Лабораторная работа №7. Смещение и инверсия сообщений Теоретическая часть.

Смещение сообщений (смещение частоты) – это прием, когда при модуляции сигнала происходит его сдвиг в частотной области. Для примера, возьмем речевой сигнал.

Рисунок 7.1

Рисунки 7.2а, 7.2б, 7.2с и 7.2д показывают спектральную композицию при модуляции речевого сигнала амплитудной модуляцией, двухполосной модуляцией с подавлением несущей и однополосной модуляцией с подавлением несущей при частоте несущего колебания 100кГц.

Рисунок 7.2.

Как вы можете видеть на рисунках 7.2а, 7.2б, 7.2с, все три системы воспроизводят такой же набор синусоид с таким же распределением энергии, только в диапазоне между 100,3кГц и 103кГц. Иными словами, сообщение было сдвинуто на 100кГц. Частотный сдвиг может осуществляться и с понижением частоты сообщения, как, например, происходит при амплитудной и частотной демодуляции сигналов.

Но если взглянуть на рисунки ещё раз, мы увидим, что все три схемы модуляции также воспроизводят сигнал в диапазоне частот между 97кГц и 99,7кГц. Эти копии сигнала тоже сдвинуты по частоте, но энергетическое распределение сигнала является зеркальным отражением исходного сообщения. Это называется инверсией сообщения (инверсией частоты).

Инверсия сообщений – распространенный метод скремблирования с целью защиты радио- и телекоммуникаций от случайного прослушивания посторонними пользователями. Процесс идентичен описанному выше за исключением того, что сообщение модулирует низкочастотную несущую, чтобы модулированное сообщение осталось в той же полосе частот.

Это показано на рисунках 7.3а и 7.3б. Сообщение модулирует несущую с частотой 3,3кГц двумя методами: DSBSC (3а) и SSBSC (3б). В обоих случаях сигнал занимает ту же часть спектра, что и исходный, но с инвертированным распределением энергии.

Рисунок 7.3а Рисунок 7.3б

После того, как сообщение инвертировано, его фильтруют, чтобы убрать верхнюю боковую полосу (в случае двухполосной модуляции). Теперь сообщение слышимо, но его невозможно понять. И только после этого, инвертированное сообщение используют для модуляции несущей и передачи.

Важно, что обычный слушатель при перехвате этого сообщения обычным приемником не услышит ничего разборчивого. Приемник же предназначенный для дескремблирования этого сообщения должен инвертировать сообщение после демодуляции, чтобы его, возможно, было понять.

Все это – самый простой вид скремблирования, который не способен помешать попыткам целенаправленного подслушивания. Более сложные скремблеры могут усложнить перехват сообщений непоследовательными изменениями частоты несущей скремблера или разбиением сообщения на частотные поддиапазоны и перемешиванием их в определенном порядке. Для правильного восстановления таких сообщений необходимо знать частоту скремблирующей несущей или, как во втором случае, закон перестановки частотных поддиапазонов.

Эксперимент

Часть 1. Построение скремблера

1. Запустите NI ELVIS II Function Generator VI и настройте его:

• Waveshape Sine

• Frequency 1kHz

• Amplitude 4Vpp

• DC Offset 0V

2. Установите переключатели Gain и Cut-off Frequency Adjust модуля Tuneable Low-pass Filter в среднее положение.

3. Соберите схему, показанную на рисунке 7.4.

Рисунок 7.4

Блок-схема показана на рисунке 7.5. Генератор сигналов воспроизводит тестовое сообщение с частотой 1кГц. Baseband LPF будет нужен позже, для ограничения спектра речевого сообщения до 2кГц. Перемножитель Multiplier нужен для генерации DSBSC сигнала, а Tuneable Low-pass Filter нужен для удаления верхней боковой полосы DSBSC сигнала, чтобы оставить только инвертированную копию сообщения. Модуль Amplifier не показан на блок-схеме, т.к. он нужен только для включения наушников, чтобы вы могли послушать инвертированное сообщение.

Рисунок 7.5