Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Дмитриев А. С., Рыжов А. И., Сьерра-Теран К. М. Введение в статистическую теорию относительной передачи информации на основе хаотических сигналов // Известия вузов. ПНД. 2023. Т. 31, вып. 4. С. 421-438. DOI: 10.18500/0869-6632-003048, EDN: VASLIL

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF and_2023-4_3dmitriev_et_al_421-438.pdf
(загрузок: 0)
Полный текст в формате PDF(En):
Иконка PDF and_2023_4_3dmitriev_et_al.pdf
(загрузок: 40)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Прикладные задачи нелинейной теории колебаний и волн
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
530.182
DOI: 
10.18500/0869-6632-003048
EDN: 
VASLIL

Введение в статистическую теорию относительной передачи информации на основе хаотических сигналов

Авторы: 
Дмитриев Александр Сергеевич, Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук
Рыжов Антон Игоревич, Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук
Сьерра-Теран Кристиан Маурисио, Московский физико-технический институт (МФТИ)
Аннотация: 

Целью данной работы является анализ статистических характеристик системы относительной передачи информации на основе хаотических радиоимпульсов в канале связи с аддитивным белым гауссовским шумом, где хаотический сигнал задаётся различными распределениями мгновенных значений.

Методы. Для достижения этой цели в работе проводится численное моделирование помехоустойчивости прямохаотической системы относительной передачи информации и его сопоставление с результатами аналитического исследования.

Результаты. Изучены закономерности, связанные с использованием хаотических сигналов с различными статистическими распределениями мгновенных значений. Получены минимальные значения отношения средней энергии хаотического радиоимпульса к спектральной плотности белого гауссовского шума, обеспечивающие заданные вероятности ошибок.

Заключение. Показано, что предложенная система работает эффективно при больших значениях коэффициента процессинга, и с увеличением коэффициента процессинга нивелируется зависимость помехоустойчивости от конкретного вида статистического распределения хаотического сигнала.

Ключевые слова: 
хаотические радиоимпульсы
относительная передача
численное моделирование
статистические характеристики
вероятность ошибки на бит
Благодарности: 
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 23-29-00070)
Список источников: 
  1. Kocarev L., Halle K. S., Eckert K., Chua L. O., Parlitz U. Experimental demonstration of secure communications via chaotic synchronization // Int. J. Bifurc. Chaos. 1992. Vol. 2, no. 3. P. 709–713. DOI: 10.1142/S0218127492000823.
  2. Parlitz U., Chua L. O., Kocarev L., Halle K. S., Shang A. Transmission of digital signals by chaotic synchronization // Int. J. Bifurc. Chaos. 1992. Vol. 2, no. 4. P. 973–977. DOI: 10.1142/S0218127 492000562.
  3. Cuomo K. M., Oppenheim A. V. Circuit implementation of synchronized chaos with applications to communications // Phys. Rev. Lett. 1993. Vol. 71, no. 1. P. 65–68. DOI: 10.1103/PhysRevLett.71.65.
  4. Бельский Ю. Л., Дмитриев А. С. Передача информации с использованием детерминированного хаоса // Радиотехника и электроника. 1993. Т. 38, № 7. С. 1310–1315.
  5. Волковский А. Р., Рульков Н. В. Синхронный хаотический отклик нелинейной системы передачи информации с хаотической несущей // Письма в ЖТФ. 1993. Т. 19, № 3. С. 71–75.
  6. Dedieu H., Kennedy M. P., Hasler M. Chaos shift keying: modulation and demodulation of a chaotic carrier using self-synchronizing Chua’s circuits // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing. 1993. Vol. 40, no. 10. P. 634–642. DOI: 10.1109/82.246164.
  7. Halle K. S., Wu C. W., Itoh M., Chua L. O. Spread spectrum communications through modulation of chaos // Int. J. Bifurc. Chaos. 1993. Vol. 3, no. 2. P. 469–477. DOI: 10.1142/S0218127493000374.
  8. Dmitriev A. S., Panas A., Starkov S. O. Transmission of complex analog signals by means of dynamical chaos // In: Proceedings of the 3rd International Specialist Workshop on Nonlinear Dynamics of Electronic Systems. Dublin, Ireland, 28-29 July 1995. Dublin: NDES, 1995. P. 241–244.
  9. Dmitriev A. S., Panas A. I., Starkov S. O. Experiments on speech and music signals transmission using chaos // Int. J. Bifurc. Chaos. 1995. Vol. 5, no. 4. P. 1249–1254. DOI: 10.1142/S0218127495 000910.
  10. Дмитриев А. С., Панас А. И. Динамический хаос: Новые носители информации для систем связи. М.: Физматлит, 2002. 252 с.
  11. Lau F. C. M., Tse C. K. Chaos-Based Digital Communication Systems: Operating Principles, Analysis Methods, and Performance Evaluation. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2003. 228 p. DOI: 10.1007/978-3-662-05183-2.
  12. Kaddoum G. Wireless chaos-based communication systems: A comprehensive survey // IEEE Access. 2016. Vol. 4. P. 2621–2648. DOI: 10.1109/ACCESS.2016.2572730.
  13. Дмитриев А. С., Панас А. И., Старков С. О., Андреев Ю. В., Кузьмин Л. В., Кяргинский Б. Е., Макисмов Н. А. Способ передачи информации с помощью хаотических сигналов // Патент № 2185032 C2 Российская Федерация, МПК H04K 1/00, H04B 1/02, H04J 13/00: заявл. 06.10.2000: опубл. 10.07.2002. 20 с.
  14. Дмитриев А. С., Кяргинский Б. Е., Панас А. И., Старков С. О. Прямохаотические схемы передачи информации в сверхвысокочастотном диапазоне // Радиотехника и электроника. 2001. Т. 46, № 2. С. 224–233.
  15. Dmitriev A. S., Kyarginsky B. Y., Panas A. I., Starkov S. O. Experiments on direct chaotic communications in microwave band // Int. J. Bifurc. Chaos. 2003. Vol. 13, no. 6. P. 1495–1507. DOI: 10.1142/ S0218127403007345.
  16. VanWiggeren G. D., Roy R. Optical communication with chaotic waveforms // Phys. Rev. Lett. 1998. Vol. 81, no. 16. P. 3547–3550. DOI: 10.1103/PhysRevLett.81.3547.
  17. Ke J., Yi L., Hou T., Hu W. Key technologies in chaotic optical communications // Front. Optoelectron. 2016. Vol 9, no. 3. P. 508–517. DOI: 10.1007/s12200-016-0570-y.
  18. Kingni S. T., Ainamon C., Tamba V. K., Chabi Orou J. B. Directly modulated semiconductor ring lasers: Chaos synchronization and applications to cryptography communications // Chaos. Theory and Applications. 2020. Vol. 2, no. 1. P. 31–39.
  19. Bai C., Ren H.-P., Grebogi C., Baptista M. S. Chaos-based underwater communication with arbitrary transducers and bandwidth // Appl. Sci. 2018. Vol. 8, no. 2. P. 162–172. DOI: 10.3390/ app8020162.
  20. Chen M., Xu W., Wang D., Wang L. Multi-carrier chaotic communication scheme for underwater acoustic communications // IET Communications. 2019. Vol. 13, no. 14. P. 2097–2105. DOI: 10.1049/iet-com.2018.5524.
  21. Дмитриев А. С., Ефремова Е. В., Герасимов М.Ю., Ицков В. В. Радиоосвещение на основе сверхширокополосных генераторов динамического хаоса // Радиотехника и электроника. 2016. Т. 61, № 11. C. 1073–1083. DOI: 10.7868/S0033849416110024.
  22. Dmitriev A. S., Efremova E. V., Ryzhov A. I., Petrosyan M. M., Itskov V. V. Artificial radio lighting with sources of microwave dynamic chaos // Chaos. 2021. Vol. 31, no. 6. P. 063135. DOI: 10.1063/ 5.0053504.
  23. Петрович Н. Т., Размахнин М. К. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Советское радио, 1969. 233 с.
  24. Варакин Л. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. 384 с.
  25. Dixon R. C. Spread Spectrum Systems with Commercial Applications. 3rd Edition. New York: Wiley, 1994. 592 p.
  26. Almuhaya M. A. M., Jabbar W. A., Sulaiman N., Abdulmalek S. A survey on LoRaWAN technology: Recent trends, opportunities, simulation tools and future directions // Electronics. 2022. Vol. 11, no. 1. P. 164–195. DOI: 10.3390/electronics11010164.
  27. Дмитриев А. С., Мохсени Т. И., Сьерра-Теран К. М. Относительная передача информации на основе хаотических радиоимпульсов // Радиотехника и электроника. 2018. Т. 63, № 10. С. 1074–1082. DOI: 10.1134/S0033849418100078.
  28. Дмитриев А. С., Мохсени Т. И., Сьерра-Теран К. М. Сверх- и гиперширокополосная относительная передача информации на основе хаотических радиоимпульсов // Известия вузов. ПНД. 2018. Т. 26, № 4. С. 59–74. DOI: 10.18500/0869-6632-2018-26-4-59-74.
  29. Dmitriev A. S., Mokhseni T. I., Sierra-Terant C. M. Differentially coherent communication scheme based on chaotic radio pulses // Nonlinear Phenomena in Complex Systems. 2018. Vol. 21, no. 3. P. 237–246.
  30. Дмитриев А. С., Мохсени Т. И., Сьерра-Теран К. М. Моделирование системы относительной передачи информации на основе хаотических радиоимпульсов в среде ADS // Известия вузов. ПНД. 2019. Т. 27, № 5. С. 72–86. DOI: 10.18500/0869-6632-2019-27-5-72-86.
  31. Kolumban G., Kennedy M. P., Chua L. O. The role of synchronization in digital communications using chaos. I. Fundamentals of digital communications // IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications. 1997. Vol. 44, no. 10. P. 927–936. DOI: 10.1109/81.633882.
  32. Kolumban G., Vizvari В., Schwarz W., Abel A. Differential chaos shift keying: A robust coding for chaos communication // In: Proceedings of the 4th International Specialist Workshop on Nonlinear Dynamics of Electronic Systems. Seville, Spain, 27-28 June 1996. Seville: NDES, 1996. P. 87–92.
  33. Sushchik M., Tsimring L. S., Volkovskii A. R. Performance analysis of correlation-based communication schemes utilizing chaos // IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications. 2000. Vol. 47, no. 12. P. 1684–1691. DOI: 10.1109/81.899920.
  34. Клюев В. Ф., Самарин В. П., Клюев А. В. Нелинейные алгоритмы измерения мощности шумового сигнала на фоне помех // Известия вузов. Радиоэлектроника. 2013. Т. 56, № 6. С. 48–55.
Поступила в редакцию: 
10.02.2023
Принята к публикации: 
24.04.2023
Опубликована онлайн: 
03.07.2023
Опубликована: 
31.07.2023
  • 2717 просмотров