Диссертация (Метод оценки помехоустойчивости средств широкополосного радиодоступа к воздействию сверхкоротких электромагнитных импульсов)

Открытое акционерное общество«Московский ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский радиотехнический институт»На правах рукописиПименов Павел НиколаевичМЕТОД ОЦЕНКИ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СРЕДСТВШИРОКОПОЛОСНОГО РАДИОДОСТУПА КВОЗДЕЙСТВИЮ СВЕРХКОРОТКИХЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВСпециальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникацийДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:кандидат технических наукЮ.В. НевзоровМосква 2015 СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................... 4 ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯСРЕДСТВ ШРД В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯПРЕДНАМЕРЕННЫХ ИМПУЛЬСНЫХЭЛЕКТОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ ......................................................

12 1.1Построениетелекоммуникационныхсистемсиспользованием широкополосных беспроводных технологий ............ 12 1.2 Сравнительный анализ уязвимостей различных системрадиосвязи при воздействии СКИ ЭМИ ................................................. 18 1.3 Обзор технических средств электромагнитного воздействия ........ 26 1.4 Анализ способов воздействия ............................................................ 34 Выводы по главе 1.................................................................................... 40 ГЛАВА 2 МЕТОД ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ СКИ ЭМИ НАШИРОКОПОЛОСНЫЕ СРЕДСТВА БЕСПРОВОДНОЙПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ..................................................................................

42 2.1 Методы модуляции применяемые в распространенныхсредствах ШРД. ......................................................................................... 42 2.2 Анализ механизма воздействия СКИ ЭМИ на средстваШРД ............................................................................................................ 48 2.3 Разработка критерия эффективности воздействия СКИЭМИ на средства ШРД .............................................................................

52 2.4 Анализ помехоустойчивости распространенных видовмодуляции к воздействию СКИ ЭМИ..................................................... 54 2.5 Определение критериальных параметров СКИ ЭМИ,влияющих на эффективность воздействия ............................................. 55 2.6 Разработка метода оценки степени влияния СКИ ЭМИ насредства ШРД ............................................................................................ 58 Выводы по главе 2..................................................................................... 68  2 ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ЭФФЕКТИВНОГОВОЗДЕЙСТВИЯ СКИ ЭМИ НА СРЕДСТВО ШРД.................................. 70 3.1 Выбор и обоснование объекта исследования ...................................

70 3.2 Характеристики комплекса воздействия СКИ ЭМИ насредство ШРД ............................................................................................ 77 3.3 Анализ влияния СКИ ЭМИ при различной символьнойскорости модуляции полезного сигнала ................................................. 82 3.4 Метод, обеспечивающий эффективное воздействие СКИЭМИ на средства ШРД на основе выбора параметровпоследовательности импульсов. ..............................................................

86 3.5 Алгоритм формирования последовательности импульсовСКИ ЭМИ, обеспечивающей эффективное воздействие ...................... 89 3.6 Оценка эффективности воздействия СКИ ЭМИ на средствоШРД ............................................................................................................

94 Выводы по главе 3..................................................................................... 94 ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ СКИ ЭМИ НАСРЕДСТВО ШРД........................................................................................... 96 4.1 Разработка методики проведения экспериментальныхисследований. ............................................................................................

96 4.2 Результаты экспериментальных исследований влиянияСКИ ЭМИ на средство ШРД ................................................................. 106 4.3 Расчетная оценка степени влияния при параметрахэкспериментальныхисследованийисопоставлениеэкспериментальных и расчетных результатов ..................................... 108 4.4 Разработка рекомендаций для эффективного воздействия .......... 115 Выводы по главе 4................................................................................... 116 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................. 117 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................ 122  3 ВВЕДЕНИЕАктуальность работыСовременная тенденция увеличения объемов передаваемойинформации, а так же повышение ее защищенности требует высокогоуплотнения в каналах передачи различных сред, будь то оптические,проводные и эфирные.

Рост сегмента рынка беспроводного доступа кглобальной сети интернет дал большой импульс для развитиятехнологиибеспроводнойширокополоснойпередачиданных,сформировавший ветвь стандартов связи IEEE 802.11, с высокойплотностью каналов и высокими скоростями передачи информации. Сприменением этих стандартов строится большой спектр средствбеспроводнойпередачиданныхотсредствбеспроводногорадиодоступа к сети до средств ретрансляции сигнала, которыеиспользуются для формирования сетей беспроводной передачиданных различного масштаба от персональной до городской.Сложно переоценить объем присутствия средств беспроводногоширокополосного радиодоступа (ШРД) на сегодняшний день, это исредстваорганизациителекоммуникационных«последнихканаловмиль»связи,припостроениисредстваорганизацииэлементов систем «умный дом», средства построения офисныхбеспроводных систем связи с доступом к корпоративной и глобальнойсети передачи данных, и конечно же средства мобильной связи.Высокая доля использования таких средств, а также огромныеобъемыпередаваемойинформациитребуютустойчивогофункционирования беспроводных сетей передачи данных в условияхвоздействия различных деструктивных факторов [8, 16, 18, 21, 41, 42,65-69], одним из которых отдельно выделяется фактор воздействиясверхкороткоимпульсных электромагнитных излучений (СКИ ЭМИ),ввидуотносительнойновизныивозможностейвысокойэффективности воздействия. 4 Технология создания генераторов СКИ ЭМИ не стоит на месте ис каждым годом такие устройства приобретают новые качественныехарактеристики при уменьшении их габаритов.

Следует отметить, чтоприменение таких устройств не ограничено использованием вкачествемощногодостаточноширокоэлектромагнитногоиспользуетсяввоздействия,средствахатакжерадиолокации,средствах сверхширокополосной радиосвязи, и пр.Особое внимание к СКИ ЭМИ и его влиянию на средства ШРДобусловлено спецификой СКИ ЭМИ занимать достаточно широкийспектр, перекрывающий большую часть диапазонов, выделенных длясредств ШРД, потенциальной соизмеримостью частот следованияимпульсов СКИ ЭМИ с частотами смены состояний модулированногосигнала, а также дискретной природой воздействующего импульса,что обуславливает высокую восприимчивость цифровых систем. Привысоких энергетических характеристиках СКИ ЭМИ его влияниевозможно не только на антенно- фидерную систему (АФС) устройств,но также и аппаратную часть ввиду формирования наводок в цепяхобработки информации.

Современные разработкигенераторов СКИЭМИ позволяют достигать высокой частоты повторения импульсов свозможностью формирования более сложных последовательностей[55].Следует отметить что, развитие современных средств ШРД идетпо пути использования современных методов цифровых модуляций срасширением полосы частот при высокой плотностью передаваемойинформации [19]. Это ведет и к росту скорости смены состояниймодулированного сигнала. Сигналы, модулированные с расширениемспектра,какправило,имеютболеенизкиеамплитудныехарактеристики, чем узкополосные сигналы. Все это приводит к тому,что длительности импульсов СКИ ЭМИ, а также частота ихследования могут быть близки к длительностям символов и ихскорости в модулированном сигнале и, как следствие, будут 5 увеличиватьвероятностьискаженияпринимаемойинформациисредствами ШРД.Этоподтверждаютирезультатыэкспериментальныхисследований [1, 7, 13, 14, 40, 59], которые показали, что источникиСКИЭМИприсравнительнонебольшихнапряженностяхэлектромагнитного поля способны оказывать воздействия на средстваШРД,приводящиекнарушениюцелостностипередаваемойинформации вплоть до полной ее потери.