Корреляционная оценка при передаче информации относительным методом на основе широкополосных шумовых сигналов

Аннотация

Проведено исследование автокорреляционной шумовой системы передачи дискретной информации в канале с аддитивной гауссовой помехой. В передатчике производится разделение сверхширокополосного шумового сигнала на опорный шумовой сигнал и два задержанных шумовых сигнала, которые модулируются противоположными по знаку информационными двоичными символами. Выполнен статистический анализ корреляционных оценок на выходе двухканального корреляционного приемника в шумовой системе радиосвязи с расширением спектра. Обнаружено возникновение собственных внутрисистемных помех и предложен способ их устранения за счет определенного выбора информационных задержек, которые должны быть некратными между собой и отличаться на величину, превышающую время когерентности. Определены условия скрытной и помехоустойчивой передачи дискретной информации в канале радиосвязи с аддитивной гауссовой помехой.

• шумовая радиосвязь
• расширение спектра
• автокорреляционная обработка
• информационная задержка
• спектральная модуляция
• статистическая оценка
• wireless noise communications
• spread spectrum
• statistic evaluation
• spectrum modulation
• correlation signal processing
• signal delay

Abstract (in English)

Correlation estimation for digital communications using transmitted reference technique with wideband random noise waveforms

Ultra wideband (UWB) noise communication system using spread spectrum technique is proposed for a covert data transmission through additive white Gaussian noise (AGWN) channel. Wireless communication systems apply the transmitted reference (TR) techniques for a covert data transmission on the base of UWB noise waveforms. Coherent noise reference, required for optimal signal processing in correlation receiver, is transmitted through wireless channel simultaneously with informative noise waveforms modulated by data symbols. Proposed communication system, using the time diversity of the noise reference, accomplishes the relative time delay of informative noise carriers at different time intervals Т ₁ or Т ₀. Noise signals with the time delay Т ₁ are modulated by antipodal informative symbols according to data stream. Noise signals delayed at the time Т ₀ are modulated by conjugate binary symbols . The spectral interference in result of the linear superposition is occurred between the noise reference and delayed informative noise signals in TR transmitter. Spectral power density of result noise signals is modulated by three harmonic functions with the periods in inverse proportion to relative time delays: Т ₁; Т ₀; ( Т ₁ - Т ₀). The time convolution of received continuous noise waveforms during every informative symbol is produced using the two-channel correlation receiver. The time delay in each receiver correlation channel corresponds to the diversity time delay Т ₁ or Т ₀ of informative noise signals. The correlation estimation problem arises when data transmitting is produced utilizing continuous noise waveforms. The potentially performances of communication systems normally degrade, if the energy of informative noise carriers randomly varies in the digital data stream. Correlation estimations are statistical evaluated for data transmission throw AGWN channel. Intersystem jamming is excited at the output of two channel correlation receiver even if message data are transmitted over a wireless channel without thermal noise. This paper proposes the method of intersystem jamming reduction when the necessary requirements are satisfied, namely informative time delays ( Т ₁, Т ₀), its difference ( Т ₁ - Т ₀) and next expressions ( Т ₁ - 2 Т ₀); ( Т ₀ - 2 Т ₁) significantly exceed the coherent interval of UWB noise carriers. Exclusion principles to utilize closely spaced and two multiple informative time delays in the process of the spectrum modulation are considered.

Для цитирования

Литература

1. Ю.В. Гуляев, Р.В. Беляев, В.Я. Кислов, В.В. Колесов и др. // Информационные технологии на основе динамического хаоса для передачи, обработки, хранения и защиты информации, //"Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии" (сокращенно РЭНСИТ), 2018, 10(2), стр. 279-312. DOI: 10.17725/rensit.2018.10.279
2. К. Феер, Беспроводная цифровая связь: методы модуляции и расширения спектра, Пер. с англ. М.: Радио и связь, 2000.
3. Meyr H., Moeneclaey M, Fechtel S.A. Digital Communication Receivers: Synchronization, Channel Estimation and Signal Processing, Wiley Interscience Publication: New York, 1998.
4. Назаров Л.Е., Батанов В.В. Вероятностные характеристики обнаружения радиоимпульсов при распространении по ионосферным линиям спутниковых систем связи // Радиотехника и электроника, 2017, Т.62, № 9, С. 866-874. DOI: 10.7868/S0033849417090169
5. Л.Е. Назаров, П.В. Шишкин, В.В. Батанов, Алгоритмы итеративного некогерентного приема сигналов на основе последовательных турбо-кодов и сигналов Уолша при передаче по нестационарным каналам. // Радиотехника и электроника, 2016, Т. 61, № 4, С. 366-372. DOI: 10.7868/S0033849416040082
6. R.M. Narayanan and J. Chuang, Covert communications using heterodyne correlation random noise signals // Electronics Letters, 2007, vol.43, no. 22, pp.1211-1212.
7. В.И. Калинин, В.В. Чапурский, Передача информации на основе шумовых сигналов со спектральной модуляцией // Радиотехника и электроника, 2015, Т. 60, № 10, С. 1025-1035. DOI: 10.7868/S0033849415100046.
8. Л.В. Кузьмин, А.В. Гриневич, М.Д. Ушаков, Экспериментальное исследование многолучевого распространения хаотических радиоимпульсов в беспроводном канале // Письма в ЖТФ, 2018, том 44, вып. 16, С. 48-56. DOI: 10.21883/PJTF.2018.16.46476.17392
9. 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: 10.7868/S0033849414120110
10. G. Kolumban, M.P.Kennedy, and L.O. Chua, The role of synchronization in digital communications using chaos-Part III: Performance bounds for correlation receivers // IEEE Trans. Circuits Syst. I, vol. 47, no. 12, pp.1673-1683, Dec. 2000.
11. Калинин В.И., Передача информации на основе спектральной интерференции сверхширокополосных шумовых хаотических сигналов, Письма в ЖТФ, 2018, том 44, вып. 24, С. 45-51. DOI: 10.21883/PJTF.2018.24.47029.17301
12. В.И. Калинин, Д.Е Радченко, В.А. Черепенин, Вероятностные характеристики цифрового канала передачи информации на основе непрерывных шумовых сигналов со спектральной модуляцией // Радиотехника, 2015, №8, С. 84-94.
13. Дмитриев А. С., Мохсени Т. И., Сьерра-Теран К. М. Сверх- и гиперширокополосная относительная передача информации на основе хаотических радиоимпульсов // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2018 Т. 26, вып. 4. С. 59-74. DOI: 10.18500/0869-6632-2018-26-4-59-74
14. В. И. Калинин. Шумовая система радиосвязи на основе интерференции задержанных информационных сигналов. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2017. №4. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/apr17/1/text.pdf
15. В. И. Калинин. Статистический анализ шумовой системы радиосвязи с двухканальным корреляционным приемником. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. № 9. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/sep18/5/text.pdf. DOI 10.30898/1684-1719.2018.9.5
16. Р.П. Быстров, В.Е. Кузмичев, Шумовые РЛС с гребенчатыми фильтрами в устройстве обработки сигналов // Успехи современной радиоэлектроники», 2015, вып. 8, С. 47-54.
17. Калинин В.И., Сверхширокополосная передача информации с двойной спектральной обработкой шумовых сигналов // Письма в ЖТФ, 2005, Том 31, Вып.21, С.58-63.
18. Mikhail E. Ilchenko, V. I. Kalinin, T. N. Narytnik, and R. M. Didkovski, Potential Performance of the Communication Systems Using Autocorrelation Reception of Shift-Keyed Noise Signals // Telecommunications and Radio Engineering, 2014, Vol. 73, No. 11, pages 955-976.
19. Калинин В.И., Чапурский В.В. Шумовые системы передачи данных с псевдоквадратурной обработкой сигналов // Успехи современной радиоэлектроники», 2017, вып. 6, С. 15-22.
20. В.И. Калинин, Д.Е Радченко, В.А. Черепенин, 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.
21. Khalighi M.A., Uysal M. Survey on Free Space Optical Communication: A Communication Theory Perspective, IEEE Commun. Surveys Tutorials, 2014, 16, 2231-2258. DOI: 10.1109/COMST.2014.2329501
22. Дж. Бендат, А. Пирсол, Применения корреляционного и спектрального анализа. - М.: Мир, 1983.