Сучасний стан та напрямки підвищення завадозахищеності прийому сигналів кореспондентських радіозасобів

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.391.17

Сучасний стан та напрямки підвищення завадозахищеності прийому сигналів кореспондентських радіозасобів

Пелешок Є.В.,

Черняков В.В.

Інститут спеціального зв'язку та захисту інформації Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут»

Науковий керівник

д.т.н., професор В.Ф. Єрохін

Анотація

Виконаний огляд сучасного стану та перспективних методів підвищення завадозахищеності прийому взаємозаважаючих цифрових сигналів в каналі з адитивним білим гаусівським шумом.

Ключевые слова: радиосвязь, когерентно-некогерентная демодуляция, потенциальная помехозащищенность.

Annotation

The analysis of a current state and methods of increase of protection from hindrances of reception of digital signals in a channel with additive white noise.

Key words: radio contact, coherent-noncoherent demodulation, protecting from hindrances.

В реальних умовах прийом радіосигналів здійснюється, як правило, в апріорно невизначеній сигнально-завадовій обстановці, яка обумовлена обмеженістю радіочастотного ресурсу та зростанням кількості та потужності випромінювань різноманітного походження. В загальному випадку на вхід радіоприймального пристрою, крім корисних сигналів, потрапляють завади, які разом з внутрішніми шумами приймача можуть суттєво впливати на якість прийняття сигналу. Тому проблема демодуляції сигналів в умовах впливу завад була і залишається актуальною, а на її вирішення спрямована велика кількість робіт. радіочастотний цифровий сигнал шум

Універсального методу боротьби із завадами не існує. Тому закономірно, що сучасний розвиток техніки радіоприйому здійснюється у напрямку комплексного застосування різних методів боротьби з завадами.

Аналіз сучасного рівня теоретичного розвитку та технологій цифрової обробки сигналів показує, що існують всі умови для створення радіоліній та відповідних радіоприймальних пристроїв, адаптивних до сигнально-завадової обстановки. Характерним напрямком розвитку методів адаптації є поступове впровадження автоматичних процедур адаптації по частоті, по виду модуляції та швидкості коду. Одна із найпоширеніших стандартизованих реалізацій процедури автоматичної адаптації двосторонньої цифрової короткохвильової радіолінії до сигнально-завадової обстановки в каналі здійснюється в три етапи:

на першому етапі (наприклад за протоколом стандарту MIL-STD-188-141 [3]) аналізується сигнально-завадова обстановка та якість проходження сигналу в каналі зв'язку шляхом обміну кодовими послідовностями між кореспондентами на частотах входження в зв'язок. В результаті здійснюється вибір прийнятного каналу прийому-передачі;

на другому етапі після процедури входження, залежно від стану проходження сигналу в вибраному каналі зв'язку, здійснюється процедура адаптації за видом модуляції і швидкості коду (наприклад, за стандартом MIL-STD-188-110В [4]);

на третьому етапі після вибору виду модуляції і швидкості коду здійснюється прийом та демодуляція сигналу.

При погіршенні сигнально-завадової обстановки або умов проходження сигналу в каналі, здійснюється автоматичне переналаштування на інший частотний канал.

Розглянута процедура автоматичної адаптації двосторонньої радіолінії забезпечує високу завадозахищеність прийому цифрового сигналу в умовах складної сигнально-завадової обстановки, що може бути зумовлено як погіршенням природних характеристик каналу так і активною радіопротидією. Процедура може бути ефективно застосована для адаптації двосторонніх радіоліній, проте для односторонніх радіоліній вона також обмежено придатна.

Сьогодні усі стандартизовані методи забезпечення завадозахищеності прийому сигналів в умовах складної сигнально-завадової обстановки не використовують інформацію про структуру завад в каналі, врахування якої дозволить в деяких випадках відмовитися від необхідності негайного переналаштування на інший частотний канал. Це такі випадки, коли у демодуляторі передбачені алгоритми компенсації або режекції деяких типів структурних завад. Тому одним із перспективних напрямків підвищення завадозахищеності прийому сигналів є розробка процедур демодуляції корисного цифрового сигналу, в яких враховується інформація про структуру завади з метою її компенсації в демодуляторі приймального пристрою.

Спрощений варіант процедури адаптації цифрової радіолінії до сигнально-завадової обстановки, що використовує інформацію про структуру завади, наведено на рис. 1.

При виборі частоти каналу зв'язку радіоприймальний пристрій здійснює аналіз сигнально-завадової обстановки на частоті чергового прийому. При наявності у вибраному каналі зв'язку завади радіоприймальний пристрій, до складу якого входить аналізатор сигнально-завадової обстановки, визначає її тип, оцінює її параметри та здійснює компенсацію завадового впливу на вході радіотракту або в демодуляторі.

Узагальнена блок-схема тракту прийому цифрового сигналу з адаптацією до сигнально-завадової обстановки наведена на рис. 2, яка, крім радіотракту та демодулятора, включає масив моделей завад, процедур обробки та блок визначення параметрів завади.

На рис. 1.2 використано наступні позначення:

-

спостереження на вході радіоприймального пристрою;

- спостереження на виході радіотракту;

- завада;

Рис. 1 Кроки адаптації цифрової радіолінії до сигнально-завадової обстановки в каналі прийому

Рис. 2 Узагальнена блок-схема тракту прийому цифрового сигналу з адаптацією до сигнально-завадової обстановки

- вектор неперервних параметрів завади;

- корисний сигнал;

- вектор неперервних параметрів корисного сигналу;

- номер завади в масиві моделей завад;

- номер сигналу в масиві процедур обробки (демодуляції);

- значення дискретних параметрів завад;

- значення дискретних параметрів корисних сигналів;

- час затримки спостереження, необхідний для формування оцінки завади;

- оцінки неперервних параметрів завад;

- оцінки дискретних параметрів корисних сигналів;

- час спостереження;

- процедура обробки -го корисного сигналу в умовах впливу -ї завади;

- адитивний білий гаусівський шум (АБГШ).

Важливою характеристикою радіотракту є його динамічний діапазон, під яким розуміють відношення граничних рівнів вхідних впливів, в межах яких забезпечуються припустимі викривлення сигналів. В умовах складної сигнально-завадової обстановки в радіоканалі недостатній динамічний діапазон радіотракту призводить до його перевантаження та погіршення завадозахищеності прийому сигналу. Тому правильність вибору динамічного діапазону радіотракту є одним із визначальних умов забезпечення завадозахищеності прийому в умовах складної сигнально-завадової обстановки. Він повинен забезпечити необхідне відношення сигнал/шум на вході блоку визначення параметрів завади та на вході демодулятора для подальшого відтворення інформації, що міститься в корисному сигналі.

Блок визначення параметрів завади здійснює аналіз сигнально-завадової обстановки в каналі, та в разі її ускладнення за допомогою множини моделей завад, які містять їх еталонні описи, визначає тип завади та здійснює оцінку її неперервних параметрів. На основі отриманих даних в демодулятор завантажується відповідна процедура обробки вхідної суміші.

Оцінка параметрів завади може формуватися шляхом застосування методів теорії лінійної та нелінійної фільтрації [5, 6].

Масив процедур обробки сигналів (суміші сигналів і завад) формується із застосуванням статистичної теорії розділення цифрових сигналів (теорії багатокористувацького детектування).

Слід зазначити, що в роботах [7-13] методами статистичної теорії розділення цифрових сигналів вже були отримані процедури обробки сигналів, що передбачають когерентні (квазікогерентні) методи, які дають змогу забезпечити високу ступінь оцінки неінформаційних неперервних параметрів корисного та заважаючого сигналу. Використання даних методів потребує значних відношень сигнал/завада/шум на вході демодулятора, проте слід зазначити, що на практиці в декаметровому діапазоні при обмеженій потужності передавача та значній довжині радіотраси це не завжди можна забезпечити.

Окремим важливим класом задач завадозахищеного прийому сигналів є задачі, що пов'язані з прийомом корисного сигналу в умовах впливу потужних синхронних та подібних за структурою завад, що є одними із найнебезпечніших при прийомі. Перша вагома публікація за даною тематикою з'явилася ще у 1978 році [6], в якій наведено декілька узагальнених структурних схем демодуляторів цифрових сигналів, що спостерігаються на фоні потужної подібної завади та АБГШ. Проте в запропонованих структурних схемах передбачаються зворотні зв'язки, що висуває додаткові вимоги до стійкості демодуляторів, а відповідь на питання щодо потенційної завадозахищеності прийому сигналу в таких умовах на той час одержана не була.

В статті [9] з різним ступенем коректності стверджується, що за умови суттєвого перевищення миттєвої потужності завади над миттєвою потужністю корисного сигналу (на 6-10 дБ, в залежності від виду модуляції) необхідність в оцінці енергетичних параметрів корисного сигналу відпадає, а при некогерентній демодуляції останнього оцінка його початкової фази також не потрібна. Асимптотична оцінка завадозахищеності вищезгаданих процедур демодуляції виконана відповідно в роботі [10]. Чисельно та аналітично доведено, що за умови суттєвого перевищення миттєвої потужності завади над миттєвою потужністю корисного сигналу потенційна завадостійкість наближається до завадостійкості, коли потужна завада відсутня, а при (відношення енергії завади до спектральної щільності потужності білого шуму) - до потенційної завадозахищенності класичної процедури некогерентної демодуляції цифрового сигналу.

За таких умов для підвищення завадозахищенності прийому корисного сигналу в умовах впливу потужних синхронних та подібних за структурою завад пропонується використовувати компенсаційні процедури із застосуванням когерентної (квазікогерентної) обробки завади та некогерентної обробки корисного сигналу. По-перше, за відсутності завади процедури когерентно-некогерентної демодуляції вироджуються у відповідні некогерентні (автокореляційні) класичні демодулятори (наприклад, ВФМ-2 [14] або ЧМ-2 [15]). По-друге, процедури компенсації завжди здійснюються на виходах кореляційної згортки корисного сигналу, що є зручним з точки зору технічної реалізації. По-третє, дані процедури можуть застосовуватися при розробці перспективних завадозахищених засобів радіозв'язку, зокрема при реалізації перспективних програм повторного використання частотного ресурсу.

Список літератури

1. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты / [В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев и др.]. - М. : Радио и связь, 2000. - 384 с.

2. Варакин Л. Е. Помехоустойчивость систем радиосвязи с шумоподобными сигналами / Л. Е. Варакин // Электросвязь. - 1979. - № 1. - С. 42-48.

3. Interoperability and performance standards for medium and high frequency radio systems : (Superseding MIL-STD-188-141A) : MIL-STD-188-141 : 1999. - Department of defense interface standard, 1999. - 579 p.

4. Demodulation and decoding studies of the 39-tone : MIL-STD-188-110A : 2002. - Technical Memorandum, November 2002. - 49 p.

5. Сосулин Ю. Г. Теория обнаружения и оценивания стохастических сигналов / Ю. Г. Сосулин // Сов. радио. - 1978. - № 53. - С. 320.

6. Тихонов В. И. Оптимальная фильтрация дискретно-непрерывных процессов / В. И. Тихонов, В. Н. Харисов, В. А. Смирнов // Радиотехника и электроника. - 1978. - Т. 23, № 7. - С. 1441-1451.

7. Бураченко Д. Л. Оптимальное разделение цифровых сигналов многих пользователей в линиях и сетях связи в условиях помех / Д. Л. Бураченко - Л.: ВАС, 1990. - 302 с.

8. Бураченко Д. Л. Алгоритм разделения аддитивных неортогональных синхронных сигналов / Д. Л. Бураченко, В. Ф. Ерохин // Радиотехника. - 1985. - №12. - С. 58-59.

9. Бураченко Д. Л. Потенциальная помехоустойчивость демодуляции цифрового сигнала с компенсацией структурной прерывистой помехи / Д.Л. Бураченко, В. Ф. Ерохин // Радиотехника. - 1989. - № 9. - С. 61-62.

10. Ерохин В. Ф. Демодуляция конфликтующих цифровых сигналов / В.Ф. Ерохин - К.: КВИУС-ИК им. В. М. Глушкова АН Украины, 1993. - 133 с.

11. Єрохін В. Ф. Метод синтезу алгоритмів оптимального розділяння двостанових взаємнозаважаючих цифрових сигналів частотної маніпуляції / В.Ф.Єрохін, В. М. Раєвський // Зб. наук. праць - 2004. - № 4. - С. 38-47.

12. Ерохин В. Ф. Оптимальное разделение сигналов частотной манипуляции с непрерывной фазой / В. Ф. Ерохин, Д. А. Люлин, В. В. Мельничук // Наукові праці КВІУЗ - 1998. - № 2. - С. 56-65.

13. Єрохін В. Ф. Сумісна фільтрація дискретно-неперервних та неперервних марківських процесів / В. Ф. Єрохін, О. Г. Соловей // Радіотехніка. - 2007. - № 149. - С. 156-163.

14. Єрохін В.Ф. Алгоритм демодуляції, що забезпечує повторне використання частот цифрового радіомовлення / В.Ф. Єрохін, І.М. Крутофіст // Захист інформації. - 2005. - № 25. - С. 42-47.

15. Єрохін В. Ф. Процедура когерентно-некогерентної демодуляції взаємнозаважаючих цифрових сигналів з двійковою частотною модуляцією / В.Ф. Єрохін, Є. В. Пелешок // Вісник НТУУ «КПІ». Серія Радіотехніка. Радіоапаратобудування. - 2013. - Вип. 53. - С. 23-31.

Размещено на Allbest.ru