doi:https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.8.12

ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2021. № 8
Оглавление выпуска

DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.8.12

УДК: 621.396, 621.396

КОРРЕЛЯЦИОННАЯ ОЦЕНКА ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ ШУМОВЫХ ХАОТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ С ВРЕМЕННЫМИ ОКНАМИ

В. И. Калинин, О. А. Бышевский-Конопко

Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, 141120, Московская область, Фрязино, пл. академика Введенского, 1.

Статья поступила в редакцию 10 августа 2021 г.

Аннотация. Рассмотрена автокорреляционная шумовая система радиосвязи с расширением спектра на основе относительного метода передачи информации. В передатчике производится суперпозиция опорного шумового сигнала и задержанного информационного шумового сигнала, который модулируется по знаку противоположными информационными символами. В процессе формирования сверхширокополосных шумовых хаотических сигналов применяются цифровые полосно-пропускающие фильтры с конечной импульсной характеристикой. Проведен статистический анализ спектральных и корреляционных оценок при передаче цифровых данных в канале с аддитивным гауссовским белым шумом. Показана возможность уменьшения случайных искажений корреляционного эффекта в приемнике системы радиосвязи на основе несущих шумовых сигналов с временными окнами.

Ключевые слова: шумовая радиосвязь, расширение спектра, временные окна, спектральная модуляция, корреляционные оценки, искажения.

Abstract. Wireless noise communication system based on the transmitted reference technique (TRT) is proposed for a covert data transmission through additive white Gaussian noise (AGWN) channel. Noise waveforms with the time windows are formed for data transmission using (3.1–4.1) GHz band-pass filters with symmetrical finite impulse response (FIR). FIR filter design includes the specification of the rectangular frequency response and the selection of appropriate window functions, which satisfy pass-band and attenuation specifications. Spread spectrum noise communications apply the time diversity between the noise reference and informative noise carriers delayed at the time interval T = 6 ns exceeding the noise coherent time τ_c = 1 ns. The delayed noise carriers are multiplied by antipodal binary symbols b_l = ±1 at the same rate to informative data stream. The delivered noise reference is transmitted through wireless channel simultaneously with delayed noise waveforms contained informative components. Spectrum modulation of transmitted waveforms is performed by means of linear superposition between the noise reference and informative noise carriers delayed at time interval T. Spectral power density of result noise signals is modulated by antipodal harmonic functions with the period in inverse proportion to relative time delay Т. The coherent convolution of continuous noise signals is produced by the correlation receiver during every informative symbol interval. The correlation time delay in the receiver channel corresponds to the diversity time delay Т of informative noise signals. The correlation estimation problem appears in the case of data transmitting on the base of continuous noise carriers. Correlation estimations are statistical evaluated for total noise signals propagating throw AGWN channel. Intersystem jamming is excited at the output of correlation receiver even if noise informative carriers are transmitted over a wireless channel without thermal noise. Autocorrelation receiver output is randomly deviated near the average value according to informative data rate. Window method is proposed for a digital compensation of random distortions in correlation estimations. It is shown, that utilizing continuously noise signals with the time windows permits to decrease randomly fluctuations of correlation estimations.

Key words: noise communications, spread spectrum, window method, spectrum modulation, correlation evaluation, estimation distortion.

Литература

1. Гуляев Ю.В., Беляев Р.В., Кислов В.Я., Колесов В.В. и др. Информационные технологии на основе динамического хаоса для передачи, обработки, хранения и защиты информации. Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии (РЭНСИТ). 2018. Т.10(2) С.279-312. DOI: http://doi.ogr/10.17725/rensit.2018.10.279.

2. Феер К. Беспроводная цифровая связь: методы модуляции и расширения спектра. Москва, Радио и связь. 2000. 519 с.

3. Sobers T.V., Bash B.A., Guha S., Towsley D. and Goeckel D. Covert Communication in the Presence of an Uninformed Jammer. IEEE Transactions on Wireless Communications 2017. V.16. №9. P.6193-6206. DOI: http://doi.ogr/10.1109/TWC.2017.2720736.

4. Назаров Л.Е., Шишкин П.В. Исследование помехоустойчивости алгоритма оптимального посимвольного приема сигналов, соответствующих кодам с проверкой на четность в недвоичных полях. Радиотехника и электроника. 2019. Т.64. № 9. С.910-915. DOI: http://doi.ogr/10.1134/S0033849419080138.

5. Назаров Л.Е., Зудилин А.С., Каевицер В.И., Смольянинов И.В. Алгоритмы формирования и приема OFDM-сигналов на основе манипуляции с минимальным сдвигом частоты. Радиотехника и электроника. 2021. Т.66. №1. С.62-68. DOI: http://doi.org/10.31857/s003384942101006x.

6. Lipski M.V., Kompella S., Narayanan R.M. Practical Implementation of Adaptive Threshold Energy Detection using Software Defined Radio. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2021. V.57. №2. P.1227-1241. DOI: https://doi.org/10.1109/TAES.2020.3040059.

7. Калинин В.И. Сверхширокополосная передача информации с двойной спектральной обработкой шумовых сигналов. Письма в ЖТФ. 2005. Т.31. В.21. С.58-63.

8. Калинин В.И. Передача информации на основе спектральной интерференции сверхширокополосных шумовых хаотических сигналов. Письма в ЖТФ. 2018. Т.44. В.24. С.45-51. DOI: http://doi.org/10.21883/PJTF.2018.24.47029.17301.

9. Дмитриев А.С., Мохсени Т.И., Сьерра-Теран К.М. Относительная передача информации на основе хаотических радиоимпульсов. Радиотехника и электроника. 2018. Т.63. №10. С.1-9. DOI: http://doi.org/10.1134/S0033849418100078.

10. Кузьмин Л.В., Гриневич А.В., Ушаков М.Д. Экспериментальное исследование многолучевого распространения хаотических радиоимпульсов в беспроводном канале. Письма в ЖТФ. 2018. Т.44. В.16. С.48-56. DOI: http://doi.org/10.21883/PJTF.2018.16.46476.17392.

11. Леонов К.Н., Потапов А.А., Ушаков П.А. Использование инвариантных свойств хаотических сигналов в синтезе новых помехоустойчивых широкополосных систем передачи информации. Радиотехника и электроника. 2014. Т.59. №12. С.1209-1229. DOI: http://doi.org/10.7868/S0033849414120110.

12. Калинин В.И. Корреляционная оценка при передаче информации относительным методом на основе широкополосных шумовых сигналов. Журнал радиоэлектроники. 2019. №4. DOI: http://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.4.10.

13. Kolumban G., Kennedy M.P., Chua L.O. The role of synchronization in digital communications using chaos-Part III: Performance bounds for correlation receivers. IEEE Trans. Circuits Syst. I. 2000. V.47. №12. P.1673-1683.

14. Калинин В. И. Статистический анализ шумовой системы радиосвязи с двухканальным корреляционным приемником. Журнал радиоэлектроники. 2018. №9. DOI: http://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.9.5.

15. Калинин В.И., Чапурский В.В. Передача информации на основе шумовых сигналов со спектральной модуляцией. Радиотехника и электроника. 2015. Т.60. №10. С.1025-1035. DOI: http://doi.org/10.7868/S0033849415100046.

16. Калинин В.И., Радченко Д.Е, Черепенин В.А. Вероятностные характеристики цифрового канала передачи информации на основе непрерывных шумовых сигналов со спектральной модуляцией. Радиотехника. 2015. №8 С.84-94.

17. Быстров Р.П., Кузмичев В.Е. Шумовые РЛС с гребенчатыми фильтрами в устройстве обработки сигналов. Успехи современной радиоэлектроники. 2015. В.8. С.47-54.

18. Калинин В.И., Радченко Д.Е, Черепенин В.А. Помехоустойчивость шумовой широкополосной системы связи при передаче двоичных данных на основе спектральной модуляции. Электромагнитные волны и электронные системы. 2016. Т.21. №3. С.40-48.

19. Ilchenko M.E., Kalinin V.I., Narytnik T.N. and Didkovski R.M. Potential Performance of the Communication Systems Using Autocorrelation Reception of Shift-Keyed Noise Signals. Telecommunications and Radio Engineering. 2014. V.73. №11. P.955-976.

20. Бендат Дж., Пирсол А. Применения корреляционного и спектрального анализа. Москва, Мир. 1983. 312 с.

21. Proakis J., Manolakis D. Digital Signal Processing, Publisher Pearson (4th edition). New Jersey: Prentice Hall. 2006. 1104 p. ISBN-13: 978-0131873742.

Для цитирования:

Калинин В.И., Бышевский-Конопко О.А. Корреляционная оценка при передаче дискретной информации на основе шумовых хаотических сигналов с временными окнами. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.8.12