ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОЦЕНКИ ВЕРОЯТНОСТИ СВЯЗИ В СИСТЕМАХ С ШИРОКОПОЛОСНЫМИ СИГНАЛАМИ И ППРЧ
Аннотация
Статья посвящена теоретическому исследованию вероятностных характеристик систем связи с широкополосными сигналами и псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) в условиях сложной электромагнитной обстановки. Представлен аналитический аппарат для расчета вероятности связи с учетом комплексного влияния многолучевого распространения, частотно-селективных замираний и преднамеренных помех. Исследована зависимость вероятности связи от отношения сигнал/шум с применением интегральных выражений, учитывающих нормальное распределение мощностей на входе приемного устройства. Проведен математический анализ передаточной функции канала связи как комплексной характеристики, описывающей амплитудно-частотные и фазовые искажения при распространении сигнала. Разработаны теоретические модели процессов синхронизации, включающие этапы поиска сигнала, захвата и слежения, с применением функции Маркума для описания вероятности обнаружения сигнала на фоне гауссовского шума. Предложены способы оптимизации ключевых параметров системы ППРЧ, таких как период перестройки частоты, общее количество частотных каналов и ширина защитного частотного интервала. Описаны теоретические основы адаптивного управления, опирающиеся на метод максимального правдоподобия и рекурсивную фильтрацию для оценки параметров канала. Исследована энергетическая эффективность систем с ППРЧ с учетом потерь на перестройку частоты и необходимой корректировки отношения сигнал/шум. Предложен комплексный показатель качества системы связи, объединяющий вероятностные, энергетические и временные характеристики. Разработаны аналитические выражения для оценки интенсивности срыва синхронизации на основе статистического анализа экспериментальных данных и вычисления ковариационной матрицы шума измерений. Обоснована целесообразность применения эталонных сигналов для повышения достоверности измерений параметров канала связи при адаптивном управлении. Выведены соотношения для определения длительности окна синхронизации с учетом максимально допустимого времени вхождения в синхронизм и коэффициента запаса, учитывающего возможные нестабильности частоты опорных генераторов. Проанализировано влияние защитного частотного интервала на предотвращение межканальных помех и обеспечение электромагнитной совместимости соседних каналов. Представленные теоретические результаты создают научную основу для проектирования радиосистем повышенной помехозащищенности и могут быть использованы при разработке адаптивных алгоритмов управления системами ППРЧ в условиях динамически изменяющейся электромагнитной обстановки, обеспечивая баланс между надежностью передачи информации и эффективностью использования частотно-временных ресурсов системы связи.
Список литературы
1. Sikorskiy A.B. Metody povysheniya pomekhoustoychivosti sistem podvizhnoy sotovoy svyazi v uslovi-yakh prednamerennykh pomekh [Methods for increasing the noise immunity of mobile cellular commu-nication systems under deliberate interference], Problemy informatsionnoy bezopasnosti. Komp'yuternye sistemy [Problems of Information Security. Computer Systems], 2001, No. 3.
2. Makarenko S.I., Ivanov M.S., Popov S.A. Pomekhozashchishchennost' sistem svyazi s psevdoslu-chaynoy perestroykoy rabochey chastoty: monografiya [Noise immunity of communication systems with pseudo-random frequency hopping: monograph]. Saint Petersburg: Svoe izdatel'stvo, 2013, 166 p.
3. Borisov V.I., Zinchuk V.M., Limarev A.E. Pomekhozashchishchennost' sistem radiosvyazi s rasshireniem spektra signalov metodom psevdosluchaynoy perestroyki rabochey chastoty [Noise immunity of radio communication systems with signal spectrum expansion by the method of pseudo-random frequency tuning], ed. by V.I. Borisova. 2nd ed. Moscow: RadioSoft, 2008, 512 p.
4. Borisov V.I., Zinchuk V.M., Limarev A.E., Mukhin N.P., Nakhmanson G.S. Pomekhozashchishchennost' sistem radiosvyazi s rasshireniem spektra signalov modulyatsiey nesushchey psevdosluchaynoy posledovatel'nost'yu [Noise immunity of radio communication systems with signal spectrum expansion by carrier modulation with a pseudo-random sequence], ed. by
V.I. Borisova. Moscow: Radio i svyaz', 2003, 640 p.
5. Simon Μ.К., Omura J.K., Scholtz R.A., Levitt B.K. Spread spectrum communication, Vol. 3. Rockwille, MD: Computer Science Press, 1985.
6. Ageev A.V. Issledovanie i razrabotka algoritmov priema signalov PPRCh v kanalakh s pamyat'yu: diss. … kand. tekhn. nauk po spets. 05.12.13 [Research and development of algorithms for receiving frequen-cy hopping signals in channels with memory: cand. of eng. sc. diss. in specialty 05.12.13]. Samara: PovGUTI, 2009, 122 p.
7. Chudnov A.M. Teoretiko-igrovye zadachi sinteza algoritmov formirovaniya i priema signalov [Game-theoretic problems of synthesizing algorithms for generating and receiving signals], Problemy peredachi informatsii [Problems of Information Transmission], 1991, Vol. 27, No. 3, pp. 57-65.
8. Borisov V.I., Zinchuk V.M., Mukhin N.P. Pomekhoustoychivost' sistem radiosvyazi s rasshireniem spek-tra signalov [Noise immunity of radio communication systems with signal spectrum expansion], Teoriya i tekhnika radiosvyazi [Theory and Technology of Radio Communication], 1993, Issue 1.
9. Chudnov A.M. Pomekhoustoychivost' liniy i setey svyazi v usloviyakh optimizirovannykh pomekh [Noise immunity of communication lines and networks under optimized noise conditions]. L.: VAS, 1986, 84 p.
10. Torrieri D.J. The Information-Bit Error for Block Codes, IEEE Trans., 1984, Vol. COM-32, No. 4.
11. Torrieri D.J. Principles of Spread-Spectrum Communication Systems. Publisher Springer US, 2005, 444 p. ISBN 978-0-387-22783-2.
12. Borisov V.I. Pomekhozashchishchennost' sistem radiosvyazi: osnovy teorii i printsipy realizatsii [Inter-ference immunity of radio communication systems: fundamentals of theory and principles of implemen-tation]. Moscow: Nauka, 2009, 358 p. ISBN 978-5-02036943-6 (v per.).
13. Bogdanov A.E. Razrabotka sistemy peredachi informatsii dlya lokal'nykh setey svyazi, rabotayushchikh v slozhnoy pomekhovoy obstanovke: diss. … kand. tekhn. nauk po spets. 05.12.13 [Development of an information transmission system for local communication networks operating in a complex interference environment: cand. of eng. sc. diss. in specialty 05.12.13]. Vladimir: OAO «Vladimirskoe KB «Radi-osvyazi», 2005, 144 p.
14. Pickholtz R., Schilling D. and Milstein L. Theory of Spread-Spectrum Communications - A Tutorial, IEEE Transactions on Communications, 1982, Vol. 30, No. 5, pp. 855-884.
15. Mark K. Cornwall, Harry Price Haas. Frequency hopping spread spectrum system with high sensitivity tracking and synchronization for frequency unstable signals. Patent US6934316B2, 23.08.2005.
16. Simon M.K. Spread Spectrum Communication. Electronic Edition. Inc., 2002, 1115 p.
17. Lee J., French R., Miller L. Probability of Error Analyses of a BFSK Frequency-Hopping System with Diversity Under Partial-Band Jamming Interference – Part I: Performance of Square-Law Linear Com-bining Soft Decision Receiver, IEEE Transactions on Communications, 1984, Vol. 32, No. 6,
pp. 645-653.
18. Liu Y., Li X., Xu X. A Broadband Transmission Technology Based on FFH-OFDM, 2018 8th Interna-tional Conference on Logistics, Informatics and Service Sciences (LISS), 2018.
19. Chudnov A.M. O minimaksnykh algoritmakh formirovaniya i priema signalov [On minimax algorithms for signal generation and reception], Problemy peredachi informatsii [Problems of Information Trans-mission], 1986, Vol. 22, No. 4, pp. 49-54.
20. Torrieri D.J. Fundamental limitations on repeater jamming of frequency-hopping communications, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 1989, Vol. 7, No. 24, pp. 569-575.
