radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2018-21-5-5-12radioelectronics-254Research ArticleРАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ, ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВRADIO ELECTRONIC FACILITIES FOR SIGNAL TRANSMISSION, RECEPTION AND PROCESSINGПЕРЕДАЧА ДВОИЧНЫХ ДАННЫХ НА ХАОТИЧЕСКИ СФОРМИРОВАННЫХ НЕСУЩИХ ЧАСТОТАХBINARY DATA TRANSMISSION ON CHAOTICALLY FORMED CARRIER FREQUENCIESГребеневМ. С.GrebenevMaksim S.

Гребенев Максим Сергеевич – бакалавр по направлению "Электроника и наноэлектроника" (2018), магистрант 1-го курса Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Сфера научных интересов – динамический хаос, методы передачи информационных сигналов.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376

Maksim S. Grebenev – Bachelor’s Degree in Electronics and Nanoelectronics (2018), Master’s Degree Student of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". Area of expertise: dynamic chaos, information signaling methods.

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg, Russia

magrebenev@yandex.ruКондрашовА. В.KondrashovAlexander V.

Кондрашов Александр Викторович – кандидат физико-математических наук (2012), доцент кафедры физической электроники и технологии Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор 26 научных работ. Сфера научных интересов – нелинейная волновая динамика и хаос; cолитоны; радиофотоника.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376

Alexander V. Kondrashov – Ph.D. in Physics and Mathematics (2012), Associate Professor of the Department of Physical Electronics and Technologies of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of 26 scientific publications. Area of expertise: nonlinear wave dynamics and chaos; solitons; radiophotonics.

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg, Russia

avkondrashov@etu.ruПерепеловскийВ. В.PerepelovskyVadim V.

Перепеловский Вадим Всеволодович – кандидат физико-математических наук (1992), доцент (1995) кафедры физической электроники и технологии Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 30 научных работ. Сфера научных интересов – хаос; моделирование приборов твердотельной электроники.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376

Vadim V. Perepelovsky – Ph.D. in Physics and Mathematics (1992), Associate Professor (1995) of the Department of Physical Electronics and Technologies of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of more than 30 scientific publications. Area of expertise: chaos; simulation of solid-state electronics devices.

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg, Russia

vvp@1024.ruСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)РоссияSaint Petersburg Electrotechnical University "LETI"Russian Federation20182810201805512Copyright © Гребенев М.С., Кондрашов А.В., Перепеловский В.В., 20182018Гребенев М.С., Кондрашов А.В., Перепеловский В.В.Grebenev M.S., Kondrashov A.V., Perepelovsky V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/254

Впервые предложен и экспериментально исследован метод передачи и приема двоичных данных, использующий динамический хаос в качестве источника множества несущих частот. На стороне сервера формируется информационный сигнал в форме сетки частот с хаотически меняющимися частотами спектра, амплитуды которых соответствуют передаваемому информационному сообщению. На стороне клиента происходит восстановление передаваемой информации по хаотически выбранным спектральным окнам. Синхронизация генераторов динамического хаоса сервера и клиента происходит средствами TCP/IP-протокола. Предлагаемый метод обеспечивает передачу информационного сообщения по каналу связи совместно с фоновым сигналом, мощность которого в значительной степени превышает мощность информационного. Такое соотношение мощностей позволяет реализовать скрытную передачу информационного сообщения в двоичной форме. В качестве фонового сигнала может быть использован другой информационный сигнал, в частности, голосовое сообщение. Добавление маломощного сигнала в форме хаотически сформированной сетки частот не приводит к значительным изменениям фонового сигнала ни в спектральной, ни во временных областях. Таким образом, предлагаемый способ позволит реализовать вторичное использование канала связи. Исследовано влияние на соотношение сигнал-шум порядка фильтра, реализующего спектральные окна в приемнике, и ширины спектрального окна. Показана возможность снижения соотношения сигнал-шум при увеличении порядка фильтра и ширины спектрального окна.

In this paper, the method of binary data transmission and receiving is first suggested and experimentally investigated. The method uses dynamical chaos as a source of multiple carrier frequencies. On the server side, the transmitter configures informational signal in the form of frequency grid with chaotically varying frequencies of the spectrum with their amplitudes corresponding to transmitted information message. On the client side, the transmitted information is re-stored using chaotically selected spectral windows. Synchronization of the server and client dynamic chaos generators is achieved by means of TCP/IP protocol. Suggested method is based on combined transmission of information message via transmission channel and background signal. Power of background signal significantly exceeds power of informational one. The method allows using different informational signal as a background signal, such as voice message. The addition of low power chaotically formed frequency grid signal does not lead to significant background signal formation either in spectral or in time domain. Thus, the described method allows repeated application of the transmission channel. The effect of signal-to noise ratio of the order of the filter implementing the spectral windows in the receiver and the width of the spectral window is investigated. Signal-to-noise ratio can be reduced with increasing filter order and spectral window width.

динамический хаоссистема уравнений Лоренцаметоды передачи информационных сигналовLabViewdynamical chaosLorenz equations systemdata transmission methodsLabViewReferencesДмитриев А. С., Панас А. И. Динамический хаос: новые носители информации для систем связи. М.: Физматлит, 2002. 252 с.Dmitriev A. S., Panas A. I. Dinamicheskii khaos: novye nositeli informatsii dlya sistem svyazi [Dynamic Chaos: Novel Type of Information Carrier for Communication Systems]. M.; Fizmatlit, 2002, 252 p. (In Russian)Chaos-Based Communications at High Bit Rates Using Commercial Fibre-Optic Links / A. Argyris, D. Syvridis, L. Larger, V. Annovazzi-Lodi, P. Colet, I. Fischer, J. Garcia-Ojalvo, C. R. Mirasso, L. Pesquera, K. A. Shore // Nature. 2005. Vol. 438 (7066). P. 343–346.Argyris A., Syvridis D., Larger L., Annovazzi-Lodi V., Colet P., Fischer I., Garcia-Ojalvo J., Mirasso C. R., Pesquera L., Shore K. A. Chaos-Based Communications at High Bit Rates Using Commercial Fibre-Optic Links. Nature. 2005, vol. 438 (7066), pp. 343–346.Chaotic Ultra-Wideband Over Fiber Link Based on Optical Feedback Laser Diode / M. Zhang, J. Zheng, A. Wang, Y. Wang, J. Jiang, T. Liu // Microwave and optical technology letters. 2013. Vol. 55, No 7. P. 1504–1507.Chaotic Ultra-Wideband Over Fiber Link Based on Optical Feedback Laser Diode. Microwave and optical technology letters. 2013, vol. 55, no. 7, pp. 1504–1507.Flores B. C., Solis E. A., Thomas G. Chaotic Signals for Wideband Radar Imaging // Intern. Society for Optics and Photonics. 2002. Vol. 4727. P. 100–111.Flores B. C., Solis E. A., Thomas G. Chaotic Signals for Wideband Radar Imaging. International Society for Optics and Photonics. 2002, vol. 4727, pp. 100–111.Radar Signal Design Using Chaotic Signals / A. Ashtari, G. Thomas, H. Garces, B. C. Flores // Intern. Waveform Diversity and Design Conf., Pisa, Italy, June 4–8, 2007. Piscataway: IEEE, 2007. P. 353–357.Ashtari A., Thomas G., Garces H., Flores B. C. Radar Signal Design Using Chaotic Signals. International Waveform Diversity and Design Conference, Pisa, Italy, June 4–8, 2007. Piscataway, IEEE, 2007, pp. 353–357.Principles of Chaotic Signal Radar / Z. Liu, X. Zhu, W. Hu, F. Jiang // Intern. J. of Bifurcation and Chaos. 2007. Vol. 17. P. 1735–1739.Liu Z., Zhu X., Hu W., Jiang F. Principles of Chaotic Signal Radar. International Journal of Bifurcation and Chaos. 2007, vol. 17, pp. 1735–1739.Lin F. Y., Liu J. M. Chaotic Radar Using Nonlinear Laser Dynamics // IEEE J. Quantum Electron. 2004. Vol. 40, No 6. P. 815–820.Lin F. Y., Liu J. M. Chaotic Radar Using Nonlinear Laser Dynamics. IEEE J. Quantum Electron. 2004, vol. 40, no. 6, pp. 815–820.Implementation of 140 Gb/s True Random Bit Generator Based on a Chaotic Photonic Integrated Circuit / A. Argyris, S. Deligiannidis, E. Pikasis, A. Bogris, D. Syvridis // Optics express. 2010. Vol. 18, iss. 18. P. 18763–18768. Статья поступила в редакцию 27 сентября 2018 г.Argyris A., Deligiannidis S., Pikasis E., Bogris A., Syvridis D. Implementation of 140 Gb/s True Random Bit Generator Based on a Chaotic Photonic Integrated Circuit. Optics express. 2010, vol. 18, iss. 18, pp. 18763–18768. Received September, 27, 2018Akgul A., Li C., Pehlivan I. Amplitude Control Analysis of a Four-Wing Chaotic Attractor, its Electronic Circuit Designs and Microcontroller-Based Random Number Generator // J. Circuit syst comp. 2017. Vol. 26, No 12. Art. 1750190.Akgul A., Li C., Pehlivan I. Amplitude Control Analysis of a Four-Wing Chaotic Attractor, its Electronic Circuit Designs and Microcontroller-Based Random Number Generator. J Circuit syst comp. 2017, vol. 26, no. 12, Art. 1750190.Dmitriev A. S., Efremova E. V. Radio-Frequency Illumination Sources Based on Ultrawideband Microgenerators of Chaotic Oscillations // Tech. Phys. Lett. 2017. Vol. 43, iss. 1. P. 42–45.Dmitriev A. S., Efremova E. V. Radio-Frequency Illumination Sources Based on Ultrawideband Microgenerators of Chaotic Oscillations. Tech. Phys. Lett. 2017, vol. 43, iss. 1, pp. 42–45.Dedieu H., Kennedy M. P., Hasler M. Chaos Shift Keying: Modulation and Demodulation of a Chaotic Carrier Using Self-Synchronizing Chua's Circuits // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing. 1993. Vol. 40, No 10. P. 634–642.Dedieu H., Kennedy M. P., Hasler M. Chaos Shift Keying: Modulation and Demodulation of a Chaotic Carrier Using Self-Synchronizing Chua's Circuits. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing, 1993, vol. 40, no. 10, pp. 634–642.Yang T., Chua L. O. Secure Communication via Chaotic Parameter Modulation // IEEE Trans. Circuits Syst.: I Regular Papers. 1996. Vol. 43, iss. 9. P. 817–819.Yang T., Chua L. O. Secure Communication via Chaotic Parameter Modulation. IEEE Trans. Circuits Syst.: I Regular Papers. 1996, vol. 43, iss. 9, pp. 817–819.Pat. US No 5291555. Communication Using Synchronized Chaotic Systems / K. Cuomo, A. Oppenheim. 1994.Cuomo K., Oppenheim A. Communication Using Synchronized Chaotic Systems. US Patent No 5291555, 1994.Terry J. R., VanWiggeren G. D. Chaotic Communication Using Generalized Synchronization // Chaos, Solitons and Fractals. 2000. Vol. 12. P. 145–152.Terry J. R., VanWiggeren G. D. Chaotic Communication Using Generalized Synchronization. Chaos, Solitons and Fractals. 2000, vol. 12, pp. 145–152.Koronovskii A. A., Moskalenko O. I., Hramov A. E. On the Use of Chaotic Synchronization for Secure Communication // Physics-Uspekhi (Advances in Physical Sciences). 2009. Vol. 52, No 12. P. 1213–1239.Koronovskii A. A., Moskalenko O. I., Hramov A. E. On the Use of Chaotic Synchronization for Secure Communication. Physics-Uspekhi (Advances in Physical Sciences). 2009, vol. 52, no. 12, pp. 1213–1239.Lorenz E. N. Deterministic Nonperiodic Flow // J. of the Atmospheric Sciences. 1963. Vol. 20. P. 130–141.Lorenz E. N. Deterministic Nonperiodic Flow. Journal of the Atmospheric Sciences. 1963, vol. 20, pp. 130–141.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.