СВЧ-системы связи с применением хаоса

Динамический хаос обладает совокупностью свойств, привлекательных для передачи информации по радиоканалам. Кроме упоминавшейся выше возможности организации конфиденциальной связи, к ним следует отнести потенциально высокие скорости передачи информации и устойчивость систем связи на широкополосных хаотических сигналах к многолучевому распространению.

К настоящему времени на основе хаоса предложено несколько подходов для расширения спектра информационных сигналов и построения передатчиков и приемников с простой архитектурой.

Рассмотрим три наиболее продвинутые с экспериментальной точки зрения схемы. Схема с дифференциальным переключением хаотических режимов (Differential Chaos Shift Keying, DCSK) функционирует следующим образом.

Каждый передаваемый бит представляется двумя фрагментами хаотической последовательности. Первый фрагмент используется как реферативный, второй же несет информацию. Значение «1» кодируется передатчиком путем повторения одной и той же последовательности, а при передаче «0» за реферативным фрагментом следует его инвертированная копия. В приемнике хаотический сигнал задерживается на время T / 2, где T - длина бита, и определяется корреляция между исходным и задержанным сигналами. Битам со значениями «1» и «0» отвечают положительная и отрицательная корреляции со значениями «1» и «-1», соответственно. Поэтому решение о значении поступившего бита может быть принято пороговым устройством. Отметим, что сформированный модулятором сигнал в соответствии с классической схемой передачи информации модулирует высокочастотный синусоидальный сигнал и лишь затем излучается [13].

Модифицированная схема DCSK (FM-DCSK) положена в основу лабораторного макета цифровой системы связи со скоростью передачи данных 512 кбит/с, работающего в диапазоне 2,4 ГГц. Макет разработан группой исследователей из Хельсинкского технологического университета и представлен в августе этого года на конференции ECCTD 2001 [14].

Другая идея применения хаоса в системах радиосвязи имеет отправной точкой сверхширокополосное импульсное радио (UWB Pulse Radio). Начиная с конца 1970-х годов развивались идеи использования коротких импульсов для радиосвязи и радиолокации [15]. В отличие от традиционных схем связи, где в качестве носителя информации используются протяженные во времени узкополосные синусоидальные носители, в сверхширокополосных импульсных системах носителями информации служат очень короткие импульсы с очень широким спектром. Интерес к импульсным системам никогда не угасал, однако о широком коммерческом применении речь тогда не шла. Но во второй половине 1990-х годов были разработаны прототипы таких систем связи. Их достоинствами являются: сверхширокополосность, обеспечивающая устойчивые характеристики передачи даже в неблагоприятных условиях распространения сигнала; малая спектральная плотность излучения; высокие скорости передачи информации. Кроме того, подобные системы могут (потенциально) работать в тех же диапазонах, что и традиционные системы связи, не мешая последним. Таким образом обеспечивается более эффективное использование эфира.

Структуры передатчика и приемника в UWB Pulse Radio радикально отличаются от традиционных. В них отсутствует разделение системы на низкочастотную и высокочастотную части. Ультракороткие импульсы, являющиеся носителями информации, имеют спектр мощности, простирающийся от единиц мегагерц до 2-3 ГГц. Непосредственно на этот сигнал накладывается передаваемая информация.

Технология обладает значительным потенциалом по скорости передачи данных и числу пользователей (продемонстрирована скорость передачи информации 40-50 Мбит/с). Однако ее особенность заключается в том, что если импульсы будут следовать почти периодически, то в среднем спектре мощности сигнала возникнут нежелательные спектральные компоненты. Чтобы этого не происходило, импульсы должны следовать, например, по случайному закону. Реализация этой идеи возможна с помощью хаотического кодирования расстояний между импульсами [16].

Рис. 6. Так выглядят сигналы на экране осциллографа при сверхширокополосной прямохаотической передаче информации. Голубым цветом показан исходный информационный сигнал. Желтым - поток хаотических радиоимпульсов на входе приемника. Скорость передачи 100 Мбит/с.

Еще одна разновидность систем связи с использованием хаоса - прямохаотические схемы [18] - не только обладает многими преимуществами сверхширокополосных импульсных систем, но также рядом дополнительных достоинств. В прямохаотической схеме связи (ПХСС) информационный сигнал вводят в хаотический сигнал, который генерируется непосредственно в радио- или СВЧ-диапазоне (рис. 6). Это осуществляется либо путем модуляции параметров передатчика, либо путем модуляции хаотического сигнала информационным. Извлечение информационного сигнала из хаотического также осуществляют в области высоких или сверхвысоких частот. ПХСС могут работать как в широкой, так и в сверхширокой полосе частот. По оценкам, они способны обеспечить скорости передачи информации от десятков мегабит до 1 Гбит/с. Первые эксперименты с широкополосными ПХСС были проведены весной 2000 года, когда в диапазоне 1 ГГц и полосе частот 100 МГц была экспериментально продемонстрирована скорость передачи данных до 70 Мбит/с [18-19]. В сверхширокополосной ПХСС с полосой частот 2.5 ГГц в сентябре 2001 года достигнуты скорости передачи до 200 Мбит/с.

Дата добавления: 2014-01-11