Přímé chaotické komunikační systémy

Přímé chaotické komunikační systémy jsou digitální komunikační systémy založené na chaotických signálech, ve kterých k tvorbě chaotického nosiče a modulaci informačním signálem dochází přímo v komunikačním frekvenčním pásmu a informace jsou extrahovány bez mezifrekvenční konverze [1] .

Historie

Myšlenka přímého chaotického spojení byla formulována v roce 2000 v laboratoři InformChaos Ústavu radiotechniky a elektroniky. V.A. Kotelnikov RAS (IRE pojmenované po V.A. Kotelnikov RAS) [2] [3] . Tato myšlenka se zrodila jako výsledek analýzy předchozí práce o využití dynamického chaosu pro přenos informací.

Práce na využití chaosu v komunikačních systémech se prováděly již v 80. letech minulého století [4] , intenzivní výzkum v tomto směru však začal již na počátku 90. let. Zájem, který vznikl, byl do značné míry spojen s objevem jevů chaotické synchronizace [5] [6] [7] a chaotické synchronní odezvy [8] . První vážné úspěchy byly způsobeny tím, že v počáteční fázi výzkumu pro řadu modelových obvodů byla prokázána možnost přenosu digitálních a analogových zpráv pomocí chaotických signálů [9] [10] [11] [12] [13 ] . Ve schématu s nelineárním míšením informačního signálu do chaotického byl experimentálně prokázán přenos řečových a hudebních signálů v nízkofrekvenčním a rádiovém pásmu [14] .

Další studie však ukázaly, že komunikační systémy využívající chaotickou synchronizaci (nebo chaotickou synchronní odezvu) kladou vážná omezení na kvalitu komunikačního kanálu a nejsou z krátkodobého hlediska prakticky použitelné.

Dalším důležitým krokem bylo zjištění, že by se možná mělo opustit používání chaotické synchronizace, aby se zlepšila výkonnost komunikačních systémů využívajících chaos. V [15] bylo ukázáno , že pomocí dynamického chaosu lze získat dobré charakteristiky propojených systémů. Ačkoli jsou tyto charakteristiky horší než u tradičních systémů, nejsou již v takové míře jako v systémech s chaotickou synchronizací.

Dalším krokem k vytvoření praktických systémů byl přístup spojený s výrazným zjednodušením komunikačního schématu v důsledku odmítnutí frekvenčních konverzí signálu nahoru/dolů a použití nekoherentního (nekorelačního, energetického) schématu příjmu . Tento přístup vedl ke vzniku schématu přímého-chaotického přenosu informací.

Principy přímého chaotického spojení

Schémata přímé chaotické komunikace jsou založena na třech základních principech:

  1. zdroj chaosu generuje chaotické oscilace přímo v daném rádiovém nebo mikrovlnném pásmu ;
  2. vstup informačního signálu do chaotického signálu se provádí vytvořením odpovídajícího proudu chaotických rádiových impulsů ;
  3. informace jsou extrahovány z mikrovlnného signálu bez mezifrekvenční konverze.

S určitými výhradami lze mezi přímé chaotické systémy zařadit i systémy, ve kterých je nosný chaotický signál v rádiovém nebo mikrovlnném rozsahu získán nějakou transformací původního (nízkofrekvenčního) chaotického signálu, například jeho vystavením napěťově řízenému oscilátoru. (VCO).

Pro přímé chaotické komunikační systémy lze použít následující typy signálů:

Přímé chaotické systémy mohou být úzkopásmové, širokopásmové a ultraširokopásmové. Tato vlastnost je dána charakteristikou použitého chaotického signálu.

Chaotic Radio Pulse

Klíčovým konceptem prezentované technologie je chaotický rádiový puls. Jde o fragment signálu o délce přesahující délku kvaziperiody chaotických kmitů. Frekvenční pásmo chaotického rádiového pulsu je určeno frekvenčním pásmem počátečního chaotického signálu generovaného zdrojem chaosu a v širokém rozsahu změn délky pulsu nezávisí na jeho trvání. To výrazně odlišuje chaotický rádiový puls od klasického rádiového pulsu vyplněného fragmentem periodické nosné, jehož frekvenční pásmo je určeno jeho délkou.

V přímých chaotických komunikačních systémech lze použít různé typy modulace : přítomnost nebo nepřítomnost chaotického pulsu na informační pozici (chaotické on-off klíčování - COOK), relativní chaotické klíčování (diferenciální chaotické posunové klíčování - DCSK), modulace pulzní polohy (pulzní polohová modulace - PPM) atp. Podstatné je, že pro přenos informací se zde nepoužívá spojitý signál, ale proud pulsů. Proto jsou spolu s metodou modulace důležitými charakteristikami délka pulzu a pracovní cyklus . Variace těchto charakteristik určuje rychlostní vlastnosti komunikačního systému a jeho stabilitu pro různé typy komunikačních kanálů.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ A. S. Dmitriev , E. V. Efremová , A. V. Klecov , L. V. Kuzmin , N. V. Rumjancev. Ultraširokopásmové přímé chaotické bezdrátové komunikační systémy a senzorové sítě. V. A. Kotelnikov RAS  (nedostupný odkaz)
  2. ↑ Dmitriev A.S., Kyarginsky B.E., Maksimov N.A., Panas A.I., Starkov S.O. "Vyhlídky na vytvoření přímých chaotických komunikačních systémů v rádiových a mikrovlnných pásmech", Radiotekhnika, 2000, č. 3, s.9-20
  3. ↑ AS Dmitriev, AI Panas a SO Starkov, Přímá chaotická komunikace v mikrovlnném pásmu, (Electronic NonLinear Science Preprint, nlin.CD/0110047) http://arxiv.org/abs/nlin.CD/0110047
  4. ↑ Dmitriev A.S., Kislov V.Ya., Panas A.I. et al. Komunikační systém s nosičem šumu: A.s. 279024 SSSR, 1985
  5. ↑ Fujisaka H., Yamada T. // Prog. teor. Phys. 1983. V. 69. S. 32.
  6. ↑ Pikovský A. // Z. Physik B. 1984. V. 55. S. 149.
  7. ↑ Afraimovič V.S., Verichev N.I., Rabinovič M.I. // Izv. vysoké školy. Ser. Radiofyzika. 1986. V. 29. č. 9. S. 1050
  8. ↑ Pecora LM, Carroll TL // Phys. Rev. Lett. 1990. V. 64 č. 8. S. 821.
  9. ↑ Chua LO, Kocarev L., Eckert K. et al. // Int. J. Bifurkace a chaos. 1992. V. 2. S. 705.
  10. ↑ Cuomo K., Oppenheim A. // Phys. Rev. Lett. 1993. V. 71. č. 1. S. 65.
  11. ↑ Halle KS, Chai WW, Itoh M. a kol. // Int. J. Bifurkace a chaos. 1993. V. 3. č. 2. S. 469.
  12. ↑ Hasler M., Dedieu H., Kennedy M., Schweizer J. // Proc. of Int. Symp. na nelineární teorii a aplikaci. Havaj, USA, 1993. S. 87.
  13. ↑ Volkovsky A.R., Rulkov N.V. // Dopisy ZhTF. 1993. V. 19. č. 3. S. 71.
  14. ↑ Dmitriev A.S., Panas A.I., Starkov S.O. Experimenty s přenosem hudebních a řečových signálů pomocí dynamického chaosu: Předtisk č. 12(600). M.: IRE RAN, 1994.
  15. ↑ Kolumban G., Kennedy MP, Chua LO // IEEE Trans. 1997.V.CS-44. S. 927.

Literatura