигналов с ММС при условии, что в канале передачи помимо аддитивного нормального шума присутствует гармоническая помеха со случайной начальной фазой и частотой fп. С помощью этого выражения показано, что для значения энергетического проигрыша в 0.5 дБ, допустимое расстояние между соседними ЛОРС должно быть не менее 10/?, где Я - радиус действия ЛОРС. Также показано, что при том же энергетическом проигрыше необходимое межканальное расстояние должно быть не менее ИТ.

Получено выражение для вероятности ошибочного приёма алгоритма с программной перестройкой рабочей частоты в условиях наличия в канале помимо аддитивного гауссовского шума также гармонической помехи. Определён выигрыш в избирательности приёмника при использовании ППРЧ. Этот выигрыш для ЧМ сигналов с ММС при количестве частотных каналов 7, межканальном расстоянии 2/Т составляет около 53 дБ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Основные научные и практические результаты проделанной работы следующие:

Сетевые топологии и множественный доступ

1. Использование сетевой топологии "дерево" позволяет повысить помехоустойчивость передачи данных за счёт увеличения пропускной способности сети. Добавление элементов многосвязности к такой сетевой топологии позволяет на несколько порядков снизить вероятность пропуска пакетов сообщений в условиях наличия замираний сигналов. Наличие механизмов регулирования уровня излучаемой мощности позволяет уменьшить величину межсистемных и внутрисистемных помех в ЛОРС на несколько десятков децибел.

2. Предложен алгоритм определения параметров протокола множественного доступа с односторонней передачей данных для достижения заданных вероятностных характеристик передачи сообщений в ЛОРС.

3. Показано, что протоколы случайного множественного доступа являются более выгодными для использования в ЛОРС в условиях наличия ограничений на время доставки пакетов данных и скважность передачи пакетов по сравнению с протоколами детерминированного множественного доступа.

4. Предложен способ определения порога принятия решения о занятости среды передачи при использовании гибкого МДКН протокола.

5. Определена степень снижения характеристик протоколов множественного доступа гибкий МДКН и Aloha в условиях наличия импульсных помех.

Замирания

6. В результате проведенных исследований замираний сигналов определены временные статистические характеристики замираний и показано, что в помещениях площадью от нескольких квадратных метров до сотен метров, время когерентности замираний имеет величину от десятых долей до десятков секунд, поэтому замирания в ЛОРС являются медленными. Максимальная длительность временного профиля замираний составляют единицы микросекунд, что позволяет сделать вывод о том, что замирания не являются частотно-селективными.

7. На основе экспериментальных исследований, для локальных охранных радиотехнических систем, работающих в диапазоне частот от 0.5 до 2 ГГц, найдена физическая модель замираний сигналов, характеризуемая плотностью вероятностей Накагами га и получены значения га = 2-4, описывающие замирания сигналов в протяженных помещениях и га = 1-2 в помещениях с большим числом препятствий.

8. Показано, что в условиях применения протокола множественного доступа эффективным способом борьбы с быстрыми замираниями является временное разнесение, в то время как при наличии многосвязно-сти в сетевых топологиях целесообразно использовать пространственное разнесение.

9. При необходимости использования малогабаритных антенн РПУ и РПД требуется использовать поляризационное разнесение, позволяющее обеспечить коэффициенты коррелированности замираний в пределах 0.2-0.4, как при условиях перемещения людей внутри помещений, так и при, долговременных замираниях, вызванных изменением положения элементов обстановки внутри помещений.

Алгоритмы приёма

10.Предложен подоптимальный алгоритм приёма сигналов в условиях наличия замираний с двумя независимыми каналами приёма.

11.Предложен подоптимальный алгоритм приёма сигналов с медленной ППРЧ как средство борьбы с помехами, характеристики которых неизвестны.

V Помехоустойчивость.

12. Определена вероятность ошибочного приёма сигналов ММС и ГММС при наличии замираний Накагами для одиночного когерентного приёма и приёма с интегрированием после детектора мгновенной частоты. На основании полученного выражения указаны значения энергетического проигрыша для различных значений параметра замираний т. При этом для т, находящемся в пределах 1-4, энергетический проигрыш составляет от 4 до 20 дБ.

13.Определена вероятность ошибки для оптимального разнесённого приёма сигналов ММС и ГММС при некоррелированных замираниях Накагами. Определён энергетический выигрыш при использовании оптимального разнесённого приёма по сравнению с приёмом без разнесения. Этот выигрыш для замираний с параметром т, находящимся в пределах от 4 до 1, составляет соответственно от 2 до 11 дБ.

14.0пределена вероятность ошибки для подоптимального разнесённого приёма х двумя независимыми каналами при некоррелированных замираниях Накагами при когерентном приёме и приёме с последетек-торным интегрированием. Определён энергетический выигрыш при использовании такого приёма по сравнению с приёмом без разнесения. Этот выигрыш для замираний с параметром т, находящимся в пределах от 4 до 1, при длине пакета сообщений 100 бит составляет соответственно от 2 до 6 дБ.

15. По л учено выражение для вычисления средней вероятности ошибочного приёма сигналов ММС при условии, что в канале передачи помимо аддитивного нормального шума присутствует гармоническая помеха со случайной начальной фазой и частотой fu. С помощью этого выражения показано, что для значения энергетического проигрыша в 0.5 дБ, допустимое расстояние между соседними ЛОРС должно быть ж не менее 10Д, где К - радиус действия ЛОРС. Также показано, что при том же энергетическом проигрыше необходимое межканальное расстояние должно быть не менее 1 /Г.

16.Получено выражение для вероятности ошибочного приёма алгоритма с программной перестройкой рабочей частоты в условиях наличия в канале помимо аддитивного гауссовского шума также гармонической помехи. Определён выигрыш в избирательности приёмника при использовании ППРЧ. Этот выигрыш для сигналов ММС при количестве частотных каналов 7, межканальном расстоянии 2/Т составил около 53 дБ.

1. Архипкин В.Я. Поляницкий И.А. В-CDMA: Синтез и анализ систем фиксированной радиосвязи. М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2002.

2. Банков В.Н. Барулин Л.Г. Жодзишский М.И. Радиоприёмные устройства. М.: Радио и связь, 1978.

3. Белоусов Е.Л., Харичов В.Н Оптимальный приём частотно-манипулированных сигналов с минимальным сдвигом // Радиотехника и электроника. 1984, Т. 29, № 3.

4. Большаков И.А., Ракошиц B.C. Прикладная теория случайных потоков. -М.: Советское радио, 1978.

5. Борисов В.И., Зинчук В.М.: Лимарев А.Е. Помехозащищённость систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью. М.: Радио и связь, 2003.

6. Бородич C.B. Искажения и помехи в многоканальных системах радиосвязи с частотной модуляцией. М.: Связь, 1976.

7. Бунин С.Г. Войтер А.П. Вычислительные сети с пакетной радиосвязью. -Киев: Техника, 1989.

8. Величкин А.И. Теория дискретной передачи непрерывных сообщений. -М.: Советское радио, 1970.

9. Венедиктов М.Д. Марков В.В. Эйдус Г.С. Асинхронные адресные системы связи. М.: Связь, 1968.

10. Вентцель Е.С. Теория вероятности. М.: Наука, 1969.

11. Волхонский В.В. Беспроводная система охранной сигнализации Spread-Net. СПб.: BV, 1996.

12. Гитлиц М.В. Лев А.Ю. Теоретические основы многоканальной связи. -М.: Радио и связь, 1985.

13. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Сов. Радио, 1977.

14. ГОСТ 12252 Радиостанции с угловой модуляцией сухопутной подвижной службы. Типы, основные параметры, технические требования и методы измерения.

15. ГОСТ 26342 Средства охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации: Типы, основные параметры и размеры.

16. ГОСТ 27990 Средства охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации: Общие технические требования.

17. ГОСТ 30318 Требования к ширине полосы радиочастот и внеполосным излучениям радиопередатчиков. Методы измерений и контроля.

18. ГОСТ Р 50775 Системы тревожной сигнализации.

19. Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А Сети и системы радиодоступа. М.: Экотрендз, 2005.

20. Громаков. Протоколы подвижных систем связи. М.: Радио и связь, 1995.

21. Диксон P.C. Широкополосные системы. М.: Связь, 1979.

22. Дингес С.И. Мобильная связь: Технология DECT. М.: СОЛОН-Пресс, 2003.

23. Егоров Е.И., Калашников Н.И, Михайлов A.C. Использование радиочастотного спектра и радиопомехи. М.: Радио и связь, 1986.

24. Кантор Л.Я., Дорофеев В.М. Помехоустойчивость приёма 4M сигналов. -М.: Связь, 1979.

25. Кловский Д.Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам. М.: Радио и связь, 1982.

26. Корн А., Корн Т. Математический справочник для инженеров и учёных. -М.: Наука, 1974.

27. Кокс Д. Смит В. Теория восстановления. М.: Советское радио, 1967.

28. Коржик В.И., Финк Л.М.: Щелкунов К.К. Расчёт помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. М.: Связь, 1981.

29. Лев А.Ю. Теоретические основы многоканальной связи. М.: Связь, 1978.

30. Левин Б.Р. Теория случайных процессов и её применение в радиотехнике. М.: Советское радио, 1957.

31. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Советское радио, 1968.

32. Лившиц А.Р. Биленко А.П. Многоканальные асинхронные системы передачи информации. М.: Связь, 1974.

33. Макаров С.Б., Цикин И.А. Передача дискретных сообщений по радиоканалам с ограниченной полосой пропускания. М.: Радио и связь, 1988.

34. Макаров С.Б., Присяжнюк И.В. Помехоустойчивость когерентного приёма 4M сигналов с ММС в локальных охранных радиотехнических системах при наличии различного рода помех // Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы. 2004. № 3.

35. Макаров С.Б., Присяжнюк И.В. Помехоустойчивость когерентного приёма сигналов GMSK при наличии внутриполосных структурных помех: Тез. докл. Информационная безопасность регионов России. СПб.: СПбГПУ, 2003.

36. Макаров С.Б., Присяжнюк И.В. Особенности построения и проектирования локальных охранных радиотехнических систем: Тез. докл. XII общероссийская конференция Методы и технические средства обеспечения безопасности информации.- СПб.: СПбГПУ, 2004.

37. Невдяев JI.M. Мобильная связь 3-го поколения. М.: СВЯЗЬ И БИЗНЕС, 2000.

38. Немировский М.С. Цифровая передача информации в радиосвязи. М.: Связь, 1980.

39. Олифер. В.Г., Олифер H.A. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. СПб.: Питер, 2005.

40. Пенин П. И., Филлипов Л.И. Радиотехнические системы передачи информации. Учебное пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1984.

41. Постановление Правительства Российской Федерации от 12 октября 2004 года О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств.

42. Присяжнюк И.В. Увеличение достоверности приёма сообщений в асинхронно-адресной охранной радиосистеме путём выбора протокола передачи данных: Дис. маг. СПб., 2002.

43. Проектирование радиоприёмных устройств / Под ред. Сиверса А.П. М.: Сов. радио, 1976.

44. Прокис Дж. Цифровая связь. М.: Радио и связь, 2000.

45. Радиоприёмные устройства / Под ред. Сифорова В.И. М.: Сов. радио, 1974.

46. Радиотехнические системы / под ред. Казаринова Ю.М. М.: Сов. Радио, 1990.

47. Радиотехнические системы передачи информации: Учебное пособие для вузов. / В.А. Борисов, В.В. Калмыков, И.А. Цикин и др. / Под ред. В.В. Калмыкова. М.: Радио и связь, 1990.

48. Ратынский М.В. Основы сотовой связи. М.: Радио и связь, 1998.

49. Риордан Дж. Вероятностные схемы обслуживания. М.: Связь, 1966.

50. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. дом Вильяме, 2003.

51. Седякин Н.М. Элементы теории случайных импульсных потоков. М.: Советское радио, 1965.

52. Системы радиосвязи / Под ред. Калашникова Н.И. М.: Радио и связь, 1988.

53. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь. Пер. с англ./ Под ред. В.В.Маркова. М.: Связь, 1979.

54. Столлингс В. Беспроводные линии связи и сети. Изд. дом Вильяме, 2003.

55. Танненбаум Э. Компьютерные сети. СПб.: Питер, 2002.

56. Тихонов В.И. Миронов М.А. Марковские процессы. М.: Советское радио, 1977.

57. Тихонов В.И. Выбросы случайных процессов. М.: Наука, 1970.

58. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М.: Радио и связь, 1982.

59. Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. М.: Радио и связь, 1991.

60. Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра / Пер. с англ. под ред. В.И.Журавлёва. М.: Радио и связь, 2000.

61. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Советское радио, 1970.

62. Финк Л.М. Сигналы. Помехи. Ошибки. М.: Радио и связь, 1984.

63. Френке Л. Теория сигналов / Пер. с англ. под ред. Вакмана Д. Е. М.: Сов. радио, 1974.

64. Харкевич А.А. Борьба с помехами. М.: Наука, 1965.

65. Хинчин А.Я. Работы по математической теории массового обслуживания. М.: Физматгиз, 1963.

66. Чистяков Н.И. Сидоров В.М. Радиоприёмные устройства. М.: Связь, 1974.

67. Шахгильдян В.В. Козырев В.Б. Ляховкин А.А. Радиопередающие устройства. М.: Радио и связь, 1996.

68. Шахиович И. Современные технологии беспроводной связи. М.: Техносфера, 2004.

69. Шнайер Б. Прикладная криптография. Протоколы, алгоритмы, исходные тексты на языке Си. М.: ТРИУМФ, 2003.

70. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации / Под ред. Пестрякова В.Б. М.: Связь, 1974.

71. Abramovitz М., Stegun I.A. Handbook of mathematical functions with formulas, graphs and mathematical tables Washington, D.C. 1970.

72. Anderson R. R., Salz J., Spectra of Digital FM // B.S.T.J., 44, No.6 (July-August 1965).

73. Annamalai A., Tellambura C. Error Rates for Nakagami-m Fading Multichannel Reception of Binary and M -ary Signals IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, VOL. 49, NO. 1, JANUARY 2001.

74. Crane R.K. Propagation Handbook for Wireless Communication System Design, CRC PRESS, New York, 2003.

75. Goodman J., Greenberg A. G., Madras N., March P. Stability of binary exponential backoff Proceedings of the 17 Annual ACM Symposium on Theory of Computing Providence, Rhode Island (May 1985), 379-387.

76. Handbook of antennas in wireless communications edited by Lai Chang Go-dara, CRC Press, New York, 2002.

77. Makarov S.B., Popov P.A., Prisyazhnyuk I.V. Error rates for MSK signals in Nakagami-fading channels for the local alarm radiotechnical systems The proceedings of VI International symposium on EMC and EM ecology, Saint-Petersburg, 2005.

78. Murota K., Hirade K., GMSK Modulation for Digital Radio Telephony IEEE Trans. Comm., COM-29, No. 7 (July 1981).

79. Nakagami M., The m-distribution—A general formula of intensity distribution of fading, in Statistical Methods in Radio Wave Propagation, W. C. Hoffman, Ed. New York: Pergamon, 1960.

80. Parsons J.D. The Mobile Radio Propagation Channelled, John Wiley & Sons Ltd, West Sussex, England, 2000.

81. Pooi Yuen Kam Bit-Error Probabilities of 2 and 4DPSK with Nonselective Rayleigh Fading, Diversity Reception, and Correlated Gaussian Interference, IEEE transactions on communications, vol. 45, No. 4, apr. 1997.

82. Simon Marvin K., Alouini Mohamed-Slim Digital Communication over Fading Channels. A Unified Approach to Performance Analysis, John Wiley & Sons Inc, 2000.

83. The communications handbook 2 ed., Editor-in-Chief, Jerry D. Gibson, CRC Press, 2002.

84. Zigangirov K. Sh. Theory of code division multiple access communication John Wiley & Sons, 2004.

85. ETSI EN 300 220 Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Short Range Devices (SRD); Radio equipment to be used in the 25 MHz to 1000 MHz; Frequency range with power levels ranging up to 500 mW; Parts 1-3.

86. Specifications of the Bluetooth System. Version 1.2. November, 2003.

87. IEEE 802.11 Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, 1999.

88. Recommendation 70-03 Relating to the use of Short Range Devices (SRD), May 2005.

89. Strategic plans for the future use of frequency bands 862-870 MHz and 24002483.5 MHz for Short Range Devices.

90. IEEE 802.15.4 Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs), 2003.

91. Xiong F. Digital Modulation Techniques, Artech House, Norwood, USA, 2000.

92. Wickert Mark A., Sward William S. Limiter Discriminator-Detected GMSK with FM and GMSK Interference in a Land Mobile Channel, IEEE Transactions on communications, vol. 47, No. 11, nov. 1999.

93. Гут Р.Э. Приём сигналов связи на фоне случайной стационарной помехи с априорно неизвестным распределением: Автореф. дис. . канд. тех. наук, Лен., 1969.