Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I: Хаотические сигналы и их применение в широкополосных многопользовательских системах
1.1. Спектрорасширяющие хаотические сигналы (последовательности) 20
1.2. Генерация хаотических сигналов (последовательностей) 26
1.3. Синхронизация в широкополосных системах связи с шумоподобными сигналами
1.4. Методы передачи информации с использованием широкополосных хаотических сигналов 37
1.5. Основные выводы и результаты 46
ГЛАВА II: Построение моделей и разработка методов ...47
2.1. Получение синхронного отклика для общего случая 47
2.2. Моделирование систем с нелинейным подмешиванием 57
2.3. Метод разделения канала с помощью синхронизирующих широкополосных маркеров 65
2.4. Основные выводы и результаты 74
ГЛАВА III: Моделирование односторонней системы передачи данных с нелинейным подмешиванием 75
3.1. Возможность синхронизации в простой модели 75
3.2. Включение в модель подсистемы маркерного доступа и имитации работы с множеством пользователей 84
3.3. Влияние внутренних параметров на синхронизацию системы и ошибки приема при пакетной передаче 92
3.4. Восстановление информации при влиянии внешних помех 100
3.5. Основные выводы и результаты 103
ГЛАВА IV: Моделирование влияния детекторного эффекта на работу декодера канала для широкополосной многопользовательской системы 104
4.1. Разделение кодера канала и информационного кодера 104
4.2. Детекторный эффект в моделях СВЧ входных усилителей на основе GaAs ПТШ транзисторов 108
4.3. Применения детекторного эффекта для обнаружения маркеров и синхронизации 117
4.4. Основные выводы и результаты 119
Заключение 120
Список литературы
- Генерация хаотических сигналов (последовательностей)
- Моделирование систем с нелинейным подмешиванием
- Включение в модель подсистемы маркерного доступа и имитации работы с множеством пользователей
- Детекторный эффект в моделях СВЧ входных усилителей на основе GaAs ПТШ транзисторов
Введение к работе
Актуальность темы:
В последнее время проявляется большой интерес к широкополосным многопользовательским системам связи, которые имеют определенные преимущества в сравнении с классическими узкополосными системами. Наиболее часто выделяют следующие преимущества широкополосных систем:
-
возможность работы в сильно зашумленном канале (отношение сигнал/шум невелико);
-
устойчивость по отношению к многолучевому распространению сигнала в условиях города и связанные с этим эффекты;
-
возможность восстановления информации при частичной потере или искажении передаваемого сигнала;
-
корреляционные свойства используемых сигналов позволяют маскировать передаваемое сообщение на фоне шумов.
Способы построения таких систем связи разрабатываются уже достаточно давно, некоторые из них реализованы на практике (например, системы многопользовательской связи CDMA). Структуру системы связи с расширением спектра, а также во многом качество ее работы, определяют следующие факторы:
-
выбор спектрорасширяющих сигналов (последовательностей);
-
алгоритм синхронизации передатчика и приемника;
-
используемые приёмником и передатчиком алгоритмы обработки сигналов.
С недавнего времени хаотические сигналы стали широко рассматриваться в качестве возможных, расширяющих спектр в системах передачи информации. Причинами этого могут служить, прежде всего, накопление информации о генерации подобных сигналов и разработке методов синхронизации подобных генераторов. С другой стороны ведутся разработки о возможных подходах к методам ввода информации в системах с применением хаотических сигналов. Иным подходом является применение свойств хаотических сигналов с целью реализации множественного доступа.
Данный этап общего развития направления можно охарактеризовать как этап построения моделей, структурных схем и численного анализа реализуемых в будущем систем. При этом необходимо заметить, что в настоящее время неотъемлемой частью процесса разработки любых электронных устройств является этап моделирования, в процессе которого производится математический расчет и оптимизация предполагаемых характеристик прибора. Основной задачей является не только задание параметров в процессе компьютерного синтеза, но получение результатов, максимально соответствующих реальным характеристикам. Точность теоретических результатов зависит в основном от метода расчета, а также от выбора эквивалентных схем элементной базы проекта. В пределах решаемой задачи необходимо учитывать следующие факторы:
-
пределы применимости используемых методов расчета;
-
влияние точности дискретизации при моделировании величин;
-
возможность адекватного учета нелинейных явлений;
-
взаимно - однозначное соответствие поведения моделируемого устройства и реально существующего аналога.
Современным напраэлением в области построения систем передачи информации, несомненно, является переход от аналоговых к цифровым системам. Таким образом, тема диссертационной работы, посвященная компьютерному моделированию и анализу моделей многопользовательских радиотехнических систем передачи данных на базе хаотической динамики, является достаточно актуальной.
Целью работы является:
Построение математических моделей многопользовательских радиотехнических систем передачи данных с использованием свойств хаотических последовательностей, а так же численный анализ хаотической синхронизации и помехоустойчивости этих моделей.
Основные задачи диссертации вытекают непосредственно из ее цели:
-
Выбор и обоснование предпочтений в построение моделей генераторов хаотических колебаний и методов кодирования информации на основании спектрорасширяющих сигналов.
-
Создание модели системы передачи данных с хаотическим кодированием для последующего анализа ее свойств и возможности применения.
-
Анализ свойств хаотических сигналов с позиции возможности реализации многопользовательского доступа к данным.
-
Построение модели подсистемы синхронизации и адресации и определение методики установления ошибочности адресации и общей работоспособности для указанной подсистемы.
-
Разработка пакета программ для проведения численных экспериментов и проверки свойств предложенных моделей и методов.
Научная новизна диссертационной работы
В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
-
Предложена математическая модель радиотехнической системы передачи данных с использованием потокового хаотического кодирования, на основе схемы с нелинейным подмешиванием.
-
Проведен анализ влияния внутренних параметров и внешнего шума на синхронизацию предложенной системы и возможность восстановления переданной информации.
-
Разработана структурная схема многопользовательской системы с адресацией с помощью широкополосных синхронизирующих хаотических маркеров, в которой возможно использование разделения кодера канала и информационного хаотического кодера.
-
Промоделирован численно процесс некогерентного приема хаотических синхронизирующих маркеров. Установлены пределы применимости подобного способа адресации и требования к параметрам подсистемы синхронизации.
-
Проведен анализ влияния детекторного эффекта во входных СВЧ усилителях на работоспособность декодеров канала в широкополосных системах с
хаотическим кодировании, а в частности на возможность синхронизации и обнаружении маркеров.
Основными положениями, выносимыми на защиту, являются:
-
Модель многопользовательской радиотехнической системы передачи данных с хаотическим кодированием, включающая подсистему одновременной синхронизации и адресации на основе некогерентиого приема хаотических маркеров.
-
Структурная схема модели синхронизатора для определения предназначения «свой - чужой» маркированных на основании вариации параметров хаотических генераторов пакетов.
-
Методика анализа влияния параметров системы и внешних факторов с целью оценки свойств, эффективности и адаптации работы системы.
-
Модель радиотехнической системы с разделением кодера канала и информационного кодера с возможностью использования влияния детекторного эффекта во входных СВЧ усилителях.
Практическая значимость работы
На основе разработанной модели радиотехнической системы передачи данных с использованием потокового хаотического кодирования можно исследовать свойства подобных систем. Полученные численные результаты могут быть применены для построения подобных систем и изучения свойств хаотической синхронизации для одномерных отображений более сложного вида. Созданные программные комплексы могут быть в дальнейшем использованы как материалы в учебных процессах для изучения не только свойств системы передачи информации, но и свойств хаотических сигналов, так как пакеты включают в себя возможность наглядного представления непосредственно корреляционных свойств последовательностей, генерируемых одномерными отображениями. Разработанный алгоритм некогерентного приема синхронизирующих хаотических маркеров может быть применен для создания полноценной системы адресации при пакетной асинхронной передаче в цифровыхсетях.
Апробация работы
Основные материалы по всем разделам диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: X международной,научно-технической конференции "Радиолокация, навигация и связь" ВГУ (г. Воронеж, 2004); XI международной научно-технической конференции "Радиолокация, навигация и связь" ВГУ (г. Воронеж, 2005); симпозиуме по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии (г. Санкт - Петербург, 2005); всероссийской НПК «Охрана, безопасность и связь - 2005».Воронежский Институт МВД (г. Воронеж, 2005); XII международной научно-технической конференции "Радиолокация, навигация и связь" ВГУ (г. Воронеж, 2006); научной сессии ВГУ (г. Воронеж, 2006). Основные теоретические и практические результаты работы реализованы в виде алгоритмов, программ и блок-схем моделей и использовались при разработке программного обеспечения в группе компаний Голден Телеком на предприятиях ЗАО «Коминком - Черноземье» и Воронежском филиале ООО «СЦС Совинтел» (акт внедрения от «14» апреля 2006 г.); в ООО «Аргонавт - ПЛЮС» (акт внедрения от «14» апреля 2006 г.). Содержащиеся в работе научные результаты и комплексы программ были использованы в учеб-
ном процессе на кафедре РТС Воронежского института МВД России (акт внедрения от «19» мая 2006 г.) и Воронежского института высоких технологий (акт внедрения от «1» июня 2006 г.).
Публикации
Основные результаты диссертации опубликованы в 15 печатных работах, список публикаций приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 178 страницах машинописного текста (основной текст занимает 121 страницу), 32 иллюстраций на 27 листах, списка литературы из 121 наименований на 15 листах и приложения на 42 листах.
Генерация хаотических сигналов (последовательностей)
Одним из фундаментальных свойств кооперативного поведения динамических систем, совершающих регулярные колебания, является синхронизация [3]. Это явление, проявляющееся в стремлении взаимодействующих систем к выработке единого ритма существования, широко распространено как в искусственных, так и в природных системах. Вне зависимости от природы взаимодействующих систем и возможных применений синхронизации и средств, с помощью которых она осуществляется, выделяют, как правило, два ее основных типа: взаимную и вынужденную.
Будем рассматривать динамические системы, для которых при определенных условиях, предъявляемых к параметрам, могут возникнуть асимптотически устойчивые периодические колебания - автоколебания. Образом этих колебаний в фазовом пространстве является устойчивый предельный цикл. Наименьший промежуток времени, через который изображающая точка на предельном цикле возвращается в исходное положение, есть период колебаний, а число периодов колебаний в единицу времени - частота колебаний. Будем называть частоту периодических колебаний несвязанной динамической системы - индивидуальной частотой. Тогда под взаимной, или внутренней синхронизацией понимается процесс генерации колебаний на одинаковой частоте взаимосвязанными осцилляторами, индивидуальные частоты которых различны [5]. Взаимную синхронизацию обычно изучают для систем, которые можно считать равноправными. Другой тип синхронизации - вынужденная синхронизация, как правило, может иметь место при взаимодействии систем, одна из которых мощнее других и вследствие этого навязывает свою индивидуальную частоту другим автоколебательным системам. В классическом случае синхронизации (как взаимной так и вынужденной) регулярных периодических колебаний для пары взаимодействующих систем выполняются условия совпадения их текущих частот (или кратных им): nQ.x=mQ2 О-1) где пит- целые числа. Если выполняется условие для текущих значений фаз Ф\,2 : п(рх-т(р2 const (1,2) то говорят о фазовой синхронизации, при этом условие (1.1) может выполняться либо для различных, либо для средних частот. Если рассматривать эволюцию установившихся движений в фазовом пространстве связанных систем, то при переходе к режиму синхронизации квазипериодическое движение (незамкнутая намотка на двумерном торе), соответствующее режиму биений, преобразуется в предельный цикл. При периодической синхронизации природа перехода от не синхронизированного состояния к синхронизированному и ее качественное описание не зависят от характеристик колебаний взаимодействующих систем и соотношений между амплитудами. В общем случае в присутствии шума оба условия синхронизации нарушаются. Тем не менее, если внешний шум невелик, в связанных хаотических системах можно получить «почти синхронизацию» при выполнении условий (1.1) и (1.2) в среднем.
В последнее время в связи с возрастающим интересом к изучению хаотических процессов в детерминированных системах и попытками найти практическое применение хаосу, эффект синхронизации в хаотических системах является предметом интенсивных исследований. К настоящему времени существует несколько подходов к определению хаотической синхронизации [48, 51]. Полная и почти полная синхронизация. Рассмотрим представленную на рис. 1.1 блок-схему двух связанных хаотических систем. Выходной сигнал x(t) первой системы «ведущей» поступает в канал распространения. В канале происходит искажение сигнала и добавление к нему шума. На вход второй системы «ведомой» поступает уже измененный сигнал z (0. Выходным сигналом второй хаотической системы является сигнал y(t). Предположим, что в момент времени t = 0 начальные состояния (0) и ЯО) определяют эволюцию x(t) и y{t) соответственно.
Для двух хаотических систем (ведущей системы - X{t) и ведомой Y(t)\ идеально совпадающих по параметрам и при условии отсутствия возмущений в канале вводится следующее определение синхронизации [51, 52]: ведомая система синхронизирована с ведущей если: I (0 - y(t) - 0, при / - +со. (1.3) для произвольных начальных условий х(0) и у(0).
Если в канале присутствуют возмущения и (или) две системы имеют неидентичные параметры, условие (1.3) недостижимо и следует ввести более реальное условие: почти для всех пар начальных условий х(0) и у(0) существует такое время Т, что к , для t T (1.4) 2 V x(t) где К - некоторый, определенным образом установленный порог синхронизации, а \7 означает усреднение вдоль траектории. Если в канале присутствует шум, например, аддитивный гауссовский, условие (1.4) не будет выполнено для всех t T, но будет справедливо с достаточно большой вероятностью для почти всех t T .
Моделирование систем с нелинейным подмешиванием
Хотя второй метод более энергозатратен на первый взгляд, но в этом случае не требуется создание дополнительного канала для синхронизации начала передачи пакета. Кроме того, возможно создание схем самоподстройки, например, с использованием критерия Фишера [15] при незначительном отклонении параметров. Набором параметров может быть также передана специальная информация, а сама последовательность фактически может являться открытым ключом. Упомянутая коррекция ошибок в маркере конца пакета может быть проведена с использованием как хорошо известных методов (CRC - Code Redundancy Check) с внесенным в хаотическую последовательность полиномом проверки, так и систем синхронизации на основе свойств хаотических сигналов.
Проанализируем возможности численного моделирования асинхронной пакетной передачи с использованием хаотических последовательностей (маркеров) для адресации и обеспечения множественного доступа. При некогерентном приеме хаотических маркеров действуют условия синхронизации, указанные в пункте 2.1. Соответственно система передачи хаотических синхронизирующих маркеров может иметь вид представленный на рис. 2.3 и описываться системой (2.10). Важным выводом, следующим из необходимого условия синхронизации (2.17), является то, что для определенной пропускной способности канала С бит/с существует некоторая предельно малая длина в битах хаотической последовательности (минимальная длина маркера) такая что: в результате передачи последовательности такой длины на ведомую систему возможно с определенной вероятностью Р получение хаотического синхронного отклика в ней (в ведомой системе). Необходимо заметить, что данное утверждение не указывает на уровень «синхронизированности» систем в конце последовательности (маркера). Можно предположить, что данный минимум «длины маркера» зависит от физической реализации системы (модели). Легко заметить что система (2.10) является системой с нелинейным подмешиванием (2.18) без введения информации (значение весового коэффициента /3 = 1), что сильно упрощает реализацию модели при использовании указанного метода ввода информации. Модель многопользовательской системы может строиться на базе системы рис. 2.4 необходим лишь блок управления параметрами, в том числе параметром /?, и блок синхронизатора для адресации пакетов. Нетрудно заметить, что для подобной модели системы легко может быть адаптирован метод повторного кодирования поскольку генератор имеет кольцевую структуру. При этом нет необходимости усложнять систему, требуется лишь управлять параметрами отображения (2.9).
Пакет, адресованный некоторому абоненту, будет создаваться на передающей стороне одномерным отображением с определенным вектором параметров ц, который является адресом абонента, и с учетом условий, описанных в пункте 2.2. Маркер начала пакета будет являться хаотической последовательностью, генерируемой при значении /? = 1. Его назначение не только адресовать пакет, но и синхронизировать передающую и приемную сторону (в общем случае начальные условия в момент начала передачи пакета хо ф у о)- Передача данных при нелинейном подмешивании рассматривалась в пункте 2.2, и на этой части пакета подробно останавливаться не будем. Маркер конца может нести различную информацию (/? Ф 1) коррекции ошибок и подстройки рис. 2.5, но его главная задача определение конца пакета. Это может быть реализовано наличием в маркере конца информационной последовательности определенной структуры (например, чередование единичных и нулевых по значению сигналов).
Таким образом, блок схема описанной модели будет выглядеть следующим образом рис. 2.6 [113, 120]. Единственным не упомянутым узлом на данной схеме является блок «синхронизатор». Остановимся на возможной конструкции данного блока подробнее. Ранее было указано, что строение синхронизатора должны быть определено выбором хаотического генератора. Заметим, что синхронизатор не должен находить вектор параметров у, каждого конкретного пакета необходимо лишь определить предназначение пакета «свой - чужой». При этом свойства системы определяют возможность накопления информации и ее анализ. Методы анализа могут быть различны: дискриминантная процедура, обратное итерирование [16], методы перестановочного декодирования с/без мажоритарным декодированием [90, 107], методы статистического анализа [12].
Из свойства «быстрой», но «слабой» синхронизуемости при применении в качестве генераторов одномерных отображений при неидеальном канале (пункт 2.1, несколько итераций) следует резкое уменьшение модуля разности z„ - уп в момент начала передачи «своего» пакета. Причем данная разность имеет некоторый максимум, обусловленный уровнем шума в канале. На этой основе предложена простая структура синхронизатора [115, 119], адаптированная для работы именно с одномерными отображениями в качестве генераторов, рис. 2.7. Блок включает разность входной итерации и сгенерированной самой приемной стороной zn - ул , взятую по модулю. Далее производиться пороговое сравнение полученной разности с некоторым уровнем d 0. Очевидно, что возможный максимум параметра d может быть определен через мощность шума в канале cfmax = N. Выносится решение вида выходного значения «0» или«1» по правилу: \z -у \ d-;v
Включение в модель подсистемы маркерного доступа и имитации работы с множеством пользователей
Анализ проводился на серии последовательностей (маркеров) одной длины с произвольно выбранными расстояниями между начальными состояниями систем хо и у0. Начала маркеров были для простоты синхронизированы с началом приема в ведомой системе. Пакетирование и маркирование данных представляло собой случайный выбор параметра я/ (шаг выбора 0,01) при фиксированном а2 = 0,7. Шаг параметра а і выбирался с позиции некоррелированности маркеров двух «соседних» абонентов (параметр а і отличается на шаг) по империческим данным пункт 3.1 в 1,5% относительно Д2 = 0,7. Таким образом, число «своих» пакетов для каждой серии было произвольным. Пакет представлял собой маркер определенной постоянной длины т без введенной информации и хаотическую последовательность с введенной информацией постоянной длины /. В качестве информационных последовательностей использовались: единичный скачек, реализация функции синуса, реализация случайного процесса с равномерным распределением на отрезке [0,1].
В данном пункте анализировались ошибки первого и второго рода (пропуск своего пакета и прием чужого). Результаты, приведенные на рис.3.5, соответствуют выбору параметра d = 2 10"6 и 2 10 3 максимальным для отношения сигнал/шум Z = 120 ДБ и 60 ДБ соответственно, параметр / = т = 50 итераций, то есть в пределах погрешности внешнего шума должны лежать все отсчеты «своего» маркера. Множитель 2 в определении параметра d был добавлен, поскольку система (2.10) является системой с рождением информации со средней скоростью за итерацию 1 бит. То есть интервал неопределенности значения \zn - у„\ = 2 \zn - хп\, так как последовательность уп генерируется на основании последовательности zn. Параметр а = 0, цепь обратной связи приемника разорвана. Из Рис 3.5 видно, что ошибка первого рода присутствует при любом сколько угодно малом уровне шума, что обусловлено рассогласованием начальных условий хо ф уо, а при моделировании первые несколько отсчетов маркерной последовательности 1 т
Ошибки первого рода для значения параметра d = 2 10 и 2 10" -жирная и тонкая сплошные линии соответственно; ошибка второго рода для значения параметра d = 2 10 3 - прерывистая линия (нормированы на количество «своих» пакетов). не были пропущены. Наблюдается частый пропуск своих пакетов при высоких уровнях канального шума по причине очень маленького значения параметра d. Можно предположить некоторое снижение ошибочности распознавания принадлежности пакетов при гибкой подстройке параметров синхронизатора особенно при подстройке параметра d для изменения уровня шума в канале. Очевидно, что при высоких уровнях шума снижение параметров d и / от их максимальных значений прежде всего приведет к уменьшению количества пропущенных пакетов. Данное предположение было проверено в пункте 3.3. Уровень ошибки второго рода для значения параметра d = 2 10"6 практически равен нулю, что объясняется некоррелированностью «чужих» маркеров и выработанной собственной последовательностью у„. Лишь при высоких уровнях шума принимаются единичные «чужие» пакеты [113,118].
Для значения параметра d = 2 10"3 (Z = 60 ДБ) наблюдалась полностью противоположная картина. Ошибка первого рода для любых значений Z была минимальной, вызвана лишь неравенством начальных условий хо Ф у0 и рассинхронизацией при низких уровнях Z. Ошибка второго рода линейно росла при увеличении уровня шума в канале. Это может быть объяснено влиянием внешнего шума на генерацию последовательности уп . Возможна подстройка системы с использованием обратной связи, что значительно уменьшит данный вид ошибки.
Важной задачей было рассмотрение влияние длины маркера т на ошибочность адресации пакетов. Как указывалось ранее теоретически канал с конечной пропускной способностью С бит/с накладывает определенное ограничение на минимальную длину маркера для системы с некоторой конечной ошибкой приема первого и второго рода. Такие данные были получены для ошибок первого и второго рода для различных уровней шума. На рис. 3.6 приведены ошибки первого рода для значений 2= 60,100,120 ДБ, Рис. 3.6. Зависимость ошибки первого рода (нормированы на количество «своих» пакетов) от длины маркера т для уровней шума в канале Z = 60, 100, 120 ДБ - толстая, прерывистая, сплошная линии соответственно. при этом значения d = 2 10", 2 10 , 2 10 для снижения эффекта выбора неверного порога сравнения в синхронизаторе, / = т. Из графиков видно, что для достижения минимальной ошибки первого рода, возможной при таких параметрах d и /, достаточно использовать маркеры длиной т 25 итераций. Для низкого уровня шума в канале данный минимум длины т еще меньше.
Ошибка второго рода для тех же значений параметров приведена на рис. 3.7. При высоком уровне шума Z = 60 ДБ и значении d = 2 10"3 соответственно в системе не могут быть использованы короткие маркеры. Причиной может быть недостаток информации для вынесения решения об адресате. Большое количество отсчетов «коротких» маркеров удовлетворяют достаточно широкому интервалу d, при этом уменьшение данного значения d ведет к резкому увеличению количества пропущенных «своих» пакетов. Вероятно, появление высокого уровня шума в канале ведет к «большому разбросу траекторий» при генерации собственной последовательности ,) , что в сочетании с большим интервалом d еще более способствует принятию ложного решения о наличии «своего» пакета. Для низких уровней канального шума прежняя минимальная длина маркеров т 25 итераций по-прежнему работоспособна. При этом следует отметить, что значение ошибки второго рода сильно зависит от отношения количества «своих» к количеству «чужих» пакетов в серии. Для данной модели системы это отношение составляло 1/98 [113,118].
Детекторный эффект в моделях СВЧ входных усилителей на основе GaAs ПТШ транзисторов
Полученные данные показывают наличие максимума -V для тока стока Id, близкого к току насыщения, что соответствует результатам, полученным в [98-100]. Было замечено, что линейной части зависимости Id = f(Vd)vg=const соответствует линейный рост -V. Квадратичный участок роста V соответствует нелинейному участку Id =f(Vd)vg=const, а максимум - участку с максимальной нелинейностью [98-100]. Причем при увеличении мощности входного СВЧ сигнала данный максимум наблюдается при меньших значениях тока стока Id, что может быть объяснено большим смещением рабочей точки по току стока Id при большей мощности СВЧ сигнала на входе по отношению к режиму по постоянному току. Данное изменение среднего тока стока Id было также отмечено при моделировании.
Зависимость уровня продетектированного сигнала от мощности входного амплитудно-модулированного сигнала представлена на рис.4.8. Ток стока в зависимости от входной СВЧ - мощности растет линейно до уровня мощности 1 - 1.2 мВт. Далее рост имеет квадратичный характер, что также соотносится с результатами работы [98-100]. Такое поведение может быть объяснено превышением напряжения на затворе Ug при прохождении положительной полуволны AM - сигнала встроенного потенциала, а значит дополнительным вкладом вследствие детектирования в цепи затвор - сток.
Было отмечено появление низкочастотной составляющей на частоте модулирующего сигнала не только в цепи стока, но и во внешних цепях затвора при идеальных источниках амплитудно-модулированного сигнала. Присутствие в спектре низкочастотной гармоники может быть объяснено наличием в цепи моделей транзисторов затвор - исток параллельно соединенных диода и нелинейной емкости Cgs и Dgs, на которых происходит детектирование сигнала. Далее продетектированный сигнал усиливается. При отсутствии на затворе данной низкочастотной составляющей спектра (использовался фильтр низких частот третьего порядка в цепи затвора) в цепи стока детектирование также имело место. При таких условиях уровень продетектированного сигнала был на порядок меньше чем в ранее проделанных экспериментах.
Таким образом, в процессе моделирования были получены зависимости величины продетектированного сигнала от входной мощности, а так же режимов работы транзистора. Результаты наблюдения эффекта детектирования в моделях по методике использованной в ряде работ [98-100] качественно хорошо соотносились с полученными практическими данными, причем количественный порядок наблюдаемых зависимостей также совпадал. Отмечено, что данный эффект имеет сложную схему происхождения. Возможно рассмотрение двух наиболее значимых факторов: вклад нелинейности проходной проводимости; вклад нелинейности сопротивления стока.
По данным, полученным в процессе численного моделирования, при детектировании в спектре сигнала, прошедшего через СВЧ усилитель, появляются низкие частоты. При этом сигнал на данных частотах соответствует моделирующему несущую. Используя фильтр низких частот данную спектральную составляющую можно выделить для последующего использования.
Как указывалось ранее в пункте 4.1 наиболее выгодным и перспективным остается включение в одно устройство, работающее непосредственно уже с закодированными данными, и кодера канала, и модулятора. На приемной стороне - декодер канала и демодулятор соответственно. В простом случае кодер канала для системы, исследованной в главах 2 и 3 рис.2.6., может представлять собой ЦАП, в который будут поступать отсчеты последовательности с передатчика. Далее аналоговый сигнал будет подвергнут амплитудной модуляции.
Обратное преобразование требует на приемной стороне синхронизации с передатчиком для определения момента начала передачи и соответственно, временных отрезков дискретизации в АЦП декодера. Выделение низкочастотного сигнала в результате детектирования во входном усилителе может решить данную задачу. Достаточно определить момент появления в спектре выходного сигнала усилителя низкочастотных составляющих определенной амплитуды. Описанный подход к построению системы рис.4.1 не учитывает необходимого условия, предъявляемого к кодеру и декодеру канала (пункт 4.1) - обеспечение помехозащищенности.
Один из путей реализации данного свойства кодера, декодера канала о является отказ от использовании аналогового сигнала и преобразование данных в битовую последовательность [13, 90, 91]. Для системы исследованной в главах 2 и 3 рис.2.6, тогда, вид преобразования в кодере канала будет представление чисел с плавающей точкой в виде последовательности высокого и низкого уровня сигнала одной частоты. Способов подобного представления достаточно много, здесь же может быть произведено формирование потока данных в соответствии с существующими протоколами транспортного уровня. Модулятор системы в данном случае выполняет роль трансляции битового потока в среду с определенными частотными характеристиками.
Возможность применения детекторного эффекта здесь несколько меньше, чем в случае аналоговых передач. Отсутствие синхроканала может стать предпосылкой для этого. В этом случае при периодических передачах в момент начала следующего пакета входным усилителем будет выделен низкочастотный сигнал на частоте работы кодера канала передатчика. Таким образом может быть снижена ошибка определения «фронтов» следования каждого следующего битового импульса.
