The object of research, development or design (in Russian) : Модулированные шумовые сигналы систем MIMO

The object of research, development or design (in Kazakh) : MIMO жүйелерінің модуляцияланған шуыл сигналдары

Aim of work (in Russian) : Целью настоящего проекта является разработка и создание на основе собственных научных результатов алгоритмов определения типов модуляций шумовых сигналов систем MIMO (с многими входами и выходами). Сопоставление результатов теории с известными и собственными экспериментальными фактами.

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның негізгі мақсаты жасалған ғылыми зерттеулер мен нәтижелер негізінде MIMO жүйелерінің (көптеген кірістері мен шығыстары бар) шуылды сигналдың модуляция түрлерін анықтау, ажырату алгоритмдерін әзірлеу болып табылады. Теорияның нәтижелерін белгілі және авторлық эксперименттік фактілермен салыстыру.

Методы исследования (на русском) : Условная информация в отличии от известной в литературе взаимной информации более помехоустойчива за счет введения условия для определения информации. В качестве условия были приняты характерные модели амплитудной, частотной и фазовой модуляций из принятого сигнала с шумом, тем самым учитывается влияние шума. В начальном этапе реализации настоящего проекта были проведены численные эксперименты по моделированию системы MIMO с различными видами радиомодулированных сигналов. Были рассмотрены модельные сигналы такие как MPSK, QAM, MFSK для MIMO систем. Анализ распознавания типа модуляции был проведён с использованием условной информации, определяемой в виде разности энтропий ансамбля и сигнала с условием. Для увеличения эффективности излучения и приема использовались MIMO антенны с излучающими и принимающими элементами фрактальной формы. Были созданы передающий и приемный блоки с использованием сверхвысокочастотного генератора несущих сигналов NI PXI-5652, встроенного модулятора DDS, анализаторов спектра NI PXI, Agilent N9334B, а также векторного анализатора цепей Keysight P937xA и вспомогательных измерительных приборов. В передающей стороне содержится устройство, осуществляющее аналоговую и цифровую модуляцию с помощью встроенного контура DDS, что обеспечивает частотную, фазовую модуляцию и манипуляцию. В принимающей стороне были использованы по частоте соответствующие рупорные, логопериодические антенны, поворотные системы, поляризаторы, аттенюаторы.

Методы исследования (на казахском) : Шартты информация, әдебиетте белгілі өзара информация айырмашылығы, информацияны анықтау шартының енгізілуіне байланысты шуылға төзімді. Шарт ретінде шуылмен қабылданған сигналдан амплитудалық, жиілік және фазалық модуляциялардың сипаттамалық үлгілері алынды, осылайша шуылдың әсерін ескереді. Бұл жобаны іске асырудың бастапқы кезеңінде әртүрлі типтегі радиомодуляцияланған сигналдармен MIMO жүйесін имитациялау үшін сандық эксперименттер жүргізілді. MIMO жүйелері үшін MPSK, QAM, MFSK сияқты модельдік сигналдар қарастырылды. Модуляция түрін тану талдауы ансамбльдің энтропиялары мен шартты сигнал арасындағы айырмашылық ретінде анықталған шартты информацияны пайдалана отырып жүргізілді. Тасымалдау мен қабылдаудың тиімділігін арттыру үшін фракталдық пішінді шығаратын және қабылдайтын элементтері бар MIMO антенналары пайдаланылды. Таратқыш және қабылдағыш блоктары NI PXI-5652 микротолқынды тасымалдаушы сигнал генераторы, кіріктірілген DDS модуляторы, NI PXI спектр анализаторлары, Agilent N9334B және Keysight P937xA векторлық желі анализаторы және қосалқы аспаптар арқылы құрастырылды. Таратқыш жағында жиілікті, фазалық модуляцияны және кілттеуді қамтамасыз ететін кірістірілген DDS тізбегі арқылы аналогтық және цифрлық модуляцияны орындайтын құрылғы бар. Қабылдау жағында жиілікте сәйкес мүйіз, лог-периодтық антенналар, айналмалы жүйелер, поляризаторлар және аттенюаторлар пайдаланылды.

Obtained results and novelty (in Russian) : Во время выполнения проекта были получены модельные сигналы типа MPSK, MFSK, MASK, MQAM для MIMO систем. Был создан набор данных, состоящий из 10000 выборок для каждого типа модуляции с различными уровнями SNR для дальнейшего распознавания разных типов модуляции в среде Python. Разработан алгоритм распознавания модулирующего сигнала на основе нового метода – использования условной информации I(Y|X) в виде разности энтропий ансамбля H(X,Y) и условной энтропии H(X|Y), Путем определения условной информации I(Y|X) для каждого типа модуляции при различных уровнях шума был сделан вывод о наличии различной модуляции в шумовой смеси сигналов. Были созданы приемо-передающие блоки на базе контрольно-измерительных модулей. В передающей части для формирования разного вида модулированных сигналов использовались генераторы несущих колебаний, I/Q диаграммы и векторный модулятор. В приемной части для детектирования модулированных сигналов были использованы демодулятор (понижающий преобразователь), АЦП модуль промежуточной частоты и генератор. Были изготовлены проволочные диполь антенны с фрактальными формами. Антенны были соединены к модулям с помощью коаксиальных кабелей и SMA разъемов, соответствующие по частотным характеристикам и волновым сопротивлениям.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Жобаны жүзеге асыру барысында MIMO жүйелеріне арналған MPSK, MFSK, MASK, MQAM сияқты модельдік сигналдар алынды. Python ортасында әртүрлі модуляция түрлерін одан әрі тану үшін әртүрлі SNR деңгейлері бар әрбір модуляция түріне арналған 10 000 үлгіден тұратын деректер жинағы жасалды. Жаңа әдіс негізінде - H(X,Y) ансамблінің энтропиясы мен шартты энтропия Н арасындағы айырмашылық I(Y|X) шартты информацияны пайдалану негізінде модуляциялық сигналды тану алгоритмі жасалды. (X|Y), Әр түрлі шуыл деңгейлеріндегі модуляцияның әрбір түрі үшін I(Y|X) шартты информацияны анықтау арқылы сигналдардың шуыл қоспасында әртүрлі модуляция бар деген қорытындыға келді. Бақылау-өлшеу модульдері негізінде қабылдау және жіберу бөлімшелері құрылды. Таратушы бөлігінде модуляцияланған сигналдардың әртүрлі түрлерін генерациялау үшін тасымалдаушы тербеліс генераторлары, I/Q диаграммалары және векторлық модулятор пайдаланылды. Қабылдау бөлігінде модуляцияланған сигналдарды анықтау үшін демодулятор (төмен түрлендіргіш), аралық жиілікті ADC модулі және генератор пайдаланылды. Фракталды пішінді сымды дипольді антенналар жасалды. Антенналар модульдерге жиілік сипаттамалары мен толқындық кедергіге сәйкес келетін коаксиалды кабельдер мен SMA қосқыштары арқылы қосылды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Сложная беспроводная связь на основе MIMO с применением алгоритма условной информации для распознавания типов цифровой модуляции, разработанная нами, имеет лучшую конструктивную особенность. Схожие, но с меньшей эффективностью MIMO системы уже широко используются развитыми странами. В отличие от них вместо критерия выбора или нейронной сети в нашей системе MIMO используется условная информация в виде разности энтропии, что приводит наилучшей помехоустойчивости и распознавания типов модуляции для повышения точности анализа, пропускной способности и эффективности телекоммуникационных систем. Продукт является экологичным, так как не имеет никаких вредных выбросов. Способствует технико-экономическому прогрессу в области беспроводной связи и телекоммуникации.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Біз әзірлеген цифрлық модуляция түрлерін тану үшін шартты информациялық алгоритмді пайдаланатын MIMO негізіндегі күрделі сымсыз байланыс жақсырақ дизайн мүмкіндігіне ие. Осыған ұқсас, бірақ тиімділігі төмен MIMO жүйелері қазірдің өзінде дамыған елдерде кеңінен қолданылады. Керісінше, іріктеу критерийінің немесе нейрондық желінің орнына біздің MIMO жүйесі энтропия айырмашылығы түріндегі шартты информацияны пайдаланады, бұл телекоммуникациялық жүйелердің жылдамдығын, өткізу қабілетін және тиімділігін арттыру үшін ең жақсы шуылға төзімділігін және модуляция түрін тануға әкеледі. Өнім экологиялық таза, өйткені оның зиянды шығарындылары жоқ. Сымсыз байланыс және телекоммуникация саласындағы техникалық-экономикалық прогреске жәрдемдеседі.

Level of implementation (in Russian) :

Level of implementation (in Kazakh) :

Efficiency (in Russian) :

Efficiency (in Kazakh) :

Field of application (in Russian) : Беспроводные системы связи организаций

Field of application (in Kazakh) : Сымсыз байланыс жүйелерінің мекемелерге қолданылуы