СИСТЕМА СВЯЗИ С РАСШИРЕНИЕМ СПЕКТРА НА ОСНОВЕ ХАОТИЧЕСКИХ БИНАРНЫХ СИГНАЛОВ

August 8, 2012 by admin Комментировать »

Аксенов А. В., Беляев Р. В., Калинин В. И., Кислов В. В., Колесов В. В. Институт радиотехники и электроники РАН Моховая 11, корп. 7, Москва К-9, ГСП-9, 101999, Россия Тел.: (095) 2021046; e-mail: kvv(a)mail.cplire.ru

Аннотация Рассмотрены направления развития систем передачи информации, использующих сложные сигналы с большой базой. Реализован способ передачи информации с кодовым разделением абонентских каналов на основе множества хаотических кодов. В микроволновом диапазоне частот предложена аппаратная реализация модема, осуществляющего расширение и обратное сжатие спектра непосредственно на несущей частоте сигнала. Показано, что цифровая система связи с расширением спектра обладает высокой помехозащищенностью, скрытностью и обеспечивает надежную передачу сообщений в условиях сложной электромагнитной обстановки.

I.  Введение

Развитие телекоммуникационных средств нового поколения основано на использовании широкополосных сигналов с большой информационной емкостью и обеспечивает увеличение скорости передачи информации и повышение устойчивости работы систем при наличии возмущающих факторов. Такие сигналы используются для передачи информации в, многоканальных системах с кодовым разделением, беспроводных системах связи с расширением спектра и др. Применение шумоподобных сигналов позволяет принимать сообщения при соотношении сигнал/шум много меньше единицы и бороться с влиянием многолучевого распространения, ослабить воздействие многих видов помех и обеспечить высокую скрытность при функционировании и электромагнитную совместимость с другими радиоэлектронными средствами за счет излучения непрерывных во времени шумоподобных сигналов с очень низкой спектральной плотностью [1].

II.  Основная часть

Прикладное применение информационных технологий предполагает физическую реализацию конкретного кодирующего процесса при передаче, обработке и хранении информации в телекоммуникационных системах и компьютерных сетях. Поиск информационных носителей (процессов и сигналов), обладающих повышенной информационной емкостью, и порождающих такие процессы алгоритмов является наиболее актуальной задачей при разработке новых информационных технологий. Прогресс в данной области связан с увеличением быстродействия и повышением помехозащищенности информационных каналов, что определяется потребностью разработки эффективных каналов информационного обмена и управления распределенными сетями и автоматическими системами с дистанционным управлением, где цена ошибки или частичная потеря информации может иметь катастрофические последствия, вплоть до потери всей системы.

Насыщенность традиционными средствами связи на основе частотного разделения каналов, привела к разработке методов кодирования для т. н. кодового разделения каналов. Для кодирования в них применяются потоки случайных чисел. Потоковое кодирование обеспечивает наибольшую помехоустойчивость при использовании непрерывных случайных ключевых потоков с равномерной функцией распределения. При этом ключевые потоки участников информационного обмена, должны быть когерентны.

С точки зрения практического применения в цифровых информационных технологиях интерес представляют алгоритмы, определенные на замкнутом интервале целых чисел. Соответственно результаты вычисления в этом случае не будут зависеть от разрядности шины данных в конкретной ЭВМ и числа значащих цифр в представлении чисел с фиксированной запятой.

Широкополосные сигналы формируют расширением полосы частот информационного сигнала и (или) расширением несущей. Первое достигается модуляцией несущего колебания по закону передаваемых сообщений, напр., ЧМ с большим индексом, ФМ с помощью псевдослучайной последовательности из коротких двоичных символов. Расширение полосы свойственно также цифровым сигналам с дополнительным, помехоустойчивым кодированием, т. к. введение избыточных символов при неизменной скорости передачи сообщения приводит к необходимости уменьшить длительность каждого символа. При этом расширяется полоса частот передаваемого кодированного сигнала [2].

Эффективная расширяющая функция должна удовлетворять определенным требованиям к ширине полосы частот, структуре приемника и метода передачи сообщения. Расширяющая функция должна быть детерминированной на относительно большом интервале времени и иметь шумоподобный равномерный спектр в широкой полосе частот (большую базу), т.е. узкую автокорреляционную функцию с малыми боковыми выбросами [3].

Ансамбль расширяющих функций, используемых различными системами или одной многоканальной системой, должен обладать хорошими взаимокорреляционными и групповыми свойствами. Расширяющая функция может быть непрерывной аналоговой или дискретной цифровой. Формирование широкополосных псевдослучайных сигналов наиболее перспективно осуществлять методами цифровой обработки сигналов. В этом случае расширяющие функции формируются на основе цифровых кодовых последовательностей. Возможно одновременное расширение спектра за счет различных методов модуляции, когда, напр., наряду с расширяющей функцией используется цифровое, помехоустойчивое кодирование восстанавливающими кодами.

Для систем с кодовым разделением абонентских каналов важен выбор алгоритмов, порождающих большой ансамбль ПСП. Такие псевдослучайные последовательности должны обладать нужными статистическими и спектральными свойствами, а также хорошими автои взаимно корреляционными характеристиками. Особо важно требование большого объема ансамбля ортогональных ПСП, важного для одновременной и устойчивой работы многих пользователей. Математические алгоритмы должны генерировать множество статистически независимых псевдослучайных кодов большой длительности и высокой структурной сложности, чтобы обеспечить конфиденциальность при передаче информации [4].

Наиболее полно удовлетворяют всем перечисленным требованиям хаотические алгоритмы, описывающие неравновесное поведение нелинейных динамических систем. К их достоинствам относятся легкость программно-аппаратного воспроизведения и необходимость передачи для синхронизации сообщений только ограниченного набора начальных данных, однозначно определяющих начало вычислений по алгоритму. Применение в телекоммуникационных системах широкополосных хаотических сигналов позволяет повысить помехоустойчивость, скрытность, конфиденциальность и надежность передачи информации при наличии сильных помех и искажений в каналах связи.

В микроволновом диапазоне разработан модем на основе фазовращателя с фиксированным сдвигом фазы на одно из возможных состояний ср=+л/2. Диапазон перестройки рабочей частоты для модема превышает октаву. Управление p-i-n диодами в схеме фазовращателя осуществляется хаотическими бинарными кодами, которые формируются программируемым цифровым процессором согласно математическому алгоритму.

Исследовалась помехоустойчивость макета радиотерминала на основе шумоподобной несущей, в которой для передачи информации применялись бинарные хаотические сигналы. При многолучевом распространении на вход приемника поступала аддитивная смесь широкополосных сигналов с различной задержкой. Экспериментально показано, что для различных типов помехи предельная помехоустойчивость (отношение шум/сигнал) составляет не менее -25 дБ [5].

При передаче информации используется хаотическая последовательность, формируемая практически на неограниченном интервале времени. Таким способом можно реализовать динамическую смену кодов в течение всего времени передачи данных.

Загруженность радиодиапазона электромагнитными излучениями в сочетании с необходимостью обеспечения скрытной и помехоустойчивой связи стимулируют развитие нового поколения телекоммуникационных средств на основе широкополосных псевдослучайных кодированных сигналов. Полученные результаты свидетельствуют о больших потенциальных возможностях нового поколения широкополосных телекоммуникационных средств с кодовым разделением абонентских каналов

Работа выполнена при поддержке РФФИ (01-0790349, 03-07-90133).

IV.   Список литературы

[1 ] Варакин П. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М. Радио и связь, 1979.

[2]   Колесов В. В., Беляев Р. В., Воронцов Г. М., Радиотехника и электроника, 2001, Т. 46, № 11, с. 1361.

[3]   Беляев Р. В., Калинин В. И., Колесов В. В., Радиотехника и электроника, 2001, Т.46, № 2, с. 214.

[4]   Гуляев Ю. В., Кислое В. Я., Кислое В. В. ДАН, 1998,

Т. 359, № 6, с. 750.

[5]   Гуляев Ю. В., Кислое В. Я., Кислое В. В. и др. Радиотехника, 2002., № 10, с. 3.

SPECTRUM SPREADING COMMUNICATION SYSTEM ON THE BASIS OF CHAOTIC BINARY SIGNALS

Aksenov A. V., Belyaev R. V., Kalinin V. I., KislovV. V., Kolesov V. V.

Institute of Radioengineering and electronics ofRAS Moscow, Russia Phone: (095) 2021046;

E-mail: kvv&.maii. cplire. ru

AbstractThe development of telecommunications systems using complex signals with large base is considered. The information transmission method by means of code division channel on the basis of chaotic codes ensemble was realized. The hardware realization of the modem using extension and inverse compression of the spectrum directly on carrying frequency of the signal is designed for microwave range. It is shown that digital wide-band communication system with spread spectrum and dynamic change of the chaotic codes have got a high noise immunity factor, secretiveness and provide the reliable transmission of the information in condition of the complex electromagnetic environment.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты