Spatiotemporal coherent summation of Ultra-Wideband chaotic radio pulses. Experiment

封面

如何引用文章

全文:

详细

The purpose of this work is to experimentally prove the physical feasibility of coherent addition of chaotic signals (ultra-wideband chaotic radio pulses) in space and time. The idea of coherent addition is used in various ways in modern physics, and to date there are no examples of explicit demonstration of coherent addition of UWB chaotic signals. There are two difficulties associated with the impossibility of summation: firstly, until now it was unclear how to make signals of the same shape (a necessary condition for coherent addition), and secondly, how to implement the actual summation technique. Methods. The work used methods of full-scale prototyping of the processes of emission of ultra-wideband chaotic signals, their reception and numerical processing after digitization by an oscilloscope. The results were obtained on the basis of a model that includes eight identical emitters and one receiver. Results. Measurements of the signal shape at various reception points with different numbers of emitters were made. For the first time, a pattern of change (increase) in the mean-square signal amplitude at the reception point with coherent and incoherent summation of ultra-wideband chaotic signals with an increase in the number of emitters was experimentally established. Conclusion. Experimental and explicit demonstration, although explicit demonstration of the phenomenon of coherent summation of ultra-wideband chaotic signals is the basis for further development of multi-antenna ultra-wideband radio communication and radar. The results of this work created a technical reserve for further development of coherent summation methods. This in itself is unusual and has great practical novelty, since it allows creating a new class of multi-antenna ultra-wideband transceiver systems on chaotic (noise-like) signals.  

作者简介

Lev Kuzmin

Kotel'nikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences

ORCID iD: 0000-0003-0466-881X
SPIN 代码: 4242-9954
Mokhovaya 11-7, Moscow, 125009, Russia

Andrey Krivenko

Moscow Institute of Physics and Technology

ORCID iD: 0009-0006-5611-8261
9 Institutskiy per., Dolgoprudny, Moscow Region, 141700, Russian Federation

Pavel Vladyka

Kotel'nikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences

ORCID iD: 0009-0002-7080-9350
Mokhovaya 11-7, Moscow, 125009, Russia

Elena Efremova

Kotel'nikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences

ORCID iD: 0000-0001-9560-3469
SPIN 代码: 6523-7953
Mokhovaya 11-7, Moscow, 125009, Russia

参考

  1. Yang L., Giannakis G. B. Ultra-wideband communications: An idea whose time has come // IEEE Signal Process. Mag. 2004. Vol. 21, no. 6. P. 26—54. doi: 10.1109/MSP.2004.1359140.
  2. Singh D. What is Ultra-Wideband (UWB) technology on Samsung Phones How is it helpful [Electronic resource]. Available from: https://www.smartprix.com/bytes/phones-with-uwbultrawideband-connectivity/.
  3. Breed G. A summary of FCC rules for ultra wideband communications // High Freq. Electron. 2005. Vol. 4, no. 1. P. 42–44.
  4. Niemela V., Haapola J., Hamalainen M., Iinatti J. An ultra wideband survey: Global regulations and impulse radio research based on standards // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2017. Vol. 19, no. 2. P. 874–890. doi: 10.1109/COMST.2016.2634593.
  5. Гуляев Ю. В., Кислов В. Я., Кислов В. В. Новый класс сигналов для передачи информации — широкополосные хаотические сигналы // ДАН. 1998. Т. 359, № 6. C. 750–754.
  6. Гуляев Ю. В., Кислов В. Я., Кислов В. В., Калинин В. И., Колесов В. В., Беляев Р. В., Воронцов Г. М. Широкополосные телекоммуникационные средства с кодовым разделением каналов на основе хаотических сигналов // Радиотехника. 2002. № 10. С. 3–15.
  7. Andreyev Yu. V., Dmitriev A. S., Efremova E. V., Khilinsky A. D., Kuzmin L. V. Qualitative theory of dynamical systems, chaos and contemporary communications // Int. J. Bifurc. Chaos. 2005. Vol. 15, no. 11. P. 3639–3651. doi: 10.1142/S0218127405014295.
  8. Tam W. M., Lau F. C. M., Tse C. K. Digital Communications With Chaos: Multiple Access Techniques and Performance Evaluation. Oxford: Elsevier Science, 2010. 256 p.
  9. Eisencraft M., Attux R., Suyama R. Chaotic Signals in Digital Communications. Boca Raton: CRC Press, 2014. 504 p.
  10. Kaddoum G. Wireless chaos-based communication systems: A comprehensive survey // IEEE Access. 2016. Vol. 4. P. 2621–2648. doi: 10.1109/ACCESS.2016.2572730.
  11. Дмитриев А. С., Ефремова Е. В., Ицков В. В., Петросян М. М., Рыжов А. И., Турканов И. Ф. Прямохаотические средства сверхширокополосной беспроводной связи в метровом и дециметровом диапазоне радиоволн // Радиотехника и электроника. 2022. Т. 67, № 8. C. 797–806. doi: 10.31857/S0033849422080046.
  12. Manikandan M. S. K., Ravikumar S., Abhaikumar V., Thiruvengadam S. J. A novel pulse based ultrawide band system using chaotic spreading sequences // In: 2007 2nd International Conference on Communication Systems Software and Middleware. 2007, Bangalore, India. P. 1–5. doi: 10.1109/COMSWA.2007.382453.
  13. Kotti A., Meherzi S., Marcos S., Belghith S. Asynchronous DS-UWB communication using spatiotemporal chaotic waveforms and sequences // In: 2009 First International Conference on Communications and Networking. 2009, Hammamet, Tunisia. P. 1–5. doi: 10.1109/COMNET. 2009.5373551.
  14. Liu C., Cheng J., Zhang R. An orthogonal mixed chaotic spread spectrum algorithm for satellite communication // In: 2019 12th International Symposium on Computational Intelligence and Design (ISCID). 2019, Hangzhou, China. P. 235–240. doi: 10.1109/ISCID.2019.10137.
  15. Song D., Liu J., Wang F. Statistical analysis of chaotic stochastic properties based on the logistic map and Fibonacci sequence // In: Proceedings of 2013 2nd International Conference on Measurement, Information and Control. 2013, Harbin, China. P. 611–614. doi: 10.1109/MIC. 2013.6758038.
  16. Ben Jemaa Z., Belghith S. Chaotic sequences with good cor-relation properties for MIMO radar application // In: 2016 24th International Conference on Software, Telecommunications and Computer Networks (SoftCOM). 2016, Split, Croatia. P. 1–5. doi: 10.1109/SOFTCOM.2016. 7772127.
  17. Kuzmin L. V., Efremova E. V., Itskov V. V. Modulation, shaping and replicability of UWB chaotic radiopulses for wireless sensor applications // Sensors. 2023. Vol. 23, no. 15. P. 6864. DOI: 10.3390/ s23156864.
  18. Kuzmin L., Efremova E., Vladyka P., Itskov V. Analog replicator of long chaotic radio pulses for coherent processing // Technologies. 2025. Vol. 13, no. 1. P. 16. doi: 10.3390/technologies13010016.
  19. Ефремова Е. В., Атанов Н. В., Дмитриев Ю. А. Генератор хаотических колебаний радиодиапазона на основе автоколебательной системы с 2.5 степенями свободы // Известия вузов. ПНД. 2007. Т. 15, № 1. C. 23–41. doi: 10.18500/0869-6632-2007-15-1-23-41.
  20. Дмитриев A. С., Ефремова E. В., Румянцев Н. В. Генератор микроволнового хаоса с плоской огибающей спектра мощности в диапазоне 3–8 GHz // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40, № 2. С. 1–9.
  21. LibreVNA. 100kHz to 6GHz 2 port USB based VNA [Electronic resource] // Available from: https://github.com/jankae/LibreVNA.
  22. Intel MAX 10 Clocking and PLL User Guide [Electronic resource] // Available from: https: //www.intel.com/content/www/us/en/docs/programmable/683047/18-0/introduction.html.
  23. Kuzmin L. V., Efremova E. V. Filtering and detection of ultra-wideband chaotic radio pulses with a matched frequency-selective circuit // Electronics. 2023. Vol. 12, no. 6. P. 1324. DOI: 10.3390/ electronics12061324.
  24. Андреев Ю. В., Дмитриев А. С., Лазарев В. А. Коллективная передача информации сверхширокополосным прямохаотическим ансамблем // Физические основы приборостроения. 2017. Т. 6, № 2(24). С. 80–89. doi: 10.25210/jfop-1702-080089.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».