Том 9, № 5 (2023)

Статья посвящена разработке и реализации алгоритмов квадратурной амплитудной модуляции на базе аналогового комплексного полосового фильтра с НЧ-прототипами Баттерворта. Использование комплексных полосовых фильтров Баттерворта позволяет получить несущие сигналы с практическими неперекрывающимися спектрами. При этом аналоговый комплексный фильтр Баттерворта имеет нелинейную фазочастотную характеристику и, соответственно, бесконечную и несимметричную импульсную характеристику. В статье проведен обзор разработки и реализации последовательного КАМ-модема на базе аналогового комплексного полосового фильтра Баттерворта и обратного цифрового КИХ-фильтра. Рассматривается процедура получения выражения импульсной характеристики аналоговых комплексных полосовых фильтров Баттерворта. С помощью схемотехнического моделирования определяются амплитудно-частотная и импульсная характеристики таких фильтров. Предложена структурная схема последовательной системы передачи данных с квадратурной амплитудной модуляцией на базе аналогового комплексного полосового фильтра Баттерворта и обратного цифрового КИХ-фильтра. Приведены результаты ее схемотехнического моделирования в среде Micro-Cap.

Для повышения эффективности процесса проектирования транкинговых систем связи предлагается оригинальный алгоритм автоматического размещения базовых станций с учетом реальных условий распространения радиоволн. Проведенный анализ показал, что существующие методы позволяют размещать их вручную, с заданным шагом или автоматически, но без учета распространения радиоволн, что приводит к некачественному покрытию требуемой территории связью. Целью работы является снижение трудоемкости проектирования транкинговой системы связи, гарантированно покрывающей заданную зону обслуживания. Предлагается рассчитывать зоны обслуживания базовых станций с помощью статистической модели, а также с учетом дополнительных потерь на дифракцию на трассе распространения радиосигнала. Решение задачи автоматического размещения основано на использовании предложенной модифицированной модели Хата, учитывающей рельеф местности в местах нахождения базовой и портативной станций, а также на международной рекомендации по прогнозированию распространения сигнала на конкретной трассе для наземных служб. При автоматическом размещении выполняется критерий оптимальности, заключающийся в размещении минимального числа базовых станций, необходимых для покрытия требуемой территории. Элементом новизны представленного решения является то, что на первом этапе расчета определяется зона обслуживания базовой станции статистическим методом, на втором происходит уточненный расчет зоны обслуживания с учетом реальных условий распространения радиоволн на месте привязки, а на третьем – определяется зона гарантированного обслуживания абонентов. Использование предлагаемого алгоритма позволяет снизить трудоемкость процесса проектирования системы и определить достаточное число базовых станций, необходимых для покрытия заданной территории. Для применения алгоритма в реальной практике разработано соответствующее программное обеспечение. В подтверждение эффективности в работе приведены сравнительные расчеты затрат времени на проектирование транкинговой системы связи с применением разработанного программного обеспечения и широко применяемой программы RadioMobile.

Вторая часть исследования вопросов диаграммообразования на основе позиционирования в сверхплотных сетях радиодоступа диапазона миллиметровых волн посвящена формализации и программной реализации комплексной имитационной модели функционирования совокупности направленных радиолиний. Каждая направленная радиолиния между базовой станцией gNB (gNodeB), оборудованной антенной решеткой, и пользовательским устройством (UE, аббр. от англ. User Equipment), работающим в ненаправленном режиме, формируется по известному на gNB местоположению UE. Совокупность одновременно функционирующих в общем диапазоне частот направленных радиолиний gNB→UE исследуется как набор трафиковых лучей, реализующих множественный доступ с пространственным мультиплексированием (SDMA, аббр. от англ. Space-Division Multiple Access). Пространственное уплотнение реализуется посредством трехмерного диаграммообразования на базовой станции и позволяет компенсировать потери распространения радиоволн и высокий уровень помех. В первой части исследования было показано, что проблемой практической реализации SDMA в сверхплотных сетях радиодоступа является существенный (десятки дБ) разброс отношения сигнал/(шум + помеха) SINR (аббр. от англ. Signal Interference + Noise Ratio) в зависимости от взаимного расположения двух устройств. Целью настоящего исследования является установление зависимости SINR от 1) ширины луча сектора базовой станции gNB в направлении на пользовательское устройство UE в радиолинии полезного сигнала (SOI, аббр. от англ. Signal of Interest); 2) неопределенности местоположения UE; 3) помех от радиолиний (SNOI, аббр. от англ. Signal Not of Interest): а) внутри своего сектора, б) других секторов своей соты и в) других сот сети. Разработанная и программно реализованная в настоящей работе имитационная модель впервые позволила установить взаимозависимость факторов погрешности позиционирования UE и требуемой ширины трафикового луча для его обслуживания. В частности, установлено, что с уменьшением погрешности позиционирования с 10 до 1 м требуемая ширина луча в горизонтальной и вертикальной плоскости сужается до 3 °, что позволяет увеличить SINR до 25 дБ. Исследование уплотнения одновременных передач показало, что для 64 пространственно мультиплексируемых UE с увеличением размера соты с 20 до 300 м отношение SINR увеличивается примерно на 30 дБ при ограничении на ширину луча в 3°. В отличие от похожих исследований, в настоящей модели вклад от помех одновременно работающих трафиковых лучей внутри своего сектора, других секторов своей соты и других сот сети впервые показан по отдельности, что позволяет дифференцировать происхождение помех и использовать научно-обоснованное управление шириной луча для их компенсации.

Изложены результаты создания единой методологии проведения реверс-инжиниринга машинного кода устройств. В первой части цикла статей проводится обзор научных публикаций данной предметной области. В условиях отсутствия удовлетворительных решений предлагается авторская методология процесса, состоящая из 4-х следующих этапов: подготовительные мероприятия, статическое исследование, динамическое исследование и документирование. Приводится детальное описание шагов 1-го этапа, а также примеры их применения на практике с использованием типовых программных средств. Схема предлагаемой методологии представлена в графическом виде, а приведенные шаги имеют формальную запись. В следующих частях цикла статей будут описаны шаги остальных этапов и их систематизация в табличном виде с указанием входных и выходных объектов, а также формы выполнения шагов.

В работе рассмотрен метод оценки фрактальных свойств трафика, а также проведена оценка статистических параметров фрактальной размерности (ФР) трафика IoT. Анализ реального трафика с атаками из дампа Kitsune и проведенный анализ фрактальных свойств трафика в нормальном режиме и при воздействии атак типа SSDP Flood, Mirai, OS Scan показал, что скачки ФР трафика при возникновении атак могут быть использованы при создании алгоритмов обнаружения компьютерных атак в сетях IoT. Исследования показали, что в случае онлайн-анализа сетевого трафика при оценке ФР следует отдать предпочтение модифицированному алгоритму оценки показателя Херста в скользящем окне анализа.