Представляем недавно опубликованное исследование влияния шумоподобной широкополосной помехи на устойчивость связи протокола LoRa. Исследование проводилось группой специалистов Воронежского университета.
Наши комментарии .
1. Шумововая помеха сформирована по нормальному закону распределения случайных величин, что подтверждается колоколообразной формой спектра помехи. Но в данном случае закон распределения не имеет значения.
2. К сожалению, не исследовалось влияние шумовой помехи с узкой шириной спектра, например, 100 кГц, которая совпадала бы с частотой рабочего канала.
3. Исследование ещё раз подтверждает низкую эффективность помехи в виде шума. Это связано с тем, что использование ЛЧМ-модуляции импульсов в LoRa делает сам сигнал LoRa шумоподбным и позволяет реализовать высокоэффективный оптимальный приемник на приемной стороне за счёт корреляционного обнаружения. В LoRa высокая помехозащищенность системы реализована на физическом уровне. Помехоустойчивость же значимо не отличается от других протоколов.
Наши комментарии .
1. Шумововая помеха сформирована по нормальному закону распределения случайных величин, что подтверждается колоколообразной формой спектра помехи. Но в данном случае закон распределения не имеет значения.
2. К сожалению, не исследовалось влияние шумовой помехи с узкой шириной спектра, например, 100 кГц, которая совпадала бы с частотой рабочего канала.
3. Исследование ещё раз подтверждает низкую эффективность помехи в виде шума. Это связано с тем, что использование ЛЧМ-модуляции импульсов в LoRa делает сам сигнал LoRa шумоподбным и позволяет реализовать высокоэффективный оптимальный приемник на приемной стороне за счёт корреляционного обнаружения. В LoRa высокая помехозащищенность системы реализована на физическом уровне. Помехоустойчивость же значимо не отличается от других протоколов.
👍1
Media is too big
VIEW IN TELEGRAM
ELRS GemX против 900
Новое видео от шведского энтузиаста технологии ELRS Johan Lindell.
Этот тест выполнен точно так же, как и его 2.4 против 900, но "стандартный 2.4" заменен на GemX Dualband: передатчик DIY T20 с GEPRC Dualbands RX как TX, 2x10mW, 100 гц , самодельные 868 T-антенна и 2.4 Moxon антенна.
Модуль GEPRC Linkflow 915M TX, 10mW, 100 hz, самодельная 868 Moxon.
В Gemini Xrossband or GemX передача управляющего сигнала осуществляется одновременно в двух полосах частот. В данном случае 900 и 2.4.
Конечно, было бы интересно произвести аналогичное тестирование в условиях постановки активных помех в диапазоне 900.
Новое видео от шведского энтузиаста технологии ELRS Johan Lindell.
Этот тест выполнен точно так же, как и его 2.4 против 900, но "стандартный 2.4" заменен на GemX Dualband: передатчик DIY T20 с GEPRC Dualbands RX как TX, 2x10mW, 100 гц , самодельные 868 T-антенна и 2.4 Moxon антенна.
Модуль GEPRC Linkflow 915M TX, 10mW, 100 hz, самодельная 868 Moxon.
В Gemini Xrossband or GemX передача управляющего сигнала осуществляется одновременно в двух полосах частот. В данном случае 900 и 2.4.
Конечно, было бы интересно произвести аналогичное тестирование в условиях постановки активных помех в диапазоне 900.
👍4
Media is too big
VIEW IN TELEGRAM
Учения 173 бригады ВДВ Армии США. Комментарии для специалистов излишни. Кроме одного. Они забыли РЭБ включить для создания более реальных условий.
Корпорация Indra вчера представила дрон-детектор радарного типа Nemus для танка Leopard.
Прес-релиз компании предельно скуп на технические характеристики изделия.
Система Nemus способна обнаруживать, а так же идентифицировать и отслеживать беспилотники, микродроны и различные снаряды, включая противотанковые ракеты, гранатометы и высокоскоростные стреловидные боеприпасы. Система активирует соответствующие контрмеры для нейтрализации входящих угроз.
Система Nemus, разработанная с учетом защиты от помех и обнаружения ложных целей, также сохраняет работоспособность в неблагоприятных погодных условиях, включая высокую влажность и экстремальные температуры.
Испытания проходят сейчас в вооружённых силах Испании.
Прес-релиз компании предельно скуп на технические характеристики изделия.
Система Nemus способна обнаруживать, а так же идентифицировать и отслеживать беспилотники, микродроны и различные снаряды, включая противотанковые ракеты, гранатометы и высокоскоростные стреловидные боеприпасы. Система активирует соответствующие контрмеры для нейтрализации входящих угроз.
Система Nemus, разработанная с учетом защиты от помех и обнаружения ложных целей, также сохраняет работоспособность в неблагоприятных погодных условиях, включая высокую влажность и экстремальные температуры.
Испытания проходят сейчас в вооружённых силах Испании.
Media is too big
VIEW IN TELEGRAM
Армия США начала насыщаться переносными системами РЭБ-РЭР Beast Plus, о которых наш канал сообщал в августе прошлого года.
На видео комплектация Beast для мониторинга радиочастотного пространства. Отметим, что основная антенна рюкзака само по себе интересное изделие с функцией DF - direct finding. Антенна всенаправленная, но может определить азимут на источник излучения.
На видео комплектация Beast для мониторинга радиочастотного пространства. Отметим, что основная антенна рюкзака само по себе интересное изделие с функцией DF - direct finding. Антенна всенаправленная, но может определить азимут на источник излучения.
👌1
Как устроена LoRa.
На рисунке схема передатчика и приемника LoRa.
Два кодирования
Сначала "тяжёлое" кодирование входящих данных кодом Хэмминга.
Перед преобразованием кодом Грея происходит процедура перемежения (interleaving), суть которой отображена на втором рисунке.
Перед передачей в эфир цифровой поток превращается в чирпы - восходящие и нисходящие.
Чирпы - это ЛЧМ-импульсы. С увеличивающейся или уменьшающейся частотой.
Атаки на приемник LoRa в подавляющем большинстве случаев нацелены на нарушение работы демодулятора чирпа. Это приводит, например, к срыву синхронизации, т.е. грубым повреждениям сигнала.
Другой крайне мало распространенный трудно реализуемый в широкой полосе частот метод атаки состоит в создании избыточных ошибок в работе декодера Грея. На практике это означает, что демодулятор чирпа демодулирует и легитимный сигнал, и атакующий. Количество ошибок на входе декодера Грея должно превышать возможности по обнаружению и исправлению декодером Хэмминга.
Третий способ- "бесконечная" преамбула)
На рисунке схема передатчика и приемника LoRa.
Два кодирования
Сначала "тяжёлое" кодирование входящих данных кодом Хэмминга.
Перед преобразованием кодом Грея происходит процедура перемежения (interleaving), суть которой отображена на втором рисунке.
Перед передачей в эфир цифровой поток превращается в чирпы - восходящие и нисходящие.
Чирпы - это ЛЧМ-импульсы. С увеличивающейся или уменьшающейся частотой.
Атаки на приемник LoRa в подавляющем большинстве случаев нацелены на нарушение работы демодулятора чирпа. Это приводит, например, к срыву синхронизации, т.е. грубым повреждениям сигнала.
Другой крайне мало распространенный трудно реализуемый в широкой полосе частот метод атаки состоит в создании избыточных ошибок в работе декодера Грея. На практике это означает, что демодулятор чирпа демодулирует и легитимный сигнал, и атакующий. Количество ошибок на входе декодера Грея должно превышать возможности по обнаружению и исправлению декодером Хэмминга.
Третий способ- "бесконечная" преамбула)
👍7
В конце апреля этого года группа специалистов из Stefan Cel Mare University of Suceava, Румыния, опубликовали результаты альтернативного корреляционного обнаружения сигналов LoRa.
Они предложили концепцию сети спектрального обнаружения сигналов LoRa -Spectrum sensing framework - и доказали возможность ее реализации. Изначально задача состояла в разработке метода повышении помехоустойчивости локальной сети IoT, например сети дома. Где все устройства LoRa "знали" бы друг друга на физическом уровне и взаимодействовали бы только между собой.
Было через SDR записано более 32 тысяч семплов-образов передачи 5 трансиверов LoRa на SX1276 с разными значениями SF, на разных частота, с разными BW. Трансиверы в дальнейшем использовались как передатчики случайных данных, будучи подключенным к управляющему компьютеру. На SDR Ettus и PC (AMD Ryzen 9 3950X, 64GB DDR4, 2 x GeForce RTX 3060 6GB) был реализован приемник LoRa, демодулятор чирпа которого был построен по корреляционной схеме с библиотекой семплов.
Они предложили концепцию сети спектрального обнаружения сигналов LoRa -Spectrum sensing framework - и доказали возможность ее реализации. Изначально задача состояла в разработке метода повышении помехоустойчивости локальной сети IoT, например сети дома. Где все устройства LoRa "знали" бы друг друга на физическом уровне и взаимодействовали бы только между собой.
Было через SDR записано более 32 тысяч семплов-образов передачи 5 трансиверов LoRa на SX1276 с разными значениями SF, на разных частота, с разными BW. Трансиверы в дальнейшем использовались как передатчики случайных данных, будучи подключенным к управляющему компьютеру. На SDR Ettus и PC (AMD Ryzen 9 3950X, 64GB DDR4, 2 x GeForce RTX 3060 6GB) был реализован приемник LoRa, демодулятор чирпа которого был построен по корреляционной схеме с библиотекой семплов.
Приемник обнаруживал легитимный сигнал от легитимного передатчика путем сравнения сигнала после квадратурного преобразователя с образами из библиотеки семплов. Обнаружение производилось по преамбуле, по первым ее чирпам, работали все передатчики одновременно.
Даже при значительных отклонениях частоты передатчика от частоты настройки приемника (50 кГц при BW=125 кГц) вероятность успешного детектирования превысила 99% при разных значениях SF и BW.
Отметим ,что в чипах Semtech используется более простой с точки зрения реализации метод корреляционного приема - FFT (Fast Fourier Transform).
Что означают результаты работы.
Применение ИИ даже невысокого уровня позволяет реализовать спектральную селекцию сигналов. Приемник способен распознать легитимный сигнал от конкретного передатчика по его уникальному спектру, игнорируя любые другие помеховые сигналы, как случайные, так и преднамеренные.
Приемник LoRa по схеме FFT способен устойчиво детектировать сигнал даже в том случае, когда уровень помех превышает уровень сигнала в 2-4 раза. Возможности корреляционного приемника предполагаются значительно выше, потому что фактически он точно "знает", что обнаруживать в следствии уникальности спектра передатчика.
Как это отразится на эффективности современных систем РЭБ, не сложно представить.
P.S. Спектр любого передатчика уникален, кроме того, специальными простыми методами его можно сделать ещё более "уникальным". Реализуемая с помощью ИИ спектральная селекция позволит значительно увеличить стойкость к РЭБ любого, даже менее сложного, чем LoRa, сигнала.
Даже при значительных отклонениях частоты передатчика от частоты настройки приемника (50 кГц при BW=125 кГц) вероятность успешного детектирования превысила 99% при разных значениях SF и BW.
Отметим ,что в чипах Semtech используется более простой с точки зрения реализации метод корреляционного приема - FFT (Fast Fourier Transform).
Что означают результаты работы.
Применение ИИ даже невысокого уровня позволяет реализовать спектральную селекцию сигналов. Приемник способен распознать легитимный сигнал от конкретного передатчика по его уникальному спектру, игнорируя любые другие помеховые сигналы, как случайные, так и преднамеренные.
Приемник LoRa по схеме FFT способен устойчиво детектировать сигнал даже в том случае, когда уровень помех превышает уровень сигнала в 2-4 раза. Возможности корреляционного приемника предполагаются значительно выше, потому что фактически он точно "знает", что обнаруживать в следствии уникальности спектра передатчика.
Как это отразится на эффективности современных систем РЭБ, не сложно представить.
P.S. Спектр любого передатчика уникален, кроме того, специальными простыми методами его можно сделать ещё более "уникальным". Реализуемая с помощью ИИ спектральная селекция позволит значительно увеличить стойкость к РЭБ любого, даже менее сложного, чем LoRa, сигнала.
❤4
Группой исследователей Гонконгского политехнического университета была проделана масштабная работа по изучению помехоустойчивости LoRa.
Ознакомим вас с некоторыми результатами.
1. Воздействие узкополосной помехой в виде Гауссового белого шума.
Ширина спектра помехи равна ширине канала.
Результат на первом рисунке.
Приемник продолжает детектирование с допустимым уровнем ошибок даже тогда, когда уровень помехи превышает уровень легитимного сигнала на 2-3 дБ. Уровень ошибок при декодировании растет пропорционально росту уровня помехи.
2. Воздействие помехой в виде ЛЧМ-импульсов (чирпов). Помеха не широкополосная, чирпы не синхронизированы с легитимным сигналом. Это чирпы обычного передатчика LoRa.
Результаты на рисунке 2.
Синим - атака на первые 4 чирпа преамбулы
Красным - атака на вторую часть преамбулы
Жёлтым - атака на синхрослово
Сиреневым - атака на заголовок и данные.
Воздействие на первые чирпы преамбулы более эффективно.
Обьясняется тем, что приемник не успевает синхронизироваться.
Ознакомим вас с некоторыми результатами.
1. Воздействие узкополосной помехой в виде Гауссового белого шума.
Ширина спектра помехи равна ширине канала.
Результат на первом рисунке.
Приемник продолжает детектирование с допустимым уровнем ошибок даже тогда, когда уровень помехи превышает уровень легитимного сигнала на 2-3 дБ. Уровень ошибок при декодировании растет пропорционально росту уровня помехи.
2. Воздействие помехой в виде ЛЧМ-импульсов (чирпов). Помеха не широкополосная, чирпы не синхронизированы с легитимным сигналом. Это чирпы обычного передатчика LoRa.
Результаты на рисунке 2.
Синим - атака на первые 4 чирпа преамбулы
Красным - атака на вторую часть преамбулы
Жёлтым - атака на синхрослово
Сиреневым - атака на заголовок и данные.
Воздействие на первые чирпы преамбулы более эффективно.
Обьясняется тем, что приемник не успевает синхронизироваться.
👍1
На этом рисунке отображена зависимость эффективности помехи от расстройки частот приемника и чирпов помехи.
По оси Y отображено срабатывание корреляционного обнаружителя FFT LoRa. Чем меньше расстройка частот, тем чаще срабатывает обнаружитель на чирпы помехи, а значит растет уровень ошибок при демодуляции.
Из описанного выше следует,что идеальная помеха для LoRa - узкополосный ЛЧМ-сигнал с параметрами чирпов самой LoRa, воздействующий на первую часть преамбулы. Причем уровень помехи должен превышать уровень легитимного сигнала не менее,чем на 2 дБ.
Уязвимость LoRa - в широком окне демодуляции(> 125 кГц), любой сигнал, попадающий в окно демодуляции, с изменениями во времени хоть немного схожими на изменения фазы чирпов LoRa, будет демодулирован как легитимный. Чем больше он похож на LoRa, тем меньшей мощности он может быть для успешного детектирования.
Прицельную помеху такого рода осуществить несложно.
Для реализации эффективной заградительной помехи необходимо изменение подходов к формированию помехи.
По оси Y отображено срабатывание корреляционного обнаружителя FFT LoRa. Чем меньше расстройка частот, тем чаще срабатывает обнаружитель на чирпы помехи, а значит растет уровень ошибок при демодуляции.
Из описанного выше следует,что идеальная помеха для LoRa - узкополосный ЛЧМ-сигнал с параметрами чирпов самой LoRa, воздействующий на первую часть преамбулы. Причем уровень помехи должен превышать уровень легитимного сигнала не менее,чем на 2 дБ.
Уязвимость LoRa - в широком окне демодуляции(> 125 кГц), любой сигнал, попадающий в окно демодуляции, с изменениями во времени хоть немного схожими на изменения фазы чирпов LoRa, будет демодулирован как легитимный. Чем больше он похож на LoRa, тем меньшей мощности он может быть для успешного детектирования.
Прицельную помеху такого рода осуществить несложно.
Для реализации эффективной заградительной помехи необходимо изменение подходов к формированию помехи.
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
Видео демонстрирующее возможности DDS-джаммеров.
В таких джаммерах используется схема переноса спектра.
Сигнал помехи формируется в диапазоне от 0 до 300 МГц обычно на AD9910 и перемножается с несущей частотой от PLL-синтезатора. Получившаяся нижняя зеркальная полоса отфильтровывается, верхняя усиливается и излучается.
Как видно, возможностей AD9910 хватает на шаг частот 83 кГц при полосе 200МГц. AD9910 генерирует паразитные гармоники довольно высокого уровня, что является его существенным недостатком. Для целей подавления полезного сигнала они малоэффективны. Однако сама схема проста, для ее реализации достаточно микропроцессора типа STM32.
Эта схема не имеет иного пути развития, кроме как использование более скоростных DDS чипов. Что удорожает генератор (AD9910-20$, AD9914-170$, AD9164-380$), требует другой архитектуры типа FPGA Spartan и высокого качества плат. А в таком случае уже можно использовать более скоростные DAC вместо DDS, т.е. DDS-генератор превращается в более функциональный SDR.
В таких джаммерах используется схема переноса спектра.
Сигнал помехи формируется в диапазоне от 0 до 300 МГц обычно на AD9910 и перемножается с несущей частотой от PLL-синтезатора. Получившаяся нижняя зеркальная полоса отфильтровывается, верхняя усиливается и излучается.
Как видно, возможностей AD9910 хватает на шаг частот 83 кГц при полосе 200МГц. AD9910 генерирует паразитные гармоники довольно высокого уровня, что является его существенным недостатком. Для целей подавления полезного сигнала они малоэффективны. Однако сама схема проста, для ее реализации достаточно микропроцессора типа STM32.
Эта схема не имеет иного пути развития, кроме как использование более скоростных DDS чипов. Что удорожает генератор (AD9910-20$, AD9914-170$, AD9164-380$), требует другой архитектуры типа FPGA Spartan и высокого качества плат. А в таком случае уже можно использовать более скоростные DAC вместо DDS, т.е. DDS-генератор превращается в более функциональный SDR.
❤2
Генерирование сигнала помехи способом переноса спектра.
Правый верхний угол фото, по часовой стрелке.
VCO (ГУН) 500-700 МГц- генератор частоты смещения с резистором регулировки частоты.
Генератор "пилы " (ГПН) на двух транзисторах с резисторами регулировки амплитуды и смещения "пилы".
VCO 700-1000 МГц - генератор сигнала широкополосной помехи (ЛЧМ-чирпы).
Микросборка - двойной балансный смеситель ADE-11x+. Downfreq преобразователь сигналов от двух VCO.
Конкретно этот модуль можно настроить на генерацию сигнала помехи в диапазоне 100-400 МГц.
Верхняя зеркальная полоса после преобразователя отфильтровывается ФНЧ в цепи предварительного каскада усиления.
Остаётся загадкой, почему разработчики не применили 555 для ГПН. Схема автоколебательного генератора на двух транзисторах конкретно в таком исполнении весьма неустойчива в работе. Что и стало причиной вскрытия модуля).
Однако, заметим, что на плате присутствуют штыревые контакты, к которым можно подключить субмодуль генератора на микроконтроллере STM.
Правый верхний угол фото, по часовой стрелке.
VCO (ГУН) 500-700 МГц- генератор частоты смещения с резистором регулировки частоты.
Генератор "пилы " (ГПН) на двух транзисторах с резисторами регулировки амплитуды и смещения "пилы".
VCO 700-1000 МГц - генератор сигнала широкополосной помехи (ЛЧМ-чирпы).
Микросборка - двойной балансный смеситель ADE-11x+. Downfreq преобразователь сигналов от двух VCO.
Конкретно этот модуль можно настроить на генерацию сигнала помехи в диапазоне 100-400 МГц.
Верхняя зеркальная полоса после преобразователя отфильтровывается ФНЧ в цепи предварительного каскада усиления.
Остаётся загадкой, почему разработчики не применили 555 для ГПН. Схема автоколебательного генератора на двух транзисторах конкретно в таком исполнении весьма неустойчива в работе. Что и стало причиной вскрытия модуля).
Однако, заметим, что на плате присутствуют штыревые контакты, к которым можно подключить субмодуль генератора на микроконтроллере STM.
👍1🤝1
Несколько интересных VTX с утра в понедельник
👍4❤1