CC BY
17
2. Jasmin Leveille. Epidemic Spreading in Technological Networks [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.hpl.hp.com/techreports/2002/ HPL-2002-287.pdf.
3. Senthilkumar C.G Worms: How to stop them? [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://wwwcsif.cs.ucdavis.edu/~cheetanc/worms/proposal.ps.
4. Garetto M., Gong W., Towsley D. Modeling Malware Spreading Dynamics [Электронный ресурс] // IEEE INFOCOM. - 2003. - Режим доступа: http://www.ieee-infocom.org/2003/papers/46_01.PDF.
5. Захарченко А.А. Бой с тенью: компьютерные вирусы и причины сетевого хаоса // Защита информации. Конфидент. - 2003. - № 6. - С. 49-52.
6. John Leyden. The trouble with anti-virus [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.theregister.co.uk/content/56/32680.html.
7. Duncan Graham-Rowe. Computer antivirus strategies in crisis [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.newscientist.com/news/news. jsp?id=ns99994119.
8. Zou C.C., Gong W., Towsley D. Code Red Worm Propagation Modeling and Analysis [Электронный ресурс] // In 9th ACM Symposium on Computer and Communication Security. - Washington DC, 2002. - Р. 138-147. - Режим доступа: http://tennis.ecs.umass.edu/~czou/research/codered.pdf.
9. Gaudin Sh. 2003 'Worst Year Ever' for Viruses, Worms [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.esecurityplanet.com/trends/article.php/ 3292461.
10. Staniford S., Paxson V, Weaver N. How to Own the Internet in Your Spare Time [Электронный ресурс] // 11th Usenix Security Symposium, San Francisco, August, 2002. - Режим доступа: http://www.icir.org/vern/papers/cdc-usenix-sec02.
11. Weaver N. Warhol Worms: The Potential for Very Fast Internet Plagues [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.cs.berkeley.edu/~nwea-ver/warhol.html.
ОБЗОР МЕТОДОВ АНАЛОГОВОЙ КОМПЕНСАЦИИ ДЛЯ ПОЛНОДУПЛЕКСНОЙ СИСТЕМЫ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ
© Рогожников Е.В.*, Колдомов А.С.Ф, Терешков В.В.¥
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, г. Томск
Статья посвящена обзору методов аналоговой компенсации сигнала собственного передатчика в приемном тракте. Описан принцип работы
* Аспирант кафедры Телекоммуникаций и основ радиотехники.
* Магистрант кафедры Телекоммуникаций и основ радиотехники. " Аспирант кафедры Телекоммуникаций и основ радиотехники.
рассматриваемых методов. Произведено сравнение методов аналоговой компенсации, описаны их достоинства и недостатки.
Ключевые слова беспроводная полнодуплексная связь, аналоговая компенсация, цифро-аналоговое преобразование, ослабление сигнала, цифровая компенсация.
Введение
Технология беспроводной связи, позволяющая вести одновременную передачу и прием сигналов в одной полосе частот, подразумевает, что передача сигналов между двумя удаленными приемо-передающими пунктами будет производиться одновременно, при этом будет использоваться вся имеющаяся полоса частот, то есть система связи будет работать в полнодуплексном режиме без использования частотного разделения. Сложность реализации такой системы связи заключается в том, что в каждом приемо-пере-дающем пункте сигнал с выхода передатчика поступает на вход собственного приемного оборудования, при этом мощность данного «паразитного сигнала» во много раз (около 70 дБ) превышает мощность полезного сигнала принимаемого от удаленного приемо-передающего пункта. Таким образом, приемный тракт каждого приемо-передающего пункта будет «забит» собственным передаваемым сигналом, и прием полезного сигнала будет практически невозможен. Для того чтобы полнодуплексная связь стала реализуемой, необходимо в каждом приемо-передающем пункте производить компенсацию собственного передаваемого сигнала в приемном тракте, причем необходимо производить компенсацию как в аналоговом, так и в цифровом виде.
Аналоговая компенсация, обзор методов, сравнение
Основная идея аналоговой компенсации заключается в том, что в приемный тракт каждого приемо-передающего пункта полнодуплексной системы связи вводится компенсирующий сигнал, причем компенсирующий сигнал должен полностью повторять «паразитный сигнал», но при этом быть в противофазе. Рассмотрим основные варианты реализации системы аналоговой компенсации.
1. Аналоговая компенсация с использованием третьей антенны.
Одним из вариантов реализации такой системы является компенсация передаваемого сигнала при помощи комплекта из двух передающих и одной приемной антенны. Обозначим расстояние между первой передающей и приемной антенной как г, тогда расстояние между второй передающей и приемной антенной будет г + 1 / 2, где 1 - длина волны. Таким образом, в приемную антенну сигналы от разнесенных передающих антенн поступят в противофазе, и будут компенсировать друг друга.
ТХ1
ТХ1 RX
г г+Л/2
RX
ТХ2
т
RX сигнал
ТХ сигнал
Рис. 1. Схема аналогового подавления передаваемого сигнала в приемнике при помощи третьей антенны
На рис. 1. обозначено: ТХ1 - первая передающая антенна, ТХ2 - вторая передающая антенна, ЯХ - приемная антенна, г - расстояние между первой передающей и приемной антеннами, X - длина волны.
Данный способ компенсации исследовался в работе [1], для данного способа компенсации существуют как фундаментальные, так и практические ограничения. Первое ограничение является фундаментальным и относится к ширине полосы передаваемого сигнала. По мере удаления от несущей частоты степень компенсации будет уменьшаться, поскольку данным частотам будет соответствовать другая длина волны, соответственно должно быть другое расстояние между антеннами. Для широкополосного сигнала компенсация будет неэффективной и не превышает 30 дБ [2]. Второе ограничение является практическим и заключается в том, что при использовании двух передающих антенн, сигналы от которых в удаленном приемо-передающем пункте могут сложиться в противофазе, соответственно уровень принимаемого сигнала будет уменьшен. Третье ограничение относится к конструкции описанной системы компенсации. Данная конструкция требует точной ручной настройки, степень компенсации напрямую зависит от положения передающих и приемных антенн, в условиях динамически изменяющейся среды невозможно производить автоматическую подстройку системы и соответственно поддерживать уровень компенсации сигнала.
2. Аналоговая компенсация с использованием фазовращателя и аттенюатора.
Следующим рассматриваемым вариантом аналоговой компенсации полнодуплексной беспроводной связи является система, представленная на рис. 2.
Для максимальной компенсации «паразитного сигнала», необходимо чтобы компенсирующий сигнал полностью повторял его по форме, но при этом был в противофазе. Для этого в компенсирующем тракте устанавливаются перестраиваемые фазовращатель и аттенюатор, изменение параметров которых позволяет максимально приблизить компенсирующий сигнал к «паразитному сигналу», и сложить их в противофазе. Достоинством данного метода является возможность автоматической подстройки параметров устройств приемо-передающего тракта, что позволяет в условиях динами-
чески изменяющейся среды, производить автоматическую подстройку системы и соответственно поддерживать уровень компенсации сигнала. Один из недостатков предыдущего метода так и не решен. Речь идет о том, что с увеличением полосы передаваемого сигнала падает степень компенсации «паразитного сигнала» при удалении от несущей частоты [1].
ТХ Г
Делитель мощности
Компенсирующий тракт
ФазовращательМ Аттенюатор
ТХ сигнал
RX сигнал
Передающий тракт
Приемный тракт
Рис. 2. Схема аналоговой компенсации собственного передаваемого сигнала в приемном тракте при помощи перестраиваемого фазовращателя и аттенюатора
3. Аналоговая компенсация с использованием компенсационного трансформатора.
Влияние данного недостатка (уменьшение компенсации «паразитного сигнала» при удалении от несущей частоты в широкополосном сигнале), возможно ограничить, используя следующую конструкцию (рис. 3).
ТХ КХ
Компенсирующий тракт • к.
Компенсационный трансформатор Линия | Аттенюатор^^! Т | ' \зздержки^ V V ЧУ1
,_ * к
ТХ сигнал КХ сигнал г
Передающий тракт
Приемный тракт
Рис. 3. Схема аналоговой компенсации с использованием компенсационного трансформатора
Для того чтобы избежать описанного ограничения по полосе частот, необходимо чтобы устройство получало идеальное преобразование сигнала,
т.е. сигнал, который является абсолютной противоположностью изначального переданного сигнала. Существует компонент, который реализует данную операцию, это компенсационный трансформатор. На первом и втором выходах компенсационного трансформатора формируются два противоположных сигнала, первый из которых поступает в передающую антенну, а второй на вход перестраиваемой линии задержки. Перестраиваемые линия задержки и перестраиваемый аттенюатор используются в компенсирующем тракте для того, чтобы задержка и ослабление в компенсирующем тракте полностью соответствовали задержке и ослаблению в беспроводном канале между передающей и приемной антенной. Компенсация «паразитного» сигнала происходит неравномерно во всей полосе частот передаваемого сигнала. После компенсационного трансформатора, разные участки полосы частот, преобразовываются с разными амплитудами [1]. Используя перестраиваемый аттенюатор, равномерно ослабляющий сигнал во всей полосе частот невозможно добиться полной компенсации «паразитного сигнала». Результат эксперимента приведен на рис. 4.
110
2300 2350 2400 2450 2500 2550 2600
Частота, мГц
Рис. 4. Сравнения методов компенсации собственного передаваемого сигнала в приемном тракте, с использованием фазовращателя и компенсационного трансформатора
4. Аналоговая компенсация с использованием двухканального цифро-аналогового преобразователя.
Схема следующего способа аналоговой компенсации, позволяющая избавиться от недостатков описанных выше, и приведена на рис. 5.
Данный способ аналоговой компенсации [3] сигнала собственного передатчика в приемном тракте, заключается в том, что два сигнала противоположной полярности формируются в цифровом виде, после чего поступают на вход двухканального ЦАП. ЦАП работает от одного тактового генератора, соответственно сигналы на выходе ЦАП будут совершенно синхрон-
ны, но в противофазе, при этом имеют одинаковую амплитуду во всей полосе занимаемых частот. Ошибку компенсации в данном случае будет вносить неточность настройки перестраиваемого аттенюатора и перестраиваемой линии задержки.
ТХ КХ
Г
TX сигнал
ЦАП Преобразова
> ние частоты
Передающий тракт
Перестраиваемый Перестраиваемая аттенюатор линия задержки
RX сигнал
Рис. 5. Схема аналоговой компенсации с использованием двухканального ЦАП
Заключение
В результате проделанной работы произведен анализ существующих методов аналоговой компенсации сигнала собственного передатчика в приемном тракте. Рассмотренные методы аналоговой компенсации обладают рядом недостатков, поскольку на их работу оказывает влияние такие факторы как: расположение антенн, несущая частота сигнала, ширина полосы сигнала, задержка распространения сигнала и др. Наиболее эффективным методом аналоговой компенсации является метод с использованием двухка-нального ЦАП. Данный метод позволяет сформировать компенсирующий сигнал, максимально повторяющий «паразитный» и скомпенсировать его влияние.
Список литературы:
1. Jain M. et al. Practical, real-time, full duplex wireless // Proceedings of the 17th annual international conference on Mobile computing and networking. -ACM, 2011. - С. 301-312.
2. Choi J.I. et al. Achieving single channel, full duplex wireless communication // Proceedings of the sixteenth annual international conference on Mobile computing and networking. - ACM, 2010. - С. 1-12.
3. Duarte M., Dick C., Sabharwal A. Experiment-driven characterization of full-duplex wireless systems // Wireless Communications, IEEE Transactions on. -2012. - Т. 11, №. 12. - С. 4296-4307.
