Sistemy_shirokopolosnoy_radiosvyazi_2009

216 Глава 5 | Системы дискретных частотных сигналов

Заметим, что командная радиолиния управления (КРУ) представляет собой многоканальную систему передачи информации, как правило, с временным уплотнением (разделением) команд управления KУi , i 1, N , где N — число цепей управления ЛА. С целью повышения помехозащищенности многоканальной КРУ с ВРК предлагается рассмотреть комбинированную информационную технологию на основе совместного применения ДЧ-сигналов и ППРЧ-кодов, которую сокращенно назовем ВРК-ШПС-ППРЧ.

В основу разработки комбинированной технологии ВРК-ШПС- ППРЧ для командных радиолиний управления КРУ могут быть приняты следующие принципы и положения.

•Применение полных классов оптимальных систем ДЧ-сигналов

иобеспечение возможности быстрой смены рабочих систем ДЧсигналов по заданному алгоритму тактических действий.

•Обеспечение электромагнитной совместимости различных КРУ путем использования, например, ортогональных ППРЧ-кодов.

•Обеспечение энергетической и структурной (сигнальной) скрытности (форма сигнала, способы кодирования и модуляции

идр.).

•Обеспечение высокой помехоустойчивости по отношению к орга-

низованным (преднамеренным) помехам на основе использования технологии расширенного спектра —FHSS и оптимальных систем ДЧ-сигналов.

Обеспечение устойчивости КРУ по отношению к замираниям сигналов в многолучевых каналах.

Информационную модуляцию всегда желательно осуществлять на основе циклического сдвига шумоподобных сигналов: либо по времени, либо по частоте, поскольку в этом случае удается построить наиболее экономичные устройства формирования и обработки циклических сигналов.

На рис. 5.11, а приведена структурная схема передающей части командной радиолинии управления. Общая синхронизация схемы КРУ осуществляется с помощью генератора тактовых импульсов ГТИ. Передача синхросигнала СИ и передача команд управления КУi , i 1, N осуществляется по принципу временного разделения каналов — ВРК. Предполагается, что команды управления КУi (электрические напряжения) имеют примерно одинаковые параметры: верхнюю граничную частоту Fку и динамический диапазон значений от 1до L. Примем, что информационная

218 Глава 5 | Системы дискретных частотных сигналов

модуляция осуществляется с помощью оптимальной системы циклических по частоте ДЧ-сигналов, длины n q 1 , построенных над алфавитом объема q 9 (5.85)

Сигнал S0 с нулевым сдвигом по частоте ( 0 ) выбран в качестве сигнала кадровой синхронизации. Этот же сигнал S0 является опорным сигналом при построении модулятора и демодулятора КРУ. На третьем этапе преобразования реализуется технология псевдослучайной перестройки рабочей частоты — ППРЧ, протокол 802.11FHSS с помощью генератора длинной псевдослучайной последовательности ГПСП и синтезатора частот. Кадровая структура одного цикла работы передающей части КРУ представлена на рис. 5.11, б. Сущность принятой технологии ВРК-ШПС-ППРЧ и ее принципиальные отличия от дискретных составных частотных сигналов ДСЧ-ЧМ подробно представлены на частотно-временной плоскости с помощью рис. 5.11, в для случая, когда система ШПС определена в (5.85). Скачки по частоте формируются по закону длинной ПСП/SS, которая построена по одному из правил линейного или нелинейного кодирования над алфавитом объема Q . На рис. 5.11, в значение параметра Q 8 . Следовательно, полный частотный диапазон Wss , выделенный для работы КРУ, разбивается на число Q частотных каналов

где Wдч — ширина спектра каждого ДЧ-сигнала.

Соотношения для основных параметров предложенной технологии ВРК-ШПС-ППРЧ установим на основе анализа этой технологии на частотно-временной плоскости с помощью рис. 5.11, в.

Длительность элементарного импульса ДЧ-сигнала

5.10. Комбинированная информационная технология 219

Ширина спектра ДЧ-сигнала или, что то же, ширина полосы одного частотного канала (скачка частоты) системы FH

База ДЧ-сигнала

Из (5.90) следует основное достоинство ДЧ-сигналов, состоящее в том, что для получения необходимой базы B число частотных кана-

лов M B . Это число значительно меньше, чем для многочастотных МЧ-сигналов параллельного типа. Вместе с тем для больших баз B 104 106 использовать только ДЧ-сигналы нецелесообразно, так как число частотных каналов обработки M 102 103 , что представляется чрезмерно большим. Поэтому с целью увеличения коэффициента расширения спектра сигналов предложено дополнительно использовать технологию скачков рабочей частоты, или метод псевдослучайной перестройки частоты — ППРЧ-коды.

Обобщенный коэффициент расширения спектра сигнала можно записать в виде

где параметр Q определяет число частотных каналов для осуществления скачков рабочей частоты (5.86).

Из анализа представленной технологии следует, что данная система относится к системам связи с быстрой перестройкой частоты (fast-frequency hopping — FFH). Следовательно, этот класс систем позволяет также эффективно вести защиту от постановщика ретрансляционных помех.

Рассмотрим вопросы скрытности СРС на основе информационной технологии ВРК-ШПС-ППРЧ. Радиоразведка, как правило,

220 Глава 5 | Системы дискретных частотных сигналов

предполагает выполнение следующих основных задач: обнаружение факта работы СРС (обнаружение сигнала), определение структуры обнаруженного сигнала (на основе оценки ряда его параметров), раскрытие содержащейся (передаваемой) в сигнале информации и пеленгацию СРС. Технология построения СРС должна соответственно противопоставить три вида скрытности сигналов: энергетическую, структурную

иинформационную. Для увеличения структурной скрытности необходимо иметь по возможности больший ансамбль используемых (рабочих) систем сигналов, достаточно часто изменять форму сигналов

иструктуру кодовых последовательностей скачков частоты — ППРЧкодов.

Учитывая физические принципы построения КРУ на основе технологии ВРК-ШПС-ППРЧ, запишем оценку для числа уровней защиты информации от несанкционированного доступа в виде произведения факториалов

ния полного множества длинных кодовых последовательностей скачков частоты — ортогональных ППРЧ-кодов.

В заключение отметим, что комбинированная информационная технология на основе совместного применения ДЧ-сигналов и ППРЧкодов позволяет:

•существенно увеличить число уровней защиты от несанкционированного доступа по сравнению с обычными системами расширен-

ного спектра на базе простых сигналов. Например, при базе ДЧсигналов B 50 число уровней защиты возрастет в 120 раз;

•существенно ослабить основное противоречие между высоким коэффициентом расширения спектра сигналов (высокой помехозащищенностью) и сложностью технической реализации приемных устройств обработки ДЧ-сигналов с большими базами. Пусть отведенная для работы информационного канала полоса частот допускает 50 скачков несущей частоты, тогда эквивалент-

222 Глава 5 | Системы дискретных частотных сигналов

7.Предположим, что ВКП = 6754123. Какой вид (из пяти показанных ниже) имеет распределение энергии ДЧ-сигнала на частотновременной плоскости?

8.Постройте в соответствии с алгоритмом Л. Е. Варакина оптималь-

ную систему ДЧ-сигналов над полем GF (13) для первообразного корня 7 .

9.Поясните алгоритм построения полных классов оптимальных систем ДЧ-сигналов на основе метода децимации.

10.Постройте первые две оптимальные системы ДЧ-сигналов над по-

лем GF (13) на основе метода децимации для опорного кодового слова S 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 .

11.Поясните алгоритм построения и свойства оптимальных систем ДЧ-сигналов над расширенными полями Галуа.

12.* Постройте оптимальную систему ДЧ-сигналов над полем GF (32 ) (воспользоваться пакетом MATLAB Communications — Вычисления в конечных полях Галуа).

13.Приведите правило построения и свойства композиционных частотно-временных кодов над простыми полями Галуа GF (p) .

14.** Постройте полное множество композиционных систем ДЧсигналов над полем GF (7) для всех значений вычетов степени r 1,6 (подобно табл. 5.7) и найдите подмножество Ir и параметры однородных композиционных систем ДЧ-сигналов. Воспользоваться пакетом MATLAB Communications — Вычисления

в конечных полях Галуа.

15.Приведите алгоритм работы и обобщенную схему кодера циклических по частоте композиционных частотно-временных кодов.

16.Приведите алгоритм работы и обобщенную схему декодера максимально правдоподобного декодирования циклических по частоте композиционных частотно — временных кодов.

17.Что такое скорость передачи системы сигналов [бит/сигнал]? Каким образом влияет база сигналов на скорость передачи? Как найти информационную скорость передачи сигналов [бит/с]?

Контрольные вопросы и задачи 223

18.Что такое коэффициент помехоустойчивости системы сигналов и от каких параметров системы сигналов он зависит?

19.Приведите правило построения и основные свойства (особенности) больших систем ДЧ-сигналов.

20.Поясните сущность комбинированной технологии ВРК-ШПС- ППРЧ для построения помехозащищенных информационных каналов (КРУ) систем радиоуправления.

21.** В чем состоит основное преимущество технологии ШПС-ППРЧ по сравнению с технологией MFSK-ППРЧ и по сравнению с технологией только на основе ДЧ-сигналов при одинаковых коэффициентах расширения спектра сигналов? Поясните эти вопросы с помощью конкретных систем ДЧ-сигналов и ортогональных ППРЧ-кодов.

Глава 6 | Системы компактных ЧВМ-сигналов с пассивными паузами

227

6.1. Определение и особенности ЧВМ-сигналов

В асинхронных адресных системах связи (ААСС) с кодовым уплотнением и кодовым разделением абонентов (каналов) в качестве абонентских сигналов целесообразно применять сложные (составные) частотно-временные сигналы с пассивными паузами, т. е. такие сигналы, элементы которых имеют манипуляцию и по времени, и по частоте. Таким образом, каждый частотно-временной сигнал задается с помощью двух кодирующих последовательностей: временной и частотной, т. е. фактически с помощью частотно-временной матрицы, поэтому такие сигналы называют сокращенно ЧВМ-сигналы с пассивными паузами [19, 27].

Множество двоичных временных кодирующих последовательностей длины n и веса w n называют импульсно-временным кодом (ИВК), или кодом импульсных расстановок (ИР-код), который сокращенно обозначим как T - код

где Tk — двоичное кодовое слово T — кода длины n и веса w n ; w — число активных (единичных) позиций;

JИР — объем T -кода импульсных расстановок.

Множество m -ичных частотных кодирующих последовательностей длины m w , или по-другому частотных расстановок, образуют ЧР-код, который сокращенно обозначим как F -код

JЧР — объем F -кода частотных расстановок.

Ансамбль ЧВМ-сигналов построим путем суперпозиции (наложения) независимых ИР-слов и квазиортогональных ЧР-слов, т. е. на каждое слово Tk проводят наложение всех слов F . Ясно, что мощность (объем) ансамбля ЧВМ-сигналов