Научная статья на тему 'ПОИСК ПАКЕТНЫХ РАДИОСИГНАЛОВ СИСТЕМАМИ РАДИОКОНТРОЛЯ В РЕЖИМЕ ПАНОРАМНОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА'

ПОИСК ПАКЕТНЫХ РАДИОСИГНАЛОВ СИСТЕМАМИ РАДИОКОНТРОЛЯ В РЕЖИМЕ ПАНОРАМНОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
152
42
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РАДИОКОНТРОЛЬ / ПАНОРАМНЫЙ АНАЛИЗ СПЕКТРА / ПАКЕТНЫЕ РАДИОСИГНАЛЫ / ВЕРОЯТНОСТЬ ОБНАРУЖЕНИЯ / ОБНАРУЖЕНИЕ МОБИЛЬНЫХ СТАНЦИЙ GSM / RADIO MONITORING / PANORAMIC SPECTRUM ANALYSIS / PACKET RADIO SIGNALS / DETECTION PROBABILITY / GSM MOBILE STATION DETECTION

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Поляков Александр Владимирович, Студеникин Алексей Геннадьевич, Токарев Антон Борисович

Современные системы связи часто используют для передачи информации пакетные радиосигналы, представляющие собой последовательности радиоимпульсов малой длительности с продолжительными паузами между ними. Для систем радиоконтроля, работающих в панорамном режиме сбора и обработки данных, вероятность обнаружения подобных сигналов за время их выхода в эфир будет существенно зависеть от совокупности параметров, определяющих правила перестроения радиоприемной аппаратуры с частоты на частоту. В работе приведены аналитические соотношения для расчета вероятности перехвата сигналов, для отечественной системы радиоконтроля АРК-Д15Р представлены показатели обнаружения, соответствующие обработке реальных эфирных сигналов GSM, а также даны рекомендации по оптимизации параметров систем радиоконтроля в целях повышения вероятности перехвата ими пакетных радиосигналов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Поляков Александр Владимирович, Студеникин Алексей Геннадьевич, Токарев Антон Борисович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DETECTION OF PACKET RADIO SIGNALS BY RADIO MONITORING SYSTEMS IN PANORAMIC SPECTRUM MODE

Modern communication systems for the transmission of information often use packet radio signals, which are sequences of radio pulses of short duration with long pauses between them. For radio monitoring systems operating in the panoramic mode of data collection and processing, the probability of detection of such signals during their presence in the airwaves will depend significantly on the set of parameters that determine the rules of retuning the radio receiving equipment from frequency to frequency. The paper presents analytical relations to calculate the probability of signal’s interception, gives signal detection probability estimations for the domestic radio monitoring system ARK-D15R obtained for real signals of GSM standard, as well as makes recommendations for optimizing the parameters of radio monitoring systems in order to increase the probability of interception for packet radio signals.

Текст научной работы на тему «ПОИСК ПАКЕТНЫХ РАДИОСИГНАЛОВ СИСТЕМАМИ РАДИОКОНТРОЛЯ В РЕЖИМЕ ПАНОРАМНОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА»

А. В. Поляков,

АО «ИРКОС», г. Москва

А. Г. Студеникин,

Воронежский государственный технический университет

А. Б. Токарев,

доктор технических

наук, доцент,

Воронежский

государственный

технический

университет

ПОИСК ПАКЕТНЫХ РАДИОСИГНАЛОВ СИСТЕМАМИ РАДИОКОНТРОЛЯ В РЕЖИМЕ ПАНОРАМНОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА

DETECTION OF PACKET RADIO SIGNALS BY RADIO MONITORING SYSTEMS IN PANORAMIC SPECTRUM MODE

Современные системы связи часто используют для передачи информации пакетные радиосигналы, представляющие собой последовательности радиоимпульсов малой длительности с продолжительными паузами между ними. Для систем радиоконтроля, работающих в панорамном режиме сбора и обработки данных, вероятность обнаружения подобных сигналов за время их выхода в эфир будет существенно зависеть от совокупности параметров, определяющих правила перестроения радиоприемной аппаратуры с частоты на частоту. В работе приведены аналитические соотношения для расчета вероятности перехвата сигналов, для отечественной системы радиоконтроля АРК-Д15Р представлены показатели обнаружения, соответствующие обработке реальных эфирных сигналов GSM, а также даны рекомендации по оптимизации параметров систем радиоконтроля в целях повышения вероятности перехвата ими пакетных радиосигналов.

Modern communication systems for the transmission of information often use packet radio signals, which are sequences of radio pulses of short duration with long pauses between them. For radio monitoring systems operating in the panoramic mode of data collection and processing, the probability of detection of such signals during their presence in the airwaves will depend significantly on the set of parameters that determine the rules of retuning the radio receiving equipment from frequency to frequency. The paper presents analytical relations to

calculate the probability of signal's interception, gives signal detection probability estimations for the domestic radio monitoring system ARK-D15R obtained for real signals of GSM standard, as well as makes recommendations for optimizing the parameters of radio monitoring systems in order to increase the probability of interception for packet radio signals.

Введение. Обнаружение сигналов беспроводных систем связи и передачи данных — одна из базовых задач, решаемых системами радиоконтроля (СРК) [1, 2]. Современные СРК должны эффективно обнаруживать сигналы различных источников радиоизлучений (ИРИ), как узкополосные с фиксированным распределением частот — «непрерывные», так и сигналы систем цифровой пакетной радиосвязи с динамическим частотно-временным распределением [ 3], использующих для передачи информации радиоимпульсы малой длительности Тпкт, также называемые «пакетами».

Показателем эффективности СРК при выполнении задачи обнаружения может служить вероятность обнаружения сигнала P(t06H < Тс) за интервал времени, не превышающий типовую длительность сеанса для данной системы связи [1]. Полагая уровень сигнала достаточным для уверенного срабатывания энергетического обнаружителя, рассмотрим влияние временных характеристик сигнала и режима работы СРК на вероятность обнаружения.

При контроле радиообстановки в полосе одновременного анализа B, составляющей для современных СРК десятки (сотни) мегагерц, как правило, обеспечивается непрерывный анализ сигналов и вероятность их обнаружения близка к единице. В более широких диапазонах частот СРК работает в режиме панорамного анализа, при котором диапазон частот делится на смежные полосы, анализируемые циклически с перестройкой приемника по частоте на каждом шаге панорамы. Очередной шаг панорамы начинается с приема выборки радиосигнала в течение времени твы6, затем приемник перестраивается на следующую частоту, что занимает некоторое время, и параллельно происходит обработка полученных данных. Суммарное время на прием, обработку и перестройку по частоте в среднем составляет Гшаг > твыб. Далее шаги по частоте циклически повторяются, и СРК возвращается к повторному анализу текущей полосы частот через время 7Цкл > Гшаг > твы6.

Вероятность обнаружения непрерывных сигналов на интервале наблюдения t Е [0 ■■■ 7Цкл] линейно возрастает до единицы. При большей длительности сеанса связи Тс > Тцкл непрерывные сигналы обнаруживаются уверенно [1], соответственно, время обнаружения непрерывных сигналов полностью определяется отношением диапазона частот к скорости панорамного анализа СРК и мало зависит от длительности выборки.

Зависимость вероятности обнаружения пакетных сигналов от параметров циклов передачи и панорамного анализа имеет более сложный характер, т.к. при тпкт « 7Цкл и твыб « Тцкл может потребоваться несколько циклов панорамного анализа до совпадения выборки данных в нужной полосе частот с интервалом излучения пакета.

Оценка эффективности СРК при выполнении задачи обнаружения пакетных радиосигналов, представленная в виде зависимостей вероятности обнаружения P(t0бн < Тс) от параметров сигнала и режима работы СРК, является предметом рассмотрения в данной статье.

Оценка вероятности перехвата пакетных радиосигналов по перекрытию оконных функций. Работа СРК в режиме панорамного анализа имеет циклический характер и может быть охарактеризована совокупностью оконных функций [4], представленных на рис. 1.

Функция «b» на рис. 1 описывает цикл приема, обработки и перестройки радиоприемника по частоте (шаг панорамы); она равна единице во время приема радиосигнала

и нулю во время перестройки на следующую частоту, когда сигнал недоступен для анализа. Длительность интервала твыд соответствует времени приема (выборки) сигнала; период Гшаг соответствует длительности одного шага панорамы, включающего время взятия выборки твыб и время настройки приемника на следующую частоту.

Время

Рис. 1. Оценка вероятности обнаружения по перекрытию оконных функций: а — цикл панорамного анализа диапазона; Ь — цикл приема и обработки сигнала с перестройкой по частоте; с — цикл передачи пакетного сигнала; ё — интервалы перекрытия

Функция «а» на рис. 1 характеризует цикл панорамного анализа диапазона. Она принимает единичное значение во время перекрытия спектра сигнала ИРИ и полосы одновременного анализа СРК, и равна нулю на остальных шагах панорамы, где сигнал не попадает в полосу анализа. Длительность интервала тпрк функции «а» соответствует времени перекрытия спектра сигнала ИРИ и полосы одновременного анализа СРК

^прк ^шаг • (1)

где /ш — число шагов панорамы, определяемое соотношением ширины спектра сигнала В5 и полосы одновременного анализа В:

1ш = сей(В5/В). (2)

Здесь ееИ(-) — операция округления вверх.

Период 7Цкл функции «а» соответствует длительности цикла панорамного анализа всего диапазона частот Вши и равен

^цкл ^шаг • (3)

Ь = сеИ(ВГи11/В)

где

(4)

— число полос одновременного анализа во всем анализируемом диапазоне частот.

В перечень технологий, обеспечивающих высокую эффективность использования радиочастотного спектра системами связи, МСЭ включает временное и частотное дуплексное разделение [5]. Функционирование систем связи, излучающих пакеты в регулярно

повторяющихся интервалах времени — временных слотах (time slot), предоставляемых для передачи на протяжении более длительных интервалов — TDMA фреймов (TDMA frame), можно представить периодической оконной функцией, равной единице во время излучения пакета и нулю при отсутствии сигнала (функция «с» на рис. 1).

Временной интервал тпкт_эфф соответствует эффективной (в смысле обнаружения) длительности пакета, передаваемого ИРИ, и определяется как

2 ' ^min, (5)

где тпкт — средняя длительность пакета, — минимальным интервал перекрытия пакета и выборки, необходимый для обнаружения сигнала. Период Гсиг соответствует средней длительности цикла передачи сигнала, включающего тпкт и интервал между пакетами, и определяется как

ТСиг "^пкт/^, (6)

где D — коэффициент заполнения, определяемый как математическое ожидание отношения суммарной длительности составлявших сигнал радиоимпульсов к протяженности сеанса связи Гс.

График «^», показывающий моменты пересечения всех трех оконных функций, может служить инструментом оценки вероятности обнаружения пакетных радиосигналов. Уравнение оценки среднего периода То между совпадениями всех трех рядов оконных функций при их близком к периодическому характере имеет следующий вид [4]:

Т •Г •Г

,р __1 цкл 1 шаг 1 сиг

^прк • "^выб + ^прк • ^пкт_эфф + "^выб • ^пкт_эфф

В панорамном режиме анализа радиообстановки часто используются непродолжительные выборки, за время приема которых в эфире наблюдается не более одного пакета данных, а события обнаружения можно считать статистически независимыми. Учтем, что согласно прогнозу Международного союза электросвязи (МСЭ) для систем мобильной связи 1МТ в 2020 году средняя длительность восходящего соединения начинается с 10 секунд, а наиболее вероятные её значения находятся в интервале до минуты [6]. Вероятность хотя бы однократного перехвата пакета за время Гс можно приближенно рассчитать, как [4]

Р(ГС) = 1-Ке-^Ч (8)

к = 1 - Тпрк • ^выб • Тпкт_эфф д т ■ т ■ т ( )

цкл шаг сиг

— вероятность пропуска отдельного пакета.

Если же СРК будет использовать выборки с длительностью твыб, превышающей среднюю длительность цикла передачи сигнала Гсиг, то с высокой вероятностью как минимум один пакет будет перехвачен при настройке приемника на частоту сигнала. Вероятность обнаружения аналогична таковой для непрерывных сигналов и в течение каждого полного цикла панорамного анализа стремится к единице

Р(ГС) ^ 1, при Твыб > ^сиг и Гс>7Цкл. (10)

Приближенное выражение (8) не учитывает цикличность анализа СРК диапазона частот, из-за которой время от выхода сигнала в эфир до приема первой выборки в по-

лосе частот сигнала представляет собой случайную величину, распределенную равномерно в интервале от 0 до 7Цкл. Таким образом, зависимость вероятности перехвата Р(ГС) от продолжительности сеанса связи Гс приобретает кусочно-линейный характер. Для произвольного («нетактируемого») размещения пакетов данных вдоль оси времени эту зависимость можно представить в виде

Р(ГС) = Рнт(Ю + Рнт№+г1)-Рнт№)- (гс - к • 7Цкл), (11)

'цкл

где к = //оог(Гс/7Цкл) (12)

— округленное вниз число циклов анализа на интервале Тс,

— I

Рнт(^) = 1 - ехр (^ • гш • :!!Ыб-Эфф) (13)

V ^пкт '

— вероятность успешного перехвата пакета к концу к-го цикла анализа. Здесь твыб-Эфф = = твыб + тпкТ-Эфф — эффективная (в смысле обнаружения) длительность выборки.

Если же пакетные радиосигналы излучаются в эфир с привязкой к регулярно размещенным временным слотам, длительность фрейма и средняя длительность одного шага панорамы Гшаг могут оказаться кратными:

(-7Шаг • ™ при Тф > 7Ш

1 LLldl 1 ^ - LLldl * / 1 /I \

Тф ~ ЫшагМ при Тф < Гшаг, ( 4

где m — целое число. Как будет показано далее, подобная кратность периодов излучения и анализа сигнала может сопровождаться появлением «строб-эффектов», не учитываемых соотношениями (8) — (13) и приводящих к значительному увеличению времени до обнаружения пакетного радиосигнала с заданной вероятностью.

Примеры расчета вероятности перехвата пакетных сигналов системой радиоконтроля АРК-Д15Р. Количественную оценку вероятности обнаружения пакетных радиосигналов приведем на примере системы радиоконтроля АРК-Д15Р [2,7], выпускаемой НПК АО «ИРКОС». Эта система включает в свой состав несколько территориально распределенных постов радиоконтроля и предназначена для выявления, идентификации, локализации и учета ИРИ, включая современные широкополосные средства связи и передачи данных, внутри помещений и на прилегающей территории.

Система радиоконтроля АРК-Д15Р осуществляет синхронный сбор данных в полосах частот шириной 24 МГц на всех постах радиоконтроля, обеспечивая в режиме панорамного анализа при длительности выборок твыд « 0,08 мс производительность g = 2300 МГц/с = 2,3 МГц/мс. При такой производительности на цикл анализа диапазона шириной 5м = 1000 МГц СРК затрачивает 7Цкл = 1000/2,3 = 435 мс, причем на синхронизацию постов системы, сбор и обработку данных в каждой из L = 42 полос анализа уходит примерно Гшаг = 7Цкл/42 = 10,36 мс.

Отметим, что использование выборок малой длительности является не слишком эффективным режимом работы СРК. К примеру, при использовании выборок длительностью твыб = 0,64 мс длина одного шага панорамы составит

24 МГц

Гшаг = 2,3 МГЦ/MC+ (0'64-°'°8)" 11 МС (15)

при

Т — I • Т — 42

1 цкл и 1 шаг ^^

11 « 462 мс,

(16)

а относительная доля времени, когда собираются данные для анализа, составит твыб/7Шаг — 5,8 %. Зависимости вероятности перехвата пакетов сигнала от длительности сеанса, полученные на основе (8) для хаотично расположенных во времени пакетов со средней длительностью тпкт « 0,4 мс, соответствующей сигналу Wi-Fi, /ш — 1, и при достаточном для обнаружения пакета интервале регистрации сигнала rmin ~ 0,1 мс, показаны на рис. 2. В данном случае выполняется условие твыб < Тф и результаты расчета по формулам (11) — (13) практически совпадают с расчетом по соотношениям (8) — (9).

1

0.8 0.6 0.4 0.2 0

^ " " — — — - - -Г)=1/8

- /.' — D=l/16

/ ' V -- -D=l/32

0

10

20

30

40

50

Т ,с

Рис. 2. Вероятность обнаружения флуктуирующих пакетов при твыб < т,

ф

Рассмотрим теперь случай использования более продолжительных выборок длительностью твыб = 10,24 мс. Отметим, что длительность цикла анализа составит при этом

24 МГц

+ (10,24-0,08)

Т — 42

цкл

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

865 мс,

(17)

[2,3 МГц/мс

а доля времени на сбор информации достигнет твы6/7Шаг = 10,24/20,6 « 50%.

В данном случае выполняется условие твы6 > Тф и погрешность расчета по формулам (8) — (9) возрастает при увеличении коэффициента заполнения. Для расчета вероятности обнаружения сигналов СРК АРК-Д15Р в таком режиме следует использовать соотношения (11) — (13). Соответствующие зависимости приведены на рис. 3 тонкими линиями. Можно заметить, что в точках перегиба тонкие линии касаются экспоненциальных кривых, соответствующих расчету методом оконных функций.

1

0.8 0.6 0.4 0.2 0

-D= =1/8 =1/16

---D=

II f / *II J./ J ill У - --D= =1/32

w

*

0

1

8

9 Т ,с

Рис. 3. Вероятность обнаружения флуктуирующих пакетов при твыб > т,

ф

Сравнение зависимостей, представленных на рисунках 2 и 3, показывает, что использование протяженных выборок позволяет примерно в 6 раз сократить время, необходимое для обнаружения флуктуирующих пакетов, в то время как согласно (16) и (17) общий темп контроля радиообстановки замедляется при этом менее чем в 2 раза.

Исследование вероятности успешного перехвата пакетных сигналов с регулярной временной структурой на основе эфирных сигналов GSM. Для экспериментальной оценки вероятности перехвата пакетных радиосигналов были использованы сигналы мобильных станций (МС) стандарта GSM, отличающиеся значительной вариативностью параметров потока пакетов (особенно в восходящих каналах). Последующие результаты получены на основе обработки записей эфирных сигналов МС GSM, работающих в сетях двух разных операторов, в различных режимах их работы: голосового соединения, вызова абонента, запроса USSD, приёма SMS. Общая продолжительность записей составила 356 с, а их анализ средствами специального программного обеспечения показал, что они содержат более 170 тысяч пакетов данных, разделенных временными интервалами разной длины тинт. Учтем, что стандарт GSM предполагает деление оси времени на TDMA фреймы длительностью тф_GSм = 4,615 мс по 8 слотов в каждом [8]; как следствие, длительности пакетов в стандарте GSM составляют Тпкт = 577 мкс, а длительности интервалов между пакетами тинт будут далее для наглядности приведены в TDMA фреймах.

На рис. 4 приведена гистограмма, отражающая в процентах от общей длительности записей доли времени, приходящиеся на интервалы соответствующей длины. Максимумы гистограммы показывают, что в восходящем канале GSM наиболее вероятны интервалы между пакетами длительностью в 1-2 фрейма. В то же время наблюдается значимое количество интервалов длительностью до 70 фреймов, влияние которых на вероятность и среднее время до обнаружения существенно и должно учитываться в расчетах.

Соответствующая рис. 4 выборочная функция распределения вероятностей (ФРВ) длительности интервалов между пакетами тинт представлена на рис. 5. Вертикальной пунктирной линией на этом рисунке показана максимальная длительность выборки твыд_д15_тах для АРК-Д15Р в панорамном режиме работы. Если при взятии выборки данных интервал между пакетами тинт оказывается меньше, чем длительность выборки, то с близкой к единице вероятностью хотя бы один из пакетов данных будет перехвачен. Таким образом, для системы АРК-Д15Р вероятность обнаружения сигнала МС GSM за один цикл панорамы достигает примерно 35%, а среднее время между обнаружениями To для записей сигнала МС GSM при твы6 = твы6_д15_тах составляет около трех циклов панорамы Г0 = 3 • 7Цкл.

20

и о 15

§

м

Рн 5> С_1 10

Ё

К

§ 5

о

п

L.

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 г , фреймов

ИНТ

0 5

Рис. 4. Доля времени наблюдения различных интервалов между пакетами

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 г , фреймов

ИНТ

Рис. 5. ФРВ длительности интервалов между пакетами в восходящем канале GSM

Полученная на основе анализа всей совокупности эфирных записей экспериментальная зависимость вероятности обнаружения пакетных сигналов от длительности их пребывания в эфире при твы6 = твы6_д15_тах и В^иц = 1000 МГц показана на рис. 6 «точечной» диаграммой. Для сравнения на том же рисунке показаны результаты аналитических расчетов вероятности согласно (8) при разных способах оценивания Т0. Пунктирная диаграмма, полученная при подстановке Т0 = 3 • 7Цкл, достаточно точно соответствует экспериментальной кривой, хотя и отклоняется от неё в сторону более «осторожных» оценок. Сплошная же линия, полученная при расчете Т0 из соотношений (6) — (7) для среднего коэффициента заполнения DGSM = 1/28 без учета фактического распределения интервалов между пакетами, из-за существенно отличающегося от периодического характера распределения пакетов даёт избыточно оптимистическую оценку вероятности обнаружения.

1

0.8 0.6 0.4 0.2 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Т , с

с

Рис. 6. Экспериментальная оценка вероятности обнаружения

Как видно, вариативность параметров потока пакетов системы связи GSM приводит к снижению вероятности обнаружения. Тем не менее уточненная по экспериментальным данным оценка на рис. 6 подтверждает, что АРК-Д15Р способна надежно обнаружить мобильный телефон при длительности сеанса связи от 10 секунд, то есть при всех типичных режимах работы сети связи [6].

Приведенные выше результаты имитационного моделирования получены для всех имеющихся записей при фиксированном темпе сбора данных в панорамном режиме работы СРК. Анализ же разных режимов работы МС GSM, а также исследование зависимости вероятности обнаружения от продолжительности выборок данных позволяет заметить ряд специфических эффектов, сопровождающих поиск пакетных радиосигналов.

Пример потока данных для МС GSM в режиме разговора показан на рис. 7 диаграммой «а» черного цвета; с учетом высокого коэффициента заполнения Dcura «1/8 диаграмма отображена с увеличенным в 10 раз масштабом по времени. Более светлая диаграмма «Ь» демонстрирует заложенную в систему GSM для борьбы с частотно-селективными замираниями

возможность переключения выделенного МС физического канала между несколькими частотными каналами. Этот пример соответствует режиму вызова абонента, когда фактическая скорость потока данных оказывается ниже максимальной пропускной способности канала и потому заметная часть слотов, выделенных для передачи данных, остается незанятой. Средний коэффициент заполнения за время регистрации выборки составил £сиг_ь ~ 1/14.

Гистограммы интервалов между пакетами по всем частотам для сигналов «а» и «Ь» приведены на рис. 8; как видно, представленные сигналы имеют выраженный период в один ТОМА фрейм при эпизодическом появлении интервалов длиной до 26 фреймов.

__ 1762.8 С 1762.2

g 1760.8

о

н и

HIIIIIIIIIIIIIIIIMM IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIII} а ■ I I I III I nil I I IIHMnilBHIMNIMII ■^■ШШ^НВ I II I I ■■■■■«■■«I III I ■ II ■■ I III I I ~

1758.6

III

Ul!!i

I ll III 41 III

Jli

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 T , с

с

Рис. 7. Спектрально-временные диаграммы сигналов МС GSM

16 18 20 22 т , фреймов

ИНТ

Рис. 8. Распределение интервалов между пакетами для сигналов, представленных на рис. 7

Результаты имитационного моделирования вероятности обнаружения сигналов, представленных на рис. 7, для случая твыд = 10,24 мс и полосы анализа = 1000 МГц показаны на рис. 9 темной и светлой «точечными» диаграммами. Соответствующие им расчетные кривые обнаружения сигналов для метода оконных функций показаны там же сплошными линиями, а рассчитанные по формулам (11) — (13) — пунктирными зависимостями. В случае «а» расчет согласно (11) — (13) даёт близкую к результатам моделирования оценку вероятности, а расчеты по методу оконных функций при Гс < 7Цкл оказываются излишне оптимистичными. В режиме же вызова абонента (случай «б») обработка эфирных записей даёт вероятности существенно меньше расчетных в связи с локальным снижением коэффициента заполнения на 1-й и 2-й секундах от начала записи.

1

0.8 0.6 0.4 0.2 0

О 0.5 1 1.5 2 2.5 Т , с

с

Рис. 9. Оценки вероятности обнаружения для сигналов, представленных на рис. 7

На рис. 10 представлены результаты исследования зависимости от длительности твыб используемых в СРК выборок среднего времени обнаружения Гобн с вероятностью 95% сигналов непрерывных (сплошная линия) и пакетных («точечные» диаграммы). В первом случае график с увеличением длительности выборок, а значит, и цикла панорамы линейно возрастает, что указывает на предпочтительное применение при поиске непрерывных сигналов коротких выборок. Полученные с помощью имитационного моделирования диаграммы показывают, что при твыб < Тф_С5М наблюдаются «строб-эффекты», состоящие в пропуске пакетных сигналов даже при их длительном пребывании в эфире. Влияние «строб-эффекта» на время обнаружения значительно снижается при использовании выборок с длительностями, превышающими размер ТОМА фрейма, но излишнее увеличение длины выборок также сопровождается ростом среднего времени обнаружения.

10 9 8 7

1 6 к С

ю 3 о л Н 4

3

2

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Твыб'МС Рис. 10. Зависимость времени обнаружения от длительности выборки

Итак, при наличии априорной информации о свойствах подлежащего обнаружению пакетного сигнала длительности выборок следует выбирать в диапазоне от 1 до 2 значений наиболее вероятного интервала между пакетами, а при отсутствии априорной информации можно минимизировать вероятность пропуска, увеличив длительность выборки до десятков миллисекунд. Это несколько увеличивает время цикла панорамы, но значительно снижает вероятность появления негативных «строб-эффектов» при поиске сигналов, выходящих в эфир с неизвестной периодичностью.

■VI 1 I 1 1 1

1 1 1 I 1 1 1

1 1 | 9 5 ! 1 1

!Г, 1 II \\ -А а 1 1 1

1 к- - Т к-

да 1 ф. 1 1 ф. 1

- \ 11 и

ч \ 1 1

| 11 1 1 1 11 1 1 1

Выводы. Полученные в работе аналитические соотношения для вероятности обнаружения пакетных сигналов за заданный интервал времени P(t0ÖH < Гс) дают оценку эффективности систем радиоконтроля при поиске таких сигналов в режиме панорамного анализа. Эти соотношения, а также данные имитационного моделирования, базирующегося на записях эфирных сигналов мобильных телефонов, работающих в различных режимах в сетях разных операторов GSM, подтверждают возможность эффективного обнаружения с помощью СРК АРК-Д15Р сигналов современных систем связи и передачи данных.

Произведенный анализ позволяет также оптимизировать процедуру обнаружения в панорамном режиме как для сигналов известных систем связи, так и для пакетных радиосигналов с неизвестными параметрами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Рембовский А. М., Ашихмин А. В., Козьмин В. А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства / под ред. А.М. Рембовского. — 4-е изд., перераб. и доп. — М : Горячая линия — Телеком, 2015. — 640 с.

2. Рембовский А. М., Ашихмин А. В., Козьмин В. А. Автоматизированные системы радиоконтроля и их компоненты / под ред. А. М. Рембовского. — М. : Горячая линия — Телеком, 2017. — 424 с.

3. Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond. Recommendation ITU-R M.2083-0. — Geneva, 2015. — URL: https://www.itu.int/rec/ R-REC-M.2083 (дата обращения: 20.09.2019).

4. Self A. G., Smith B. G. Intercept Time and Its Prediction // IEE Proceedings. — 1985.

— Vol. 132. — Pt. F. — No. 4.

5. Future technology trends of terrestrial IMT systems. Report ITU-R M.2320-0. — Geneva, 2015. — URL: https://www.itu.int/pub/R-REP-M.2320 (дата обращения: 20.09.2019).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6. Future spectrum requirements estimate for terrestrial IMT. Report ITU-R M.2290-0.

— Geneva, 2014. — URL: https://www.itu.int/pub/R-REP-M.2290 (дата обращения: 20.09.2019).

7. АРК-Д15Р — моноимпульсная система дистанционного радиоконтроля в помещениях. — URL: http://ircos.ru/ru/asrp_d15r.html (дата обращения: 20.09.2019).

8. GSM/EDGE Physical layer on the radio path; General description, 2018. — URL: https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx7specifica-tionId=2705 (дата обращения: 20.09.2019).

REFERENCES

1. Rembovskiy A. M., Ashihmin A. V., Kozmin V. A. Radiomonitoring: zadachi, meto-dyi, sredstva / pod red. A.M. Rembovskogo. — 4-e izd., pererab. i dop. — M : Goryachaya liniya — Telekom, 2015. — 640 s.

2. Rembovskiy A. M., Ashihmin A. V., Kozmin V. A. Avtomatizirovannyie sistemyi radiokontrolya i ih komponentyi / pod red. A. M. Rembovskogo. — M. : Goryachaya liniya — Telekom, 2017. — 424 s.

3. Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond. Recommendation ITU-R M.2083-0. — Geneva, 2015. — URL: https://www.itu.int/rec/ R-REC-M.2083 (data obrascheniya: 20.09.2019).

4. Self A. G., Smith B. G. Intercept Time and Its Prediction // IEE Proceedings. — 1985.

— Vol. 132. — Pt. F. — No. 4.

5. Future technology trends of terrestrial IMT systems. Report ITU-R M.2320-0. — Geneva, 2015. — URL: https://www.itu.int/pub/R-REP-M.2320 (data obrascheniya: 20.09.2019).

6. Future spectrum requirements estimate for terrestrial IMT. Report ITU-R M.2290-0.

— Geneva, 2014. — URL: https://www.itu.int/pub/R-REP-M.2290 (data obrascheniya: 20.09.2019).

7. ARK-D15R — monoimpulsnaya sistema distantsionnogo radiokontrolya v pomescheniyah. — URL: http://ircos.ru/ru/asrp_d15r.html (data obrascheniya: 20.09.2019).

8. GSM/EDGE Physical layer on the radio path; General description, 2018. — URL: https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx7specifica-tionId=2705 (data obrascheniya: 20.09.2019).

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

Поляков Александр Владимирович. Начальник сектора ЦОС. АО «ИРКОС».

E-mail: [email protected]

Россия, 129626, Москва, Звездный бульвар, 21. Тел. (495) 615-73-02.

Студеникин Алексей Геннадьевич. Магистрант. Воронежский государственный технический университет. E-mail: [email protected]

Россия, 394066, Воронеж, Московский проспект, 179/3. Тел. (473) 243-76-65.

Токарев Антон Борисович. Профессор кафедры радиотехники. Доктор технических наук, доцент. Воронежский государственный технический университет. E-mail: [email protected]

Россия, 394066, Воронеж, Московский проспект, 179/3. Тел. (473) 243-76-65.

Polyakov Aleksandr Vladimirovich. Head of the DSP sector. «IRCOS» JSC.

E-mail: [email protected]

Work address: Russia, 129626, Moscow, Zviezdny Bulvar, 21. Tel. (495) 615-73-02.

Studenikin Aleksey Gennad'evich. Master's student. Voronezh State Technical University. E-mail: [email protected]

Work address: Russia, 394066, Voronezh, Moscowsky Prospect, 179/3. Tel. (473) 243-76-65.

Tokarev Anton Borisovich. Head of the Research sector, professor of the chair of Radio technical. Voronezh State Technical university. E-mail: [email protected]

Work address: Russia, 394066, Voronezh, Moscowsky Prospect, 179/3. Tel. (473) 243-76-65.

Ключевые слова: радиоконтроль; панорамный анализ спектра; пакетные радиосигналы; вероятность обнаружения; обнаружение мобильных станций GSM.

Key words: radio monitoring; panoramic spectrum analysis; packet radio signals; detection probability; GSM mobile station detection.

УДК 621.391

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.