tuzsutТруды учебных заведений связиProceedings of Telecommunication Universities1813-324X2712-8830СПбГУТ10.31854/1813-324X-2025-11-1-53-61DHIQLJtuzsut-653Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬELECTRONICS, PHOTONICS, INSTRUMENTATION AND COMMUNICATIONSРазнесенный прием сигналов Wi-Fi с использованием коммутируемой антенной решеткиAntenna Diversity of Wi-Fi Signals Using a Switched Antenna Arrayhttps://orcid.org/0009-0005-3054-5540ФаустовИ. С.FaustovI. S.

аспирант кафедры радиотехники Воронежского государственного технического университета; научный сотрудник научно-исследовательского сектора АО «ИРКОС»

faustov.97@bk.ruhttps://orcid.org/0009-0008-7077-3611МанелисВ. Б.ManelisV. B.

доктор технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник научно-исследовательского сектора АО «ИРКОС»

vbm@ircoc.vrn.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5268-1114КозьминВ. А.KozminV. A.

кандидат технических наук, доцент, директор по научной работе АО «ИРКОС»

kozminva@ircos.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2621-4336ТокаревА. Б.TokarevA. B.

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры радиотехники Воронежского государственного технического университета, старший научный сотрудник научно-исследовательского сектора АО «ИРКОС»

tokarevab@ircoc.vrn.ruВоронежский государственный технический университет; АО «ИРКОС»РоссияVoronezh State Technical University; IRCOS JSCRussian FederationАО «ИРКОС»РоссияIRCOS JSCRussian Federation2025280220251115361Copyright © Фаустов И.С., Манелис В.Б., Козьмин В.А., Токарев А.Б., 20252025Фаустов И.С., Манелис В.Б., Козьмин В.А., Токарев А.Б.Faustov I.S., Manelis V.B., Kozmin V.A., Tokarev A.B.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tuzs.sut.ru/jour/article/view/653Актуальность

Актуальность. Активное использование беспроводных технологий требует развития средств контроля беспроводных сетей передачи данных, в частности сетей Wi-Fi. Службами радиоконтроля решаются задачи обнаружения, идентификации и локализации не санкционированно работающих точек доступа и абонентских устройств. Эффективным инструментом пеленгования радиосигналов являются корреляционно-интерферометрические пеленгаторы на базе двухканальной приемной аппаратуры и многоэлементной антенной системы. Развитие методов совместной идентификации и пеленгования позволяет разделять пеленги большого количества источников сигналов, ведущих работу в одном частотном диапазоне с разделением по времени. В настоящей работе акцент сделан на обнаружении целевых сигналов и выделении из них идентификационных признаков источника. От успешности реализации этих операций будут существенно зависеть и показатели качества пеленгования.

Целью работы является исследование возможностей повышения помехоустойчивости обнаружения и идентификации сигналов Wi-Fi за счет совместного использования двух каналов приема корреляционно-интерферометрического пеленгатора. В работе использованы методы статистического компьютерного моделирования, которые учитывают наличие замираний, возникающих из-за многолучевости канала распространения, и корреляцию радиосигналов, вызванную близким расположением приемных антенн.

Решение

Решение. Рассмотрены алгоритмы обнаружения частотно-временно́й синхронизации и демодуляции сигналов Wi-Fi. Предложены способы объединения каналов приема при обработке сигналов. Исследована помехоустойчивость предложенных двухканальных алгоритмов обработки сигнала при наличии квазистационарных релеевских замираний и корреляции каналов приема.

Новизна

Новизна. Разработаны алгоритмы двухканального обнаружения, частотно-временно́й синхронизации и демодуляции сигналов Wi-Fi.

Практическая значимость

Практическая значимость. Совместное использование двух каналов приема при обнаружении и идентификации сигналов Wi-Fi позволяет увеличить помехоустойчивость систем радиоконтроля на 4‒7 дБ даже при наличии корреляции между каналами.

Relevance

Relevance. The active use of wireless technologies requires the development of controls for wireless networks, in particular Wi-Fi networks. Radio monitoring services solve the tasks of detecting, identifying and localizing unauthorized access points and clients. An effective tool for bearing radio signals is correlation interferometric direction finders based on two-channel receiving equipment and a multi-element antenna system. The development of methods of joint identification and bearing makes it possible to separate the bearings of a large number of signal sources operating in the same frequency range with time division. In this work, the emphasis is placed on the detection of target signals and the identification of source features from them. The indicators of the quality of bearing will also significantly depend on the success of these operations.

The aim of the work is to investigate the possibilities of increasing the interference resistance of detecting and identifying Wi-Fi signals through the combined use of two channels of a correlation interferometric detector.

Methods

Methods. The paper uses statistical computer modeling methods that take into account the presence of fading due to multipath propagation channel and the correlation of radio signals caused by the proximity of receiving antennas.

Decision

Decision. Algorithms of detection, time-frequency synchronization and demodulation of Wi-Fi signals are considered. Methods of combining receiving channels in signal processing are proposed. The noise immunity of the proposed two-channel signal processing algorithms in the presence of quasi-stationary Relay fades and correlation of receiving channels is investigated.

Novelty

Novelty. Algorithms for two-channel detection, time-frequency synchronization and demodulation of Wi-Fi signals have been developed.

Practical significance

Practical significance. The combined use of two reception channels for the detection and identification of Wi-Fi signals allows you to increase the reliability of radio monitoring systems by 4‒7 dB, even if there is a correlation between the channels.

разнесенный приемWi-Fiкоммутируемая антенная решеткарадиомониторингрелеевский каналantenna diversityWi-Fiswitched antenna arrayradio monitoringRayleigh channelReferencesАшихмин А.В., Козьмин В.А., Мякинин И.С., Радченко Д.С. Спажакин М.И. Адресное пеленгование и определение местоположения источников радиоизлучения ручным пеленгатором // Спецтехника и связь. 2016. № 4. С. 101‒105.Ashihmin A.V., Koz'min V.A., Myakinin I.S., Radchenko D.S. Spazhakin M.I. Address bearing and location determination of radio sources with a manual direction finder. Spectekhnika i svyaz'. 2016;(4):101‒105. (in Russ.)Алексеев П.А., Козьмин В.А., Крыжко И.Б., Сладких В.А. Определение параметров сетей и точек доступа Wi-Fi // Спецтехника и связь. 2016. № 4. С. 29‒36.Alekseev P.A., Kozmin V.A., Kryzhko I.B., Sladkih V.A. Determining the parameters of Wi-Fi networks and access points. Spectekhnika i svyaz'. 2016;(4):29‒36. (in Russ.)Фаустов И.С., Сладких В.А., Токарев А.Б., Кощеев Е.В. Обнаружение и анализ сигналов Wi-Fi при адресном пеленговании // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 7. С. 89−100. DOI:10.18127/j00338486-202307-10. EDN:HCSNXOFaustov I.S., Sladkikh V.A., Tokarev A.B., Koshcheev E.V. Detection and analysis of Wi-Fi signals for address direction finding. Radiotekhnika. 2023;87(7):89−100. (in Russ.) DOI:10.18127/j00338486-202307-10. EDN:HCSNXOФаустов И.С., Ашихмин А.В., Токарев A.Б. Адресное пеленгование сигналов Wi-Fi // XXIX Международная научно-техническая конференция, посвященная 70-летию кафедры радиофизики ВГУ «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, Российская Федерация, 18–20 апреля 2023 г.). Воронеж: Воронежский государственный университет, 2023. С. 56‒64. EDN:MGRBOIFaustov I.S., Ashihmin A.V., Tokarev A.B. Address direction finding of Wi-Fi signals. Proceedings of the XXIXth International Scientific and Technical Conference on the 70th Anniversary of the Department of Radiophysics of the Voronezh State University on Raradiolocation, Navigation, Communication, 18‒20 April 2023, Voronezh, Russian Federation. Voronezh: Voronezh State University Publ.; 2023. p.56‒64 (in Russ.) EDN:MGRBOIRembovsky A.M., Ashikhmin A.V., Kozmin V.A., Smolskiy S.M. Radio Monitoring. Automated Systems and Their Components. Springer, 2018. 467 p. DOI:10.1007/978-3-319-74277-9Rembovsky A.M., Ashikhmin A.V., Kozmin V.A., Smolskiy S.M. Radio Monitoring. Automated Systems and Their Components. Springer; 2018. 467 p. DOI:10.1007/978-3-319-74277-9Носов В.И. Методы повышения помехоустойчивости систем радиосвязи с использованием технологии MIMO и пространственно-временной обработки сигнала. Новосибирск: Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2014. 316 с. EDN:VRTAXTNosov V.I. Methods for increasing the noise immunity of radio communication systems using MIMO technology and spatiotemporal signal processing. Siberian State University of Telecommunications and Informatics Publ.; 2014. 316 p. (in Russ.). EDN:VRTAXTПанкратов Д.Ю. Анализ влияния пространственно коррелированных замираний на передающей стороне и приемной стороне на пропускную способность радиоканала системы MIMO // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2014. Т. 8. № 10. С. 72‒74. EDN:SZZOVLPankratov D.Yu. Analysis of the capacity of MIMO system radio channel in conditions of spatially correlated fading. T-Comm. 2014;8(10):72‒74. (in Russ.) EDN:SZZOVLCho Y.S., Yang W.Y., Kim J., Kang C.G. MIMO-OFDM Wireless Communications with MATLAB. John Wiley & Sons, 2010. 439 p. DOI:10.1002/9780470825631. EDN:SRQIDHCho Y.S., Kim J., Yang W.Y., Kang C.G. MIMO-OFDM Wireless Communications with MATLAB. John Wiley & Sons; 2010. 439 p. DOI:10.1002/9780470825631. EDN:SRQIDHIEEE Std 802.11a. IEEE Standard for Information technology. Telecommunications and information exchange between systems. Local and metropolitan area networks. Specific requirements. Part 11. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications: High speed Physical Layer in the 5 GHz band. 1999. 82 p. DOI:10.1109/IEEESTD.1999.90606IEEE Std 802.11a. IEEE Standard for Information technology. Telecommunications and information exchange between systems. Local and metropolitan area networks. Specific requirements. Part 11. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications: High speed Physical Layer in the 5 GHz band. 1999. 82 p. DOI:10.1109/IEEESTD.1999.90606IEEE Std 802.11n. 2009. IEEE Standard for Information technology. Local and metropolitan area networks. Specific requirements. Part 11. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 5: En-hancements for Higher Throughput. 502 p. DOI:10.1109/IEEESTD.2009.5307322IEEE Std 802.11n. 2009. IEEE Standard for Information technology. Local and metropolitan area networks. Specific requirements. Part 11. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 5: Enhancements for Higher Throughput. 502 p. DOI:10.1109/IEEESTD.2009.5307322IEEE Std 802.11ac. IEEE Standard for Information technology. Telecommunications and information exchange between systems. Local and metropolitan area networks. Specific requirements. Part 11. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications. Amendment 4: Enhancements for Very High Throughput for Operation in Bands below 6 GHz. 2013. 395 p. DOI:10.1109/IEEESTD.2013.7797535IEEE Std 802.11ac. IEEE Standard for Information technology. Telecommunications and information exchange between systems. Local and metropolitan area networks. Specific requirements. Part 11. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications. Amendment 4: Enhancements for Very High Throughput for Operation in Bands below 6 GHz. 2013. 395 p. DOI:10.1109/IEEESTD.2013.7797535IEEE Std 802.11ax. IEEE Standard for Information Technology. Telecommunications and Information Exchange between Systems Local and Metropolitan Area Networks. Specific Requirements. Part 11. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 1: Enhancements for High-Efficiency WLAN. 2021. 766 p. DOI:10.1109/IEEESTD.2021.9442429IEEE Std 802.11ax. IEEE Standard for Information Technology. Telecommunications and Information Exchange between Systems Local and Metropolitan Area Networks. Specific Requirements. Part 11. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 1: Enhancements for High-Efficiency WLAN. 2021. 766 p. DOI:10.1109/IEEESTD.2021.9442429Awad M.M., Seddik K.G., Elezabi A. Channel Estimation and Tracking Algorithms for Vehicle to Vehicle Communications // Proceedings of the 82nd Vehicular Technology Conference (VTC2015-Fall, Boston, USA, 06‒09 September 2015). IEEE, 2015. DOI:10.1109/VTCFall.2015.7390864Awad M.M., Seddik K.G., Elezabi A. Channel Estimation and Tracking Algorithms for Vehicle to Vehicle Communications. Proceedings of the 82nd Vehicular Technology Conference, VTC2015-Fall, 06‒09 September 2015, Boston, USA. IEEE; 2015. DOI:10.1109/VTCFall.2015.7390864Mahmoud H.M., Mousa A.S., Saleem R. Channel Estimation Based in Comb-Type Pilots Arrangement for OFDM System over Time Varying Channel // Journal of Networks. 2010. Vol. 5. Iss. 7. PP. 772‒776. DOI:10.4304/jnw.5.7.766-772Mahmoud H.M., Mousa A.S., Saleem R. Channel Estimation Based in Comb-Type Pilots Arrangement for OFDM System over Time Varying Channel. Journal of Networks. 2010;5(7):772‒776. DOI:10.4304/jnw.5.7.766-772Kuang L., Ni Z., Lu J., Zheng J. A time-frequency decision-feedback loop for carrier frequency offset tracking in OFDM Systems // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2005. Vol. 4. Iss. 2. PP. 367‒373. DOI:10.1109/TWC.2004.842955Kuang L., Ni Z., Lu J., Zheng J. A time-frequency decision-feedback loop for carrier frequency offset tracking in OFDM Systems. IEEE Transactions on Wireless Communications. 2005;4(2):367‒373. DOI:10.1109/TWC.2004.842955Jimenez V.P.G., Garcia M.J.F.-G., Serrano F.J.G., Armada A.G. Design and implementation of synchronization and AGC for OFDM-based WLAN receivers // IEEE Transactions on Consumer Electronics. 2004. Vol. 50. Iss. 4. PP. 1016‒1025. DOI:10.1109/TCE.2004.1362493Jimenez V.P.G., Garcia M.J.F.-G., Serrano F.J.G., Armada A.G. Design and implementation of synchronization and AGC for OFDM-based WLAN receivers. IEEE Transactions on Consumer Electronics. 2004;50(4):1016‒1025. DOI:10.1109/TCE.2004.1362493Wang Q., Xie Q., Wang Z., Chen S., Hanzo L. A Universal Low-Complexity Symbol-to-Bit Soft Demapper // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2014. Vol. 63. Iss. 1. PP. 119‒130. DOI:10.1109/TVT.2013.2272640Wang Q., Xie Q., Wang Z., Chen S., Hanzo L. A Universal Low-Complexity Symbol-to-Bit Soft Demapper. IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2014;63(1):119‒130. DOI:10.1109/TVT.2013.2272640

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