Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Фазовая манипуляция (ФМн) является наилучшим способом передачи двоичных сигналов и достигает потенциальной помехоустойчивости. Однако реализация демодулятора для когерентного приема такого сигнала затруднена необходимостью поддержания равенства фаз опорного генератора и приходящего сигнала. Символы, регистрируемые на выходе приемника, после случайного перескока фазы опорного сигнала инвертируются. Возникает так называемое явление «обратной работы», которое сильно ограничивает применение в системах связи абсолютной ФМн (АФМн). Метод относительной фазовой манипуляции (ОФМн) устраняет явление «обратной работы», но имеет недостатки по сравнению с АФМн: необходимость передачи пилот-сигнала в начале сеанса связи, меньшая помехоустойчивость, более сложная аппаратная реализация. Кроме того, при случайном скачке искажается не только текущий символ, но и следующий за ним, а исправление двукратной ошибки требует применения корректирующего кода с большей исправляющей способностью. Решение проблемы применения АФМн дает рассмотрение явления «обратной работы» в терминах помехоустойчивого кодирования. С этой точки зрения «обратная работа» – это совокупность пакетных ошибок, количество которых может достигать 100% длины передаваемого кодового слова. Сама по себе задача исправления ошибок во всех разрядах двоичного кодового слова является тривиальной – для этого достаточно инвертировать каждый разряд. Проблемой в этом случае для известных кодов является выбор из двух равновероятных результатов декодирования – прямого и инверсного. Разработанный голографический позиционный код в отличие от других кодов дает совпадающий результат декодирования, как для прямого, так и для инвертированного блока данных. Проведено исследование процесса декодирования АФМн сигнала длительностью 32, 64, 128 и 256 бит при всех возможных размерах пакетов ошибок и всех возможных положениях пакета в принятом сигнале. Для всех вариантов моделировалось два скачка фазы во время приема одного блока данных. Установлено, что предложенный мягкий декодер во всех этих случаях гарантирует безошибочное формирование выходного кода. Другое применение голографического кодирования реализовано в разработанных методах квазиортогонального и неортогонального частотного мультиплексирования, использующих сигналы с пониженным пик-фактором. При квазиортогональном частотном мультиплексировании используется передача по аналоговому каналу сигнала, форма спектра которого является цифровой одномерной голограммой, представляющей собой последовательность нулей и единиц. Для создания сигнала с таким линейчатым спектром необходимо сложить набор гармоник равной амплитуды с номерами, соответствующими номерам позиций единиц в голограмме. Эта операция является одним из видов мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов, отличающимся тем, что частоты ортогональных поднесущих находятся в кратном отношении, а в качестве цифровой модуляции используется амплитудная манипуляция. Если длительность сигнала (кодового слова) равна целому числу периодов всех используемых поднесущих, то все поднесущие являются ортогональными, а спектр сигнала – дискретным (линейчатым). Для повышения скорости передачи информации длительность сигнала может быть уменьшена в два раза, тогда нечетные поднесущие перестают быть ортогональными, а метод мультиплексирования становится квазиортогональным. Важной характеристикой является пик-фактор сигнала, который достигает максимума при синфазности поднесущих. Наилучший результат достигается при распределении фаз поднесущих по случайному закону. Разработан и промоделирован метод неортогонального частотного мультиплексирования, при котором длительность сигнала в 16 раз меньше величины, требуемой для ортогональности, соответственно скорость передачи информации в 16 раз выше, чем при использовании ортогонального мультиплексировании. В нем используется цифровая корреляционная обработка принятого сигнала (корреляционное обнаружение поднесущих) и голографическое декодирование спектра. Проведенное моделирование показало, что при числе поднесущих 256 происходит повышение скорости передачи по сравнению с ортогональным мультиплексированием в 16 раз и уменьшение пик-фактора в 4 раза. Отношение сигнал/шум при этом может опускаться до минус 5 дБ при отсутствии ошибок декодирования. По результатам выполнения проекта в первый год были представлены два пленарных доклада на тему "ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В РАДИОКАНАЛЕ" на VII НАУЧНОМ ФОРУМЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ: ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ТТТ-2024 и тему "РАСШИРЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕОРЕМЫ КОТЕЛЬНИКОВА В СОВРЕМЕННЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯХ" на XXVI Международной научно-технической конференции ПРОБЛЕМЫ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ-2024 https://3t.psuti.ru/wp-content/uploads/2024/11/Programma-TTT-2024_.pdf

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проведенный анализ методов модуляции, мультиплексирования и помехоустойчивого кодирования в сравнении с методом абсолютной фазовой манипуляции, интегрированным с голографическим методом помехоустойчивого кодирования, показал, что при использовании относительной фазовой манипуляции в условиях воздействиям различных искажающих факторов и помех при случайном скачке фазы искажается не только текущий символ, но и следующий за ним, а исправление двукратной ошибки требует применения корректирующего кода с большей исправляющей способностью. Предложен способ решения проблемы явления «обратной работы» при использовании абсолютной фазовой манипуляции. Сама по себе задача исправления ошибок во всех разрядах двоичного кодового слова является тривиальной – для этого достаточно инвертировать каждый разряд. Проблемой в этом случае для известных кодов является выбор из двух равновероятных результатов декодирования – прямого и инверсного. Предложен голографический позиционный код, который в отличие от других кодов дает совпадающий результат декодирования, как для прямого, так и для инвертированного блока данных. С использованием этого свойства разработан метод абсолютной фазовой манипуляции, интегрированный с голографическим методом помехоустойчивого кодирования. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.7.4. Разработан алгоритм обработки данных, позволяющий реализовать позиционное голографическое помехоустойчивое кодирование, устраняющее режим «обратной работы» при сбое синхронизации. Устойчивость голографического кода к ошибкам объясняется свойством делимости голограммы, в соответствии с которым даже при потере или искажении большей части голограммы возможно восстановление полного изображения объекта. Проведено исследование корректирующей способности голографического кода проведено путем моделирования в среде MATLAB процесса искажения голограммы пакетными ошибками. Определено, что большое значение имеет соотношение времени когерентности (длительность интервала между скачками фазы, переводящими демодулятор в режим «обратной работы» и обратно) со временем передачи одного блока данных. Если время когерентной работы больше времени передачи блока данных, то все блоки, полученные в течение стабильной фазы любого знака, безошибочно декодируются простым жестким декодером. Блок данных, во время приема которого произошел скачок фазы, требует более сложного, мягкого декодирования. В момент скачка фазы даже относительная фазовая манипуляция дает два сбойных бита. Для решения этой проблемы необходимо принятый блок разделить на две части и каждую половину декодировать отдельно. Свойство делимости и обусловленный им запас помехоустойчивости голографического кода позволяет правильно декодировать блок данных не только по его половине, но и по любой четверти. Наиболее сложный для декодирования случай – когда скачок фазы происходит два раза в течение приема одного блока данных и длительность «обратной работы» составляет около половины длины блока, т.е. пакет ошибок равен половине блока и расположен с произвольным смещением в блоке. В таком канале ОФМн, например, образует 4 ошибки при демодуляции блока данных. Для обеспечения безошибочного декодирования при любой длине пакета ошибок (от 0 до 100%), при любом его положении в принимаемом блоке разработан мягкий декодер, использующий более сложный алгоритм анализа формы восстановленного сигнала. Алгоритм содержит два набора операций – поиск особой точки (точки, в номере позиции которой заложена передаваемая информация) по прямым признакам и поиск по косвенным признакам. При анализе получаемых массивов установлено, что переключение в режим «обратной работы» приводит к замене максимума в особой точке на группу двух, четырех или шести максимумов, расположенных симметрично вокруг особой точки. На основе голографического кодирования разработан способ повышения надежности передачи информации в зашумленных каналах связи. Рассмотрены два варианта использования разработанного ранее метода голографического кодирования для повышения надежности передачи информации в канале связи – кодирование цифрового канала и спектральное кодирование. Показано, что голографический код имеет высокую помехоустойчивость и обеспечивает вероятность правильного декодирования более 0,9999 при вероятности ошибки в канале 0,34. Разработан метод спектрального голографического кодирования, заключающийся в синтезе аналогового сигнала, форма спектра которого совпадает с одномерной цифровой голограммой кодируемого блока данных. Спектральное голографическое кодирование позволяет обеспечить надежную связь в условиях наличия шума и помех, мощность которых на 10 дБ превышает мощность сигнала, что в свою очередь обеспечивает скрытность канала связи. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.6.8. Разработаны алгоритмы обработки данных, позволяющие реализовать квазиортогональное и неортогональное частотное мультиплексирование с повышенной скоростью передачи данных и пониженным пик-фактором. Разработан метод передачи данных в спутниковых сетях мобильной связи для организации сверхнадежных систем связи, обеспечивающий повышение точности позиционирования глобальной навигационной системы в условиях малого отношения сигнал/шум. Для повышения точности позиционирования предложено использовать метод голографического помехоустойчивого кодирования. Проведенные исследования показали, что введение голографического кодирования в канале спутниковой связи системы ГЛОНАСС даст возможность навигационной аппаратуре потребителей получать информацию с большего количества спутников за счет способности кода правильно декодировать сигнал при замене случайной последовательностью до 70% длительности сигнала. Увеличение числа используемых спутников позволит существенно повысить точность позиционирования. Для реализации этого метода необходимо ввести в канал связи дополнительное помехоустойчивое голографическое кодирование и модифицировать программное обеспечение навигационной аппаратуры потребителей путем установки модуля голографического декодирования.