Аналіз властивостей неортогональних методів обробки сигналів в системах МІМО

Conflicts of the last decades (the Chechen war (Russian Federation), armed confrontation in the countries of the Middle East and North Africa, anti-terrorist operation in the territory of Donetsk and Lugansk regions (Operation of the United Nations)) go beyond the existing (traditional) forms and methods of warfare, conducted on the background of information and psychological operations and the active using of electronic emitters. One of the directions of increasing the noise immunity of radio communication devices is using of multi-antenna radio communication systems. They are complex technical systems. There are many approaches to increasing the impedance of multi-antenna systems, but the authors of this article limited themselves to considering only the methods of signal processing, namely, non-orthogonal spatial-temporal codes. During the research, the authors used the basic provisions of the theory of communication, the theory of antennas, the theory of noise protection and signal-code structures. In the course of the research, it was found that non-orthogonal methods of spatial-temporal signal processing have more spectral efficiency than orthogonal ones, with an equal number of transmitting antennas, but they lose in energy efficiency the orthogonal methods of space-time signal processing. Using of non-orthogonal codes leads to the increasing the number of computational operations in the receiver of the radio communication device. All this results in further research on the development of the spatial-temporal signal coding method in multi-antenna radio-communication systems with high energy and spectral efficiency, and it is necessary, that the proposed method has an acceptable computational complexity.Конфлікти останніх десятиліть (Чеченська війна (Російська Федерація), збройні протистояння в країнах Близького Сходу та Північної Африки, Антитерористична операція на території Донецької та Луганської областей (Операція Об'єднаних Сил)) виходять за рамки існуючих (традиційних) форм та способів ведення бойових дій, проводяться на фоні інформаційно-психологічних операцій та активного використання засобів радіоелектронного подавленя. Одним з напрямків підвищення завадозахищеності засобів радіозв'язку є використання багатоантенних систем рад іозв'язку. Вони є складними технічними системами. Існує багато підходів до підвищення завадозахищеності багатоантенних систем, проте автори зазначеної статті обмежилися розглядом лише методів обробки сигналів, а саме не ортогональних просторово-часових кодів. В ході дослідження авторами були використані базові положення теорії зв'язку, теорії антен, теорії завадо-захищеності та сигнально-кодових конструкцій. В ході проведеного дослідження встановлено, що не ортогональні методи просторово-часової обробки сигналів мають більше спектральну ефективність у порівнянні з ортогональними, при рівній кількості передавальних антен, проте вони програють в енергетичній ефективності ортогональним методам просторово-часової обробки сигналів. Використання не ортогональних кодів призводить до збільшення кількості обчислювальних операцій в приймачі засобу радіозв'язку. Все це обумовлює подальше проведення досліджень з розробки методу просторово-часового кодування сигналів в багатоантенних системах радіозв'язку з високою енергетичною та спектральною ефективністю, при цьому необхідно,щоб запропонований метод мав прийнятну обчислювальну складність

Аналіз методів обробки сигналів в системах МІМО

Conflicts of the last decades (the Chechen war (Russian Federation), armed confrontation in the countries of the Middle East and North Africa, anti-terrorist operation in the territory of Donetsk and Lugansk regions (Operation of the United Nations)) go beyond the existing (traditional) forms and methods of warfare, conducted on the background of information and psychological operations and the active using of electronic emitters. Therefore, provision of sustainable communication is one of the priority directions of scientific research. One of the directions of increasing the noise immunity of radio communication devices is using of the multi-antenna radio communication systems. However, they are complex technical systems. There are many approaches to increasethe impedance of multi-antenna systems, but the authors of this article limited themselves to considering only the methods of signal processing, namely orthogonal spatial-temporal codes. During the study, the authors used the basic provisions of the theory of communication, the theory of antennas, the theory of noise protection and signal-code structures. In the course of the analysis, the authors found, that the computational complexity of the orthogonal codes used in MIMO systems is directly proportional to the number of transmitting antennas in the system, which leads to a linear increase in the number of computational operations in the processing of signals was using mentioned spatio-temporal codes. However, this type of spatial-temporal codes has high energy efficiency in MIMO systems with a small number of antennas. The authors propose to develop a method of space-time coding of signals in multi-antenna radio systems with high energy and spectral efficiency, when the proposed method had an acceptable computational complexity.Конфлікти останніх десятиліть (Чеченська війна (Російська Федерація), збройні протистояння в країнах Близького Сходу та Північної Африки, Антитерористична операція на території Донецької та Луганської областей (Операція Об'єднаних Сил)) виходять за рамки існуючих (традиційних) форм та способів ведення бойових дій, проводяться на фоні інформаційно-психологічних операцій та активного використання засобів радіоелектронного подавлення. Отже забезпечення стійкого зв'язку є одним з пріоритетних напрямків наукових досліджень. Одним з напрямків підвищення завадозахищеності засобів радіозв'язку є використання багатоантенних систем радіозв'язку. Проте вони є складними технічними системами. Існує багато підходів до підвищення завадозахищеності багатоантенних систем, проте автори зазначеної статті обмежилися розглядом лише методів обробки сигналів, а саме ортогональних просторово-часових кодів. В ході дослідження авторами були використані базові положення теорії зв'язку, теорії антен, теорії завадо-захищеності та сигнально-кодових конструкцій. В ході проведеного аналізу авторами з'ясовано, що обчислювальна складність ортогональних кодів що використовується в системах МІМО прямо пропорційна кількості передавальних антен в системі, що призводить до лінійного зростання кількості обчислювальних операцій при обробці сигналів з застосуванням зазначених просторово-часових кодів. Проте зазначений вид просторово-часових кодів має високу енергетичну ефективність в системах МІМО з малою кількістю антен. Авторами запропоновано провести розробку методу просторово-часового кодування сигналів в багатоантенних системах радіозв'язку з високою енергетичною та спектральною ефективності, при цьому ,щоб запропонований метод мав прийнятну обчислювальну складність

Method of choosing rational values parameters of military radio communication with code division of channels in conditions of active electronic countermeasures

У статті запропоновано методику вибору раціональних значень параметрів засобів військового радіозв’язку з кодовим розділенням каналів в умовах активної радіоелектронної протидії, що заснована на виборі раціональних значень параметрів засобів радіозв’язку в залежності від сигнально-завадової обстановки.В статье предложена методика выбора рациональных значений параметров средств военной радиосвязи с кодовым разделением каналов в условиях активного радиоэлектронного противодействия, основанная на выборе рациональных значений параметров средств радиосвязи в зависимости от сигнально-помеховой обстановки.In the article offered ethod f choosing rational values parameters of military radio communication with code division of channels in conditions of active electronic countermeasures, based on choosing of rational values parameters of the radio communication depending of the signal- interference situation

Методологические основы построения подсистемы управления радиоресурсом систем военной радиосвязи

Article analyzes the problems that arise in the process of functioning of military radiocommunication systems in the conditions of a priori uncertainty and radio-electronic suppression, in terms of communication, signaling and interference conditions. The substantiation of the basic principles of radio resource management of multi-antenna systems of military radio communication in a complex electronic environment is carried out. The basic principles of building the subsystem of radio resource management of multi-antenna systems of military radio communication are substantiated, the basic stages of radio resource control of multi-radio systems of military radio communication are described in order to achieve extreme or support of the set values of indicators of communication efficiency. Article uses methods of the theory of signals, the theory of noise-blocking coding, the theory of probability, the theory of information, the theory of potential impedance, graph theory, the theory of Markov processes, the theory of optimal linear filtration, the theory of matrices, the theory of decision making, the theory of games, the theory of automatic control, methods of mathematical programming and simulation techniques. In the article, presented in the article, the methodological principles of management of radio resources indicate that using of only traditional approaches for radio resource management of military radio communication systems does not allow us to rationally use available radio resources. One of the directions of increasing the efficiency of radio resource utilization of military radiocommunication systems is the use of hybrid information technologies based on multi-antenna systems of military radio communication. The results obtained in the article can be used in the development of scientific and methodical apparatus for increasing the noise immunity of military radiocommunication systems in a complex electronic environment.Проаналізовані задачі, які виникають в процесі функціонування військових систем радіозв’язку в умовах апріорної невизначеності та радіоелектронного подавлення, щодо умов ведення зв’язку, сигнальної і завадової обстановки. Проведено обґрунтування основних принципів управління радіоресурсом багатоантенних систем військового радіозв’язку в складній радіоелектронній обстановці. Обґрунтовані ключові принципи побудови підсистеми управління радіоресурсом багатоантенних систем військового радіозв’язку, описано основні етапи управління радіоресурсом багатоантенних систем військового радіозв’язку з метою досягнення екстремальних або підтримки заданих значень показників ефективності зв’язку. Представленні в статті методологічні засади управління радіоресурсом вказують на те, що використання лише традиційних підходів управління радіоресурсом систем військового радіозв’язку не дозволяє раціонально використовувати наявний радіоресурс. Отримані в статті результати можуть бути використані під час розробки науково-методичного апарату підвищення завадозахищеності систем військового радіозв’язку в складній радіоелектронній обстановці.Проанализированы задачи, которые возникают в процессе функционирования военных систем радиосвязи в условиях априорной неопределенности и радиоэлектронного подавления, по условиям ведения связи, сигнальной и помеховой обстановки. Проведено обоснование основных принципов управления радиоресурсом многоантенных систем военной радиосвязи в сложной радиоэлектронной обстановке. Обоснованны ключевые принципы построения подсистемы управления радиоресурсами многоантенных систем военной радиосвязи, описаны основные этапы управления радиоресурсом многоантенных систем военной радиосвязи с целью достижения экстремальных или поддержания заданных значений показателей эффективности связи. Представленные в статье методологические основы управления радиоресурсом указывают на то, что использование только традиционных подходов упраления радиоресурсами систем военной радиосвязи не позволяет рационально использовать имеющийся радиоресурс. Полученные в статье результаты могут быть использованы при разработке научно-методического аппарата повышения помехозащищенности систем военной радиосвязи в сложной радиоэлектронной обстановке

Method of predicting signal-noise environment of radiotechnique systems in conditions of radioelectronic counteraction

У статті запропонована методика прогнозування сигнально-завадової обстановки, що дозволяє підвищити завадозахищеність радіотехнічних систем в умовах впливу навмисних завад та нестаціонарному характері процесу, що прогнозується, за рахунок прогнозування сигнально-завадової обстановки в складній радіоелектронній обстановці. Зазначену методику доцільно використовувати при оцінці радіоелектронної обстановки та визначенні заходів, що спрямовані на підвищення завадозахищеності радіотехнічних комплексів.В статье предложена методика прогнозирования сигнально-помеховой обстановки, которая позволяет повысить помехозащищенность радиотехнических систем в условиях воздействия преднамеренных помех и нестационарном характере прогнозируемого процесса за счет её прогнозирования в сложной радиоэлектронной обстановке. Данную методику целесообразно использовать при оценке радиоэлектронной обстановки и определение мер, направленных на повышение помехозащищенности радиотехнических комплексов.In article proposed technique of predicting signal-noise situation, which makes it possible to increase the noise immunity of radioelectronic systems in the conditions of impact deliberate interference and non-stationary nature of the predicted process due to the prediction in complex of radioelectronic environment. This method is expedient for using in the assessment of the electronic environment and definition of measures aimed at increasing the noise immunity of radio engineering complexes

Метод оценки параметров канала с использованием технологии МІМО-SEFDM

In this article was developed method of estimating the channel state with using of hybrid information technology, based on a combination of two modern efficient data transmission technologies, namely MIMO technology and SEFDM technology,. This combination allows to increase a significant in the efficiency of using of radio frequency resources and increase the speed of transmission of information. However, to assess the state of the communication channel with using of the specified information technology, it is necessary to develop a method of evaluating channel parameters, because known estimation methods have a high computational complexity. This article is dedicated to the solution of this issue. The article analyzes the basic methods of assessing the state of communication channels that were used to develop the indicated method of assessing the state of the channel using the technology MIMOSEFDM. In the article were used methods of the theory of signals, the theory of noise immunity coding, the theory of probability, the theory of information, the theory of potential impedance, the theory of matrices, the theory of decision making, the theory of games, the theory of automatic control, methods of mathematical programming and methods of simulation modeling. The method of estimating the status of the channel using the MIMO-SEFDM technology presented in the article allows to reduce the computational complexity, increase the noise immunity, and also increase the efficiency of using the radio frequency resource of perspective radio communication systems. The results obtained in the article can be used in the design and development of special purpose radio systems operating in a complex radio-electronic environment and the shortage of available radio frequency resources.В зазначеній статті проведено розробку методу оцінки стану каналу з використанням гібридної інформаційної технології, що заснована на поєднанні двох сучасних ефективних технологій передачі даних, а саме технології МІМО та технології SEFDM. Зазначене поєднання дозволяє отримати значне підвищення ефективності використання радіо-частотного ресурсу та збільшити швидкість передачі інформації. Проте для оцінки стану каналу зв’язку з використанням зазначеної інформаційної технології необхідно провести розробку методу оцінки параметрів каналу, оскільки відомі методи оцінки мають високу обчислювальну складність. Вирішенню зазначеного питанню присвячена зазначена стаття. В статті проведений аналіз основних методів оцінки стану каналів зв’язку, що були використанні для розробки зазначеного методу оцінки стану каналу з використанням технології МІМО-SEFDM. В статті застосовані методи теорії сигналів, теорії завадостійкого кодування, теорії імовірності, теорії інформації, теорії потенційної завадостійкості, теорії матриць , теорії прийняття рішень, теорії ігор, теорії автоматичного управління, методи математичного програмування та методи імітаційного моделювання. Представлений в статті метод оцінки стану каналу з використанням технології МІМО-SEFDM дозволяє зменшити обчислювальну складність, підвищити завадозахищеність, а також підвищити ефективність використання радіочастотного ресурсу перспективних систем радіозв’язку. Отримані в статті результати можуть бути використані під час розробки та проектування систем радіозв’язку спеціального призначення, що функціонують в складній радіоелектронній обстановці та дефіциті наявного радіочастотного ресурсу.В указанной статье проведена разработка метода оценки состояния канала с использованием гибридной информационной технологии, основанной на сочетании двух современных эффективных технологий передачи данных, а именно технологии MIMO и технологии SEFDM. Указанное сочетание позволяет получить значительное повышение эффективности использования радиочастотного ресурса и увеличить скорость передачи информации. Однако для оценки состояния канала связи с использованием указанной информационной технологии необходимо провести разработку метода оценки параметров канала, поскольку известные методы оценки имеют высокую вычислительную сложность. Ешению указанногР ния алов связи, которые были использованы для разработки данного метода оценки состояния канала с испол MIMO-SEF устойчивого кодироваDM. В статье применены методы теории сигналов, теории помехо теории информации, теории потенциальной помехоустойчивост тия решений, теории игр, теории автоматического управления, методы математического программирования и методы имитационного моделирования. Представленный в статье метод оценки состояния канала с использованием технологии MIMO-SEFDM позволяет уменьшить вычислительную сложность, увеличить помехозащищенность, а также увеличить эффективность использования радиочастотного ресурса перспективных систем радиосвязи. Полученные в статье результаты могут быть использованы при разработке и проектировании систем радиосвязи специального назначения, функционирующих в сложной радиоэлектронной обстановке и дефиците имеющегося радиочастотного ресурса

Методика многокритериальной оценки состояния каналов связи систем радиосвязи специального назначения

The issue of increasing the noise immunity of special purpose radio systems operating in a complex electronic environment is an urgent and unresolved problem in its entirety. One of the possible ways of increasing the noise immunity of special purpose radio communication systems is to increase the accuracy and speed of assessing the state of the communication channel in a dynamic signaling and interference situation. In this work, an analysis of existing methods for assessing the status was made, it was found that existing methods do not allow for multicriteria assessment of the quality of communication channels with acceptable computational complexity and reliability of decision-making. The methodology of multicriteria estimation of the quality of communication channels of special purpose radio communication systems, operating in a complex electronic environment, was developed. The article proposes to use a fuzzy logic device for conducting multicriteria assessment of the quality of communication channels due to deliberate interference and silence of the signal. The essence of the proposed methodology is to carry out an assessment of the state of communication channels of special purpose radio systems for each of the indicators of evaluation, after which a generalized assessment of the state of the communication channel is formed. Also, in the proposed method, the correction of the weight of expert rules is carried out, which allows to increase the speed and quality of the assessment of the state of the channels in a dynamic signaling and interference situation. The obtained results should be used in radio communication with programmable architecture, in order to increase the speed and accuracy of the assessment of the state of communication channels.Питання підвищення завадозахищеності систем радіозв’язку спеціального призначення, що функціонують в складній радіоелектронній обстановці, є актуальною та не вирішеною в повному обсязі проблемою. Одним з можливих напрямків підвищення завадозахищеності систем радіозв’язку спеціального призначення є підвищення точності та швидкості оцінювання стану каналу зв’язку в динамічній сигнальній та завадовій обстановці. В роботі проведений аналіз існуючих методів оцінювання стану, з’ясовано, що існуючі методи не дозволяють проводити багатокритеріальну оцінку якості каналів зв’язку з прийнятною обчислювальною складністю та достовірністю прийняття рішень. Проведено розробку методики багатокритеріальної оцінки якості каналів зв’язку систем радіозв’язку спеціального призначення, що функціонують в складній радіоелектронній обстановці. В статті запропоновано використовувати апарат нечіткої логіки для проведення багатокритеріальної оцінки якості каналів зв’язку при впливі навмисних завад та завмирань сигналу. Сутність запропонованої методики полягає у проведенні оцінки стану каналів зв’язку систем радіозв’язку спеціального призначення по кожному із показників оцінки, після чого формується узагальнена оцінка стану каналу зв’язку. Також в запропонованій методиці здійснюється корегування ваг експертних правил, що дозволяє підвищити швидкість та якість оцінювання стану каналів в динамічній сигнальній та завадовій обстановці. Отримані результати доцільно використовувати в засобах радіозв’язку з програмованою архітектурою,з метою підвищення швидкості та точності оцінювання стану каналів зв’язку.Вопросы повышения помехозащищенности систем радиосвязи специального назначения, функционирующих в сложной радиоэлектронной обстановке, являются актуальной и не решенной в полном объеме проблемой. Одним из возможных направлений повышения помехозащищенности систем радиосвязи специального назначения является повышение точности и скорости оценивания канала связи в динамической сигнальной и помеховой обстановке. В работе проведен анализ существующих методов оценки состояния каналов связи, установлено, что существующие методы не позволяют проводить многокритериальную оценку качества каналов связи с приемлемой вычислительной сложности и достоверностью принятия решений. Проведена разработка методики многокритериальной оценки качества каналов связи систем радиосвязи специального назначения, функционирующих в сложной радиоэлектронной обстановке. В статье предложено использовать аппарат нечеткой логики для проведения многокритериальной оценки качества каналов связи при воздействии преднамеренных помех и замираний сигнала. Сущность предлагаемой методики заключается в проведении оценки состояния каналов связи систем радиосвязи специального назначения по каждому из показателей оценки, после чего формируется обобщенная оценка состояния канала связи. Также в предложенной методике осуществляется корректировка весов экспертных правил, что позволяет повысить скорость и качество оценки состояния каналов в динамической сигнальной и помеховой обстановке. Полученные результаты целесообразно использовать в средствах радиосвязи с программируемой архитектурой, с целью повышения скорости и точности оценки состояния каналов связи

Development of Resource Distribution Model of Automated Control System of Special Purpose in Conditions of Insufficiency of Information on Operational Development

The paper considers the task of allocating the resources of an automated control system for special purposes in conditions of insufficient information on the development of the operational situation. The object of research is an automated control system for special purposes in the face of uncertainty in the operational environment and limited computing resources. One of the most problematic places in the distribution of resources of an automated control system is the low quality of planning, distribution and use of resources of an automated system in conditions of insufficient information about the operational situation and the inability to predict the actions of the enemy. This reduces the efficiency of both the system itself and its application. The scientific problem is solved with the help of developing a model for the distribution of system resources with the possible appearance of a lot of perturbations at the input, taking into account the features of the current operational situation in the course of the armed conflict and allows forecasting the state of the automated control system. In the course of the study, the authors of the work used the basic principles of queuing theory, automation theory, the theory of complex technical systems, as well as general scientific methods of cognition, namely analysis and synthesis. The novelty of the proposed model lies in the fact that it allows to justify the decomposition of the system. This allows to present a solution to the vector optimization problem in the binary relations of conflict, assistance and indifference. It also takes into account the operational environment and allows predicting the state of the system taking into account external influences, constructing utility functions and guaranteed payoff, as well as a numerical optimization scheme on this set. The proposed model will improve the efficiency of information processing due to its distribution and rational use of available computing resources. It is advisable to use the research results when planning the configuration of the data transmission system and at the stage of operational control of the resources of these systems