Способ формирования помехозащищенных сигналов

Интенсивное развитие систем связи различного назначения в условиях сильной загруженности частотного диапазона приводит к необходимости разработки новых типов сигналов. По сообщениям [1; 2], участились случаи несанкционированного использования ресурсов систем связи. Для борьбы с этими негативными факторами постоянно ведется доработка имеющихся и формирование новых типов сигналов. Согласно требованиям, предъявляемым к новым сигналам, они должны обладать следующими качествами:

– способностью противостоять организованной помехе (т. е. обеспечивать связь в условиях сложной радиоэлектронной обстановки);

– широкой полосой сигнала, обеспечивающей сложность обнаружения («скрытность») сигнала;

– электромагнитной совместимостью с другими системами связи за счет формирования сигнала, работающего «ниже» уровня шума [3].

Под помехозащищенностью понимают способность системы противостоять воздействию мощных помех. Помехозащищенность включает в себя скрытность системы связи и ее помехоустойчивость [4].

В настоящее время наиболее распространены следующие способы формирования помехоустойчивых сигналов.

• 1.    Формирование сложных сигналов с помощью частотно-временного кодирования [3].

• 2.    Псевдослучайное формирование сложных дискретных частотно-манипулированных сигналов [3; 4].

• 3.    Псевдослучайная перестройка рабочей частоты [5].

• 4.    Модуляция несущей частоты бинарными псевдослучайными последовательностями (ПСП) [6].

Анализ известных источников литературы [3–6] показал, что наиболее перспективными являются методы, основанные на модуляции несущей частоты бинарными псевдослучайными последовательностями (ПСП) [6]. Псевдослучайная бинарная последовательность заданной длительности – это последовательность, сформированная по определенным правилам из дискретных элементов 0 и 1 так, чтобы ее корреляционные свойства были близки к соответствующим свойствам шумовой реализации той же длительности.

Такие последовательности обладают следующими свойствами:

• –    М-последовательность является периодической, с периодом, состоящим из N символов;

  – боковые пики периодической автокорреляционной функции сигналов, образованных М-последо-вательностью, равны (1/ N ).

Сформированная данным способом последовательность используется для формирования высокочастотного широкополосного сигнала. Если полученную последовательность сложных информационных символов подать на модулятор и выполнить манипуляцию одного из параметров несущего колебания, то в результате образуется сложный сигнал, свойства и структура которого полностью определяются свойствами поданной последовательности и видом выбранной модуляции.

В статье проведен анализ использования в качестве модулирующей функции негармонической биорто-гональной вейвлет-функции.

В общем случае биортогональные (рис. 1) вейвлет-функции [7] используют два дуальных вейвлет-базиса V m k ( t ) и V * mk ( t ) , которые удовлетворяют требованию биортогональности скалярного произведения этих вейвлетов:

( V * m , k ( t ) , V * m , k ( t ) ) =3 _m , k ; „ ' , k' . ⁽¹⁾

Для оценки помехозащищенности сигналов, модулированных биортогональными вейвлет-функциями, было проведено моделирование [8], которое включает сравнительный анализ помехозащищенности сигналов, модулированных биортогональными вейвлет-функциями, и широкополосных сигналов ФМ-2.

В качестве расширяющей последовательности использовалась ПСП Голда длиной 31. Скорость передачи ( V ) информационного символа при этом составляла 1 кбит/с .

Согласно [9], полиномы для псевдослучайной последовательности Голда длиной 31, имеют следующий вид (рис. 2):

• -    для верхнего плеча схемы: g 1 ( p ) = p ⁵ + p ² + 1;

• -    для нижнего плеча схемы: g 2 ( p ) = p ⁵ + p ⁴ + + p ² + p + 1.

Сформированы следующие сигналы: полученный при модуляции данной ПСП сигнал ФМ-2 (BPSK) (рис. 3); сигнал c той же длиной ПСП, но модулированный биортогональной вейвлет-функ-цией (рис. 4).

Анализ полученных спектров (рис. 5, 6) показал увеличение ширины полосы сигнала, модулированного биортогональной вейвлет-функцией, в 10 раз, по сравнению с шириной полосы сигнала, модулированного ФМ-2 (BPSK).

Рис. 1. Общий вид биортогонального вейвлета

Рис. 2. Схема реализации последовательности Голда в Simulink MatLab

Рис. 3. Сигнал, модулированный BPSK

Рис. 4. Сигнал, модулированный биортогональной вейвлет-функцией

Амплитуда,

f Гц

Рис. 6. Спектр сигнала, модулированного биортогональной вейвлет-функцией

При этом увеличение помехозащищенности, согласно [5; 6], пропорционально увеличению ширины полосы сигнала. Для количественной оценки величины относительной помехозащищенности рассмотрена система связи со следующими параметрами:

• –    общая ширина полосы системы связи A f = 70 МГц ;

• –    тактовая частота информационного сигнала f _ги = 9,6 кГц;;

• -    скорость передачи символов V_cuM = 9,6 кбит/c .

Расчет относительной помехозащищенности при использовании биортогональной вейвлет-функции, проведен согласно [6]:

п = M ■ fТШ

П 0 ( W ) ШПС        _f , 2 ,                ⁽²⁾

'Ic f ти о

Рис. 7. График зависимости относительной помехозащищенности от тактовой частоты ПСП для разных типов сигналов

где f _ТШ – тактовая частота ПСП; f _ТИ – тактовая частота информационного сигнала; M – величина, показывающая, во сколько раз ширина спектра сигнала, модулированного вейвлет-функцией, больше сигнала, модулированного BPSK.

Максимально возможное число каналов в рассматриваемой системе связи рассчитывалось по формуле

K ( W ) ШПС

A F

^M ■ f TИ ■ N ПСП

Значения относительной помехозащищенности П₀ , тактовой частоты ПСП f _ТШ , числа каналов K для сигналов, модулированных ФМ-2 (BPSK) и биорто-гональной вейвлет-функцией при различной длине кодирующей ПСП N _ПСП , приведены в таблице.

Сравнение графиков относительной помехозащищенности сигналов, полученных обоими способами, от тактовой частоты ПСП (рис. 7) и числа каналов (рис. 8), показало, что при одинаковой длине ПСП сигналы, модулированные биортогональной вейвлет-функцией, обладают большей относительной помехозащищенностью по сравнению с сигналами, модулированными ФМ-2 (BPSK). Выигрыш относительной помехозащищенности сигналов, модулированных биортогональной вейвлет-функцией, составляет порядка 10 дБ. Однако число каналов связи, которые можно реализовать в данной системе при использовании такого широкополосного сигнала, сокращается в 10 раз.

Итак, результаты проведенных исследований показали, что рассматриваемый способ формирования широкополосных сигналов позволяет повысить относительную помехозащищенность. Результаты математического моделирования показали, что выигрыш помехозащищенности обусловлен увеличением ширины полосы сигнала, модулированного биортогональной вейвлет-функцией. Предложенный способ формирования широкополосных сигналов является наиболее эффективным для систем связи или передачи информации, когда требуется высокая скрытность и помехозащищенность.

Рис. 8. График зависимости относительной помехозащищенности от числа каналов для разных типов сигналов