Intellectual Technologies on Transport Intellectual Technologies on Transport Интеллектуальные технологии на транспорте 2413-2527 99126 10.20295/2413-2527-2025-242-83-92 kpgoex МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ И СЕТЕЙ MATHEMATICAL AND SOFTWARE SUPPORT FOR COMPUTER COMPLEXES AND NETWORKS МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ И СЕТЕЙ Selection of a Test for the Type of Input Distribution in 5G Network Channels Выбор теста для проверки вида распределения входной реализации в каналах сетей 5G Дворников Сергей Викторович Dvornikov Sergey Viktorovich practicdsv@yandex.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Казакевич Елена Владимировна Kazakevich Elena Vladimirovna kev-pgups@yandex.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Маслова Анна Андреевна Maslova Anna Andreevna bloodyelis@yandex.ru Ролдугина Елена Ивановна Roldugina Elena Ivanovna zlatoustova88@mail.ru Арнадская Юлия Евгеньевна Arnadskaya Yuliya Evgen'evna arnadskayaa@yandex.ru Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения Россия Saint Petersburg State University of Aerospace Instrumentation Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University St. Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Russian Federation Научно-исследовательский институт оперативно-стратегических исследований, Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота «Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н. Г. Кузнецова» Санкт-Петербург Россия Scientific Research Institute for Operational and Strategic Studies, Military Educational and Scientific Centre of the Navy “The Naval Academy named after Admiral of the Fleet of the Soviet Union N.G.Kuznetsov” Saint Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Russian Federation 26 06 2025 26 06 2025 2 83 92 23 05 2025 27 05 2025 https://izvestiapgups.editorum.ru/en/nauka/article/99126/view

Актуальность предлагаемого исследования определяется тем, что в условиях развития цифровых систем дистанционного управления элементами инфраструктуры железнодорожного транспорта, включающих применение технологии 5G, возрастает необходимость в анализе канала приема-передачи и принципа работы энергетического обнаружителя. Представлено исследование о выборе теста для проверки вида распределения входной реализации в каналах 5G. Цель: снижение коллизии в каналах связи, возникающих из-за ошибочного анализа входной реализации. Методы: теоретический и эмпирико-аналитический анализ эффективности методов обнаружения сигналов в условиях прерывистых передач. Результаты: проведен эксперимент по моделированию случайных выборок при отношении сигнал/шум не менее 10 дБ в канале. Полученная в результате моделирования вероятность правильного принятия решения о прерывистости канала не ниже 0,7 подтвердила правомерность выбора теста Харке — Бера для анализа каналов с прерывистой передачей. Заключение и новизна: авторским вкладом в рассматриваемую проблему является разработка идеи, согласно которой необходимо проведение предварительного анализа входной реализации и учета показателей распределения, таких как асимметрия и эксцесс. В дальнейшем это станет основой для построения адаптивного энергетического обнаружителя, работающего исходя из вида распределения обрабатываемой реализации. Практическая значимость: заключается в том, что результаты могут быть использованы для повышения надежности и точности работы энергетических обнаружителей в беспроводных системах связи, особенно в условиях ограниченного объема статистических данных и изменяющегося состояния канала. Учет априорной информации о распределении сигнала позволяет оптимизировать процесс настройки обнаружителя, сократить время срабатывания.

The relevance of the proposed study is determined by the fact that, in the context of the development of digital remote control systems for elements of the railway transport infrastructure based on 5G technology, the need for analyzing the transmission-reception channel and the operating principle of the energy detector has increased. The present paper proposes the test selection analysis for the type of input distribution in 5G channels. Purpose: to minimize the occurrence of collisions in communication channels that are the result of erroneous analysis of the input implementation. Methods: theoretical and empirical-analytical analysis of the efficiency of signal detection methods in case of intermittent transmissions. Results: the experiment was conducted with the objective of simulating random samples with a signal-to-noise ratio of no less than 10 dB in the channel. The probability of the correct decision on channel intermittency of no less than 0.7 obtained as a result of modelling confirmed the validity of choosing the Jarque–Bera test for analyzing channels with intermittent transmission. Conclusion and novelty: the author’s contribution to the issue under consideration is the development of a concept for conducting a preliminary analysis of the input implementation, with distribution indicators such as asymmetry and excess being taken into account. In the future, this will form the basis for constructing an adaptive energy detector that will operate according to the type of distribution of the processed implementation. Practical significance: the findings can be utilized to enhance the reliability and precision of energy detectors in wireless communication systems, particularly in scenarios where statistical data is limited and channel conditions are subject to change. It is evident that, given a priori information on signal distribution, the optimization of the detector setup process and the reduction of response time can be achieved.

 технология NR-U энергетический обнаружитель тест Харке — Бера широкополосный доступ канал с прерывистой передачей NR-U technology energy detector Jarque–Bera test broadband access intermittent transmission channel

Роенков Д. Н., Плеханов П. А. Мобильные сети поколения 5G: перспективы применения // Автоматика, связь, информатика. 2020. № 10. С. 2–7. DOI: 10.34649/AT.2020.10.10.001. Roenkov D. N., Plekhanov P. A. Mobilnye seti pokoleniya 5G: perspektivy primeneniya [Mobile Networks of the 5G Generation: Application Prospects], Avtomatika, svyaz, informatika [Automation, Communications, Informatics], 2020, No. 10, Pp. 2–7. DOI: 10.34649/AT.2020.10.10.001. (In Russian) Метод четырехчастотной инициализации каналов связи транспортного домена сетей 5G / А. Ал. Василец, А. Ан. Василец, А. Аль-Муфти [и др.] // Научно-технический вестник Поволжья. 2023. № 11. С. 339–342. Vasilets A. Al., Vasilets A. An., Al-Mufti A., et al. Metod chetyrekhchastotnoy initsializatsii kanalov svyazi transportnogo domena setey 5G [The Four-Frequency Initialization Method for 5G Transport Domain Communication Channels], Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Povolzhya [Scientific and Technical Volga Region Bulletin], 2023, No. 11, Pp. 339–342. (In Russian) Карпов И. В. Беспроводная экскурсионная система с активными метками на основе стандарта IEEE 802.15.4 // Инновационные информационные технологии: материалы Второй научно-практической конференции (Прага, Чехия, 22–26 апреля 2013 г.). Т. 4. Инновационные информационные технологии в экономической и социальной сферах. М.: МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. С. 86–90. Karpov I. V. Besprovodnaya ekskursionnaya sistema s aktivnymi metkami na osnove standarta IEEE 802.15.4 [A Wireless Excursion System with Active Tags Based on IEEE 802.15.4 Standard], Innovatsionnye informatsionnye tekhnologii: materialy Vtoroy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Innovative Information Technologies: Materials of the Second International Scientific and Practical Conference], Prague, Czech Republic, April 22–26, 2013. Vol. 4. Moscow, HSE Tikhonov Moscow Institute of Electronics and Mathematics, 2013, Pp. 86–90. (In Russian) Hu F., Chen B., Zhu K. Full Spectrum Sharing in Cognitive Radio Networks Toward 5G: A Survey // IEEE Access. 2018. Vol. 6. Pp. 15754–15776. DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2802450. Hu F., Chen B., Zhu K. Full Spectrum Sharing in Cognitive Radio Networks Toward 5G: A Survey, IEEE Access, 2018, Vol. 6, Pp. 15754–15776. DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2802450. Дворников С. В., Пшеничников А. В., Русин А. А. Обобщенная функциональная модель радиолинии с управлением ее частотным ресурсом // Вопросы радиоэлектроники, серия Техника телевидения. 2016. Вып. 3. С. 49–56. Dvornikov S. V., Pshenichnicov A. V., Rusin A. A. Obobshchennaya funktsionalnaya model radiolinii s upravleniem ee chastotnym resursom [Generalized Functional Model of a Radio Link Control Its Frequency Resource], Voprosy Radioelektroniki, Seriya Tekhnika Televideniya, 2016, Iss. 3, Pp. 49–56. (In Russian) Akhtar A. N., Arif F., Siddique A. M. Spectrum Decision Framework to Support Cognitive Radio Based IoT in 5G // Cognitive Radio in 4G/5G Wireless Communication Systems / S. S. Moghaddam (ed.). Rijeka: IntechOpen, 2018. Pp. 73–92. DOI: 10.5772/intechopen.80991. Akhtar A. N., Arif F., Siddique A. M. Spectrum Decision Framework to Support Cognitive Radio Based IoT in 5G. In: Moghaddam S. S. (ed.) Cognitive Radio in 4G/5G Wireless Communication Systems. Rijeka, IntechOpen, 2018, Pp. 73–92. DOI: 10.5772/intechopen.80991. Дворников С. В., Крячко А. Ф., Пшеничников А. В. Моделирование радиотехнических систем в конфликтных ситуациях когнитивного характера // Волновая электроника и инфокоммуникационные системы (WECONF–2019): сборник статей XXII Международной научной конференции (Санкт-Петербург, Россия, 03–07 июня 2019 г.): в 2 ч. Ч. 2. СПб.: ГУАП, 2019. С. 84–89. Dvornikov S. V., Kryachko A. F., Pshenichnnikov A. V. Modelirovanie radiotekhnicheskikh sistem v konfliktnykh situatsiyakh kognitivnogo kharaktera [Research of Radio Engineering Systems in Conflict Situations of Cognitive Character], Volnovaya elektronika i infokommunikatsionnye sistemy (WECONF–2019): sbornik statey XXII Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii [Wave Electronics and Infocommunication Systems (WECONF–2019): Proceedings of the XXII International Scientific Conference], Saint Petersburg, Russia, June 03–07, 2019. Part 2. Saint Petersburg, Saint Petersburg State University of Aerospace Instrumentation, 2019, Pp. 84–89. (In Russian) Фролов А. А. Анализ современных стандартов: McWILL, TD-SCDMA, WCDMA, IEEE 802.15.3a для применения в СШП-системах // T-Comm — Телекоммуникации и Транспорт. 2012. № 9. С. 144–148. Frolov A. A. Analiz sovremennykh standartov: McWILL, TD-SCDMA, WCDMA, IEEE 802.15.3a dlya primeneniya v SShP-sistemakh [Analysis of the Current Standards: McWILL, TD-SCDMA, WCDMA, IEEE 802.15.3a], T-Comm —Telekommunikatsii i Transport [T-Comm — Telecommunications and Transport], 2012, No. 9, Pp. 144–148. (In Russian) Atapattu S., Tellambura C., Jiang H. Conventional Energy Detector // Detection for Spectrum Sensing in Cognitive Radio. New York: Springer, 2014. Pp. 11–26. DOI: 10.1007/978-1-4939-0494-5_2. Atapattu S., Tellambura C., Jiang H. Conventional Energy Detector. In: Atapattu S., Tellambura C., Jiang H. Energy Detection for Spectrum Sensing in Cognitive Radio. New York, Springer, 2014, Pp. 11–26. DOI: 10.1007/978-1-4939-0494-5_2. Дворников С. В., Алексеева Т. Е. Распределение Алексеева и его применение в задачах частотно-временной обработки сигналов // Информация и космос. 2006. № 3. С. 9–20. Dvornikov S. V., Alekseeva T. E. Raspredelenie Alekseeva i ego primenenie v zadachakh chastotno-vremennoy obrabotki signalov [Alekseev Distribution and Its Application in Time-Frequency Signal Processing Problems], Informatsiya i kosmos [Information and Space], 2006, No. 3, Pp. 9–20. (In Russian) Повышение помехоустойчивости сигналов КАМ-16 с трансформированными созвездиями / С. В. Дворников, А. В. Пшеничников, А. А. Русин, А. С. Дворников // Вопросы радиоэлектроники, серия Техника телевидения. 2014. Вып. 2. С. 51–56. Dvornikov S. V , Pshenichnicov A. V, Rusin A. A , Dvornikov A. S. Povyshenie pomekhoustoychivosti signalov KAM-16 s transformirovannymi sozvezdiyami [Increased Noise Immunity Signal 16-QAM Constellation with Transformed], Voprosy Radioelektroniki, Seriya Tekhnika Televideniya, 2014, Iss. 2, Pp. 51–56. (In Russian) Бокова Е. А., Поветко В. Н., Полев В. Ю. Моделирование многоканального энергетического обнаружителя для DMR радиосистем // Теория и техника радиосвязи. 2023. № 2. С. 15–20. Bokova Ye. A., Povetko V. N., Polev V. Yu. Modelirovanie mnogokanalnogo energeticheskogo obnaruzhitelya dlya DMR radiosistem [Simulation of a Multichannel Energy Detector for DMR Radio Systems], Teoriya i tekhnika radiosvyazi [Theory and Technology of Radio Communication], 2023, No. 2, Pp. 15–20. (In Russian) Barela M. C., Marciano J. S. An Empirical Study on the Performance of a Spectrum Sensing Scheme for Cognitive Radio // Proceedings of the 17th International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC), (Sydney, Australia, 07–10 September 2014). Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2015. Pp. 474–479. DOI: 10.1109/WPMC.2014.7014865. Barela M. C., Marciano J. S. An Empirical Study on the Performance of a Spectrum Sensing Scheme for Cognitive Radio, Proceedings of the 17th International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC), Sydney, Australia, September 07–10, 2014. Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2015, Pp. 474–479. DOI: 10.1109/WPMC.2014.7014865. Efficient Energy Detection Methods for Spectrum Sensing Under Non-Flat Spectral Characteristics / S. Dikmese, P. C. Sofotasios, T. Ihalainen [et al.] // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2015. Vol. 33, Iss. 5. Pp. 755–770. DOI: 10.1109/JSAC.2014.2361074. Dikmese S., Sofotasios P. C., Ihalainen T., et al. Efficient Energy Detection Methods for Spectrum Sensing Under Non-Flat Spectral Characteristics, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2015, Vol. 33, Iss. 5, Pp. 755–770. DOI: 10.1109/JSAC.2014.2361074. Düzenli T., Akay O. A New Method of Spectrum Sensing in Cognitive Radio for Dynamic and Randomly Modelled Primary Users // IETE Journal of Research. 2022. Vol. 68, Iss. 2. Pp. 967–965. DOI: 10.1080/03772063.2019.1628668. Düzenli T., Akay O. A New Method of Spectrum Sensing in Cognitive Radio for Dynamic and Randomly Modelled Primary Users, IETE Journal of Research, 2022, Vol. 68, Iss. 2, Pp. 967–965. DOI: 10.1080/03772063.2019.1628668. Arjoune Y., Kaabouch N. A Comprehensive Survey on Spectrum Sensing in Cognitive Radio Networks: Recent Advances, New Challenges, and Future Research Directions // Sensors. 2019. Vol. 19, Iss. 1. Art. No. 126. 32 p. DOI: 10.3390/s19010126. Arjoune Y., Kaabouch N. A Comprehensive Survey on Spectrum Sensing in Cognitive Radio Networks: Recent Advances, New Challenges, and Future Research Directions, Sensors, 2019, Vol. 19, Iss. 1, Art. No. 126, 32 p. DOI: 10.3390/s19010126. Демодуляция сигналов на основе обработки их модифицированных распределений / С. В. Дворников, А. И. Осадчий, С. С. Дворников, Д. В. Родин // Контроль. Диагностика. 2010. № 10. С. 46–54. Dvornikov S. V., Osadchy A. I., Dvornikov S. S., Rodin D. V. Demodulyatsiya signalov na osnove obrabotki ikh modifitsirovannykh raspredeleniy [Demodulation Based on Processing the Modified Distributions], Kontrol. Diagnostika [Testing. Diagnostics], 2010, No. 10, Pp. 46–54. (In Russian) Aneja B., Sharma K., Rana A. Spectrum Sensing Techniques for a Cognitive Radio Network // Advances in System Optimization and Control: Select Proceedings of ICAEDC 2017. Lecture Notes in Electrical Engineering, Vol. 509 / S. N. Singh [et al.] (eds.). Singapore: Springer Singapore, 2019. Pp. 133–144. DOI: 10.1007/978-981-13-0665-5_11. Aneja B., Sharma K., Rana A. Spectrum Sensing Techniques for a Cognitive Radio Network. In: Singh S. N., et al. (eds.) Advances in System Optimization and Control: Select Proceedings of ICAEDC 2017. Lecture Notes in Electrical Engineering, Vol. 509. Singapore, Springer Singapore, 2019, Pp. 133–144. DOI: 10.1007/978-981-13-0665-5_11. Lemons D. S. An Introduction to Stochastic Processes in Physics. Baltimore (MD): The Johns Hopkins University Press, 2002. 128 p. Lemons D. S. An Introduction to Stochastic Processes in Physics. Baltimore (MD), The Johns Hopkins University Press, 2002, 128 p. Спектрально-эффективные сигналы с непрерывной фазой / С. В. Дворников, С. С. Дворников, С. С. Манаенко, А. В. Пшеничников // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2016. Т. 12, № 2. С. 87–93. Dvornikov S. V., Dvornikov S. S., Manaenko S. S., Pshenichnicov A. V. Spektralno-effektivnye signaly s nepreryvnoy fazoy [Spectral-Efficient Signal with the Continuous Phase], Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of Voronezh State Technical University], 2016, Vol. 12, No. 2, Pp. 87–93. (In Russian) Ameijeiras-Alonso J., Crujeiras R. M., Rodríguez-Casal A. Mode Testing, Critical Bandwidth and Excess Mass // Test. 2019. Vol. 28, Iss. 3. Pp. 900–919. DOI: 10.1007/s11749-018-0611-5. Ameijeiras-Alonso J., Crujeiras R. M., Rodríguez-Casal A. Mode Testing, Critical Bandwidth and Excess Mass, Test, 2019, Vol. 28, Iss. 3, Pp. 900–919. DOI: 10.1007/s11749-018-0611-5. A HOS-Based Blind Spectrum Sensing in Noise Uncertainty / A. Subekti, Sugihartono, N. R. Syambas, A. B. Suksmono // Journal of ICT Research and Applications. 2015. Vol. 9, No. 1. Pp. 20–38. DOI: 10.5614/itbj.ict.res.appl.2015.9.1.2. Subekti A., Sugihartono, Syambas N. R., Suksmono A. B. A HOS-Based Blind Spectrum Sensing in Noise Uncertainty, Journal of ICT Research and Applications, 2015, Vol. 9, No. 1, Pp. 20–38. DOI: 10.5614/itbj.ict.res.appl.2015.9.1.2. Защита от структурных помех радиоканалов с частотной манипуляцией / С. В. Дворников, С. С. Дворников, Р. В. Иванов [и др.] // Информационные технологии. 2017. Т. 23, № 3. С. 193–198. Dvornikov S. V., Dvornikov S. S., Ivanov R. V., et al. Zashchita ot strukturnykh pomekh radiokanalov s chastotnoy manipulyatsiey [Protection of Structural Noise Radio Channel Frequency Shift Keying], Informatsionnye tekhnologii [Information Technologies], 2017, Vol. 23, No. 3, Pp. 193–198. (In Russian) Леньшин А. В., Тихомиров Н. М., Шаталов Е. В. Определение спектра шумов помех дробности в непрерывной нелинейной модели системы фазовой автоподстройки // Телекоммуникации. 2017. № 12. С. 2–6. Lenshin A. V., Tikhomirov N. M., Shatalov E. V. Opredelenie spektra shumov pomekh drobnosti v nepreryvnoy nelineynoy modeli sistemy fazovoy avtopodstroyki [Determination of Fractional Interference Noise Spectrum in Continuous Nonlinear Model of Phase-Locking System], Telekommunikatsii [Telecommunications], 2017, No. 12, Pp. 2–6. (In Russian) Дворников С. В., Дворников С. С., Пшеничников А. В. Аппарат анализа частотного ресурса для режима псевдослучайной перестройки рабочей частоты // Информационно-управляющие системы. 2019. № 4 (101). С. 62–68. DOI: 10.31799/1684-8853-2019-4-62-68. Dvornikov S. V., Dvornikov S. S., Pshenichnikov A. V. Apparat analiza chastotnogo resursa dlya rezhima psevdosluchaynoy perestroyki rabochey chastoty [Analysis of Frequency Resource for FHSS Mode], Informatsionno-upravlyayushchie sistemy [Information and Control Systems], 2019, No. 4 (101), Pp. 62–68. DOI: 10.31799/1684-8853-2019-4-62-68 (In Russian). A Spectrum Sensing Algorithm Based on Statistic Tests for Cognitive Networks Subject to Fading / F. B. S. de Carvalho, J. S. Rocha, W. T. A. Lopes, M. S. Alencar // Proceedings of the 22nd European Signal Processing Conference (EUSIPCO), (Lisbon, Portugal, 01–05 September 2014). Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2014. Pp. 850–854. de Carvalho F. B. S., Rocha J. S., Lopes W. T. A., Alencar M. S. A Spectrum Sensing Algorithm Based on Statistic Tests for Cognitive Networks Subject to Fading, Proceedings of the 22nd European Signal Processing Conference (EUSIPCO), Lisbon, Portugal, September 01–05, 2014. Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2014. Pp. 850–854. Дворников С. В., Дворников С. С., Жеглов К. Д. Проактивный контроль пригодности радиоканалов в режиме ППРЧ // T-Comm: Телекоммуникации и Транспорт. 2022. Т. 16, № 11. С. 15–20. DOI: 10.36724/2072-8735-2022-16-11-15-20. Dvornikov S. V., Dvornikov S. S., Zheglov K. D. Proaktivnyy kontrol prigodnosti radiokanalov v rezhime PPRCh [Proactive Suitability Control of Radio Channels in IFB Mode], T-Comm: Telekommunikatsii i Transport [T-Comm: Telecommunications and Transport], 2022, Vol. 16, No. 11, Pp. 15–20. DOI: 10.36724/2072-8735-2022-16-11-15-20. (In Russian) Формирование векторов признаков для систем видеонаблюдения / Д. В. Васильева, С. С. Дворников, Ю. Е. Толстуха [и др.] // Вопросы радиоэлектроники, серия Техника телевидения. 2023. Вып. 4. С. 62–68. Vasilyeva D. V., Dvornikov S. S., Tolstukha Yu. E., et al. Formirovanie vektorov priznakov dlya sistem videonablyudeniya [Formation of Feature Vectors for Video Surveillance Systems], Voprosy Radioelektroniki, Seriya Tekhnika Televideniya, 2023, No. 4, Pp. 62–68. (In Russian)