Флуктуации корреляционных характеристик в шумовой системе радиосвязи

Аннотация

Выполнен статистический анализ флуктуаций для корреляционных оценок при передаче информации на основе шумовых хаотических сигналов со спектральной модуляцией. Обнаружено асимптотическое ограничение корреляционного эффекта на выходе приемника по мере увеличения мощности несущего шумового сигнала вследствие собственных внутрисистемных помех. Показана возможность уменьшения флуктуаций корреляционных оценок при передаче информации на основе шумовых сигналов с временными окнами.

• передача информации
• шумовые сигналы
• корреляционные оценки
• временные окна
• спектральная модуляция

Abstract (in English)

Fluctuations of correlation performances in digital noise communications

Ultra-wideband noise communication system using the transmitted reference technique with the time diversity is proposed for a covert data transmission through additive white Gaussian noise channel. Spectrum modulation of transmitted signals is performed as a result from linear superposition between the noise references and informative noise carriers delayed at the time diversity significantly exceeding the coherent time. The delayed noise carriers are multiplied by antipodal symbols at the same rate of binary data stream. Spectral power density of result noise signals is modulated by antipodal harmonic functions with the period in inverse proportion to diversity time delay. The time delay in the correlation receiver corresponds to the diversity time delay of informative noise signals. The correlation estimation problem appears in the case of data transmitting on the base of continuous noise carriers. Fluctuation analysis of correlation estimations with nonstationary trend at the data rate is performed. The intersystem jamming occurring in digital noise communications increase the correlation fluctuations at the receiver output and initiate asymptotic limitation of correlation performances without thermal noise in a wireless channel. Nonstationary trends of output correlation estimations become little if the informative time delay significantly exceeds the coherent times as noise carriers as additive white Gaussian noise. The forming of digital noise carriers is produced by the time window method. Simulation of noise communications shows that utilizing continuously noise carriers with time windows permits to decrease randomly fluctuations of correlation performances in the case when the product of noise signal bandwidth by bit duration exceeds one hundred units.

Для цитирования

Литература

1. Феер K. Беспроводная цифровая связь: методы модуляции и расширения спектра. Пер. с англ. - Москва: Радио и связь, 2000. - 519 с.
2. Kennedy M.P., Kolumban G., Kis G., Jako Z. Performance evaluation of FM-DCSK modulation in multipath environments // IEEE Trans. Circuits Syst. I. 2000, Vol. 47. No. 12, pp. 1673-1683. https://doi.org/10.1109/81.899922
3. Sobers T.V., Bash B.A., Guha S., Towsley D., Goeckel D. Covert Communication in the Presence of an Uninformed Jammer // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2017. V.16. №9. P.6193-6206. https://doi.org/10.1109/TWC.2017.2720736
4. 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. Том 66. № 1. С. 62-68. https://doi.org/10.31857/s003384942101006x
5. Агейкин Н.А., Грачев В.И., Рябенков В.И., Колесов В.В. Информационные технологии на основе шумоподобных сигналов: I. Дискретные хаотические алгоритмы // РЭНСИТ: Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. 2022. Том 14. № 1. С. 47-64. https://doi.org/10.17725/rensit.2022.14.047
6. Назаров Л.Е., Кутуза Б.Г., Батанов В.В. Оценивание вероятностных характеристик приема частотно-эффективных сигналов при распространении по радиолинии с туманом // Радиотехника и электроника, 2023, T. 68, № 6, стр. 608-614. https://doi.org/10.31857/S0033849423060104
7. 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. https://doi.org/10.7868/S0033849415100046
8. Анпилогов В.Р., Денисенко В.В., Левитан Б.А., Козлов В.Н., Шитиков А.М., Шишлов А.В. Уменьшение энергопотребления передающей активной фазированной антенной решетки низкоорбитального спутника связи с "прыгающим" лучом // Радиотехника и электроника. - 2023. - Т. 68. - №8. - C. 733-741. https://doi.org/10.31857/S0033849423080016
9. Калинин В.И. Сверхширокополосная передача информации с двойной спектральной обработкой шумовых сигналов // Письма в ЖТФ, 2005, т. 31, вып.21, С.58-63.
10. Cuang J., Narayanan R.M. Performance of Non-Polarized Noise Modulated Communications System in the Presence of Interference // Wireless Personal Communications, August 2012, Vol. 65, Issue 4, pp.776-796. https://doi.org/10.1007/s11277-011-0295-6
11. Дмитриев А.С., Мохсени Т.И., Петросян М.М. Экспериментальная реализация относительной схемы беспроводной передачи информации на хаотических радиоимпульсах // Письма в ЖТФ, 2022, т. 48, вып. 18, с. 10-13, https://doi.org/10.21883/PJTF.2022.18.53391.19312
12. Калинин В.И. Передача информации на основе спектральной интерференции сверхширокополосных шумовых хаотических сигналов // Письма в ЖТФ, 2018, т. 44, вып. 24, С. 45-51. https://doi.org/10.21883/PJTF.2018.24.47029.17301
13. 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, April 2021, Vol. 57, No. 2, pp.1227-1241. https://doi.org/10.1109/TAES.2020.3040059
14. Калинин В.И. Статистический анализ шумовой системы радиосвязи с двухканальным корреляционным приемником. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. № 9. С. 1-18. Режим доступа: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.9.5
15. 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.
16. 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.
17. Kiyono K., Tsujimoto Y. Nonlinear filtering properties of detrended fluctuation analysis // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, Elsevier, 2016, vol. 462(C), p. 807-815. https://doi.org/10.1016/j.physa.2016.06.129
18. Павлова О.Н., Павлов А.Н. Флуктуационный анализ динамики систем с меняющимися во времени характеристиками // Письма в ЖТФ, 2021, т. 47, вып. 9, С. 52-54. https://doi.org/10.21883/PJTF.2021.09.50910.18653
19. Бендат Дж., Пирсол А. Применения корреляционного и спектрального анализа. - Москва: Мир, 1983. - 312 с.
20. Proakis J.G., Manolakis D. Digital Signal Processing. - Publisher Pearson, 2006. - 1104 p.