Передача дискретной информации путем стохастической модуляции случайной несущей

Г. Н. Розоринов, А. К. Егоров, О. В. Брягин

Размещено на http://www.allbest.ru/

116

Размещено на http://www.allbest.ru/

Передача дискретной информации путем стохастической модуляции случайной несущей

Системы передачи дискретной информации являются одним из основных видов современных радиотехнических систем и быстро развиваются в разных применениях. Увеличивается объем информации и скорость ее передачи. Одновременно возрастают требования по обеспечению их работы в условиях сложных внешних воздействий, а также естественных и преднамеренных помех и помех от других радиотехнических систем, работающих на близких частотах или в общем участке диапазона частот.

Все это делает необходимым не только совершенствование существующих и традиционных систем передачи дискретной информации, но и развитие новых видов систем, а также исследование новых принципов их построения.

Наибольшее значение при совершенствовании систем передачи информации могут иметь исследования, связанные с использованием новых видов сигналов, называемых сложными, широкополосными, шумоподобными, многомерными и др.

Свойства, присущие этим сигналам, делают их перспективными также и при решении некоторых проблем, связанных с обеспечением работы системы в условиях интенсивных помех, передачи информации с малой скоростью в одном широкополосном канале с мощными сигналами и т.п.

Целью настоящей работы является обоснование возможности существенного удешевления и упрощения системы передачи дискретной информации при обеспечении оптимального ее приема по любому из известных статистических критериев обнаружения [1], а также обеспечение способности противостоять обнаружению и измерению параметров.

В работе [2] показано, что коэффициент независимости отсчетов случайного процесса

, (1)

( - п-мерная функция распределения вероятностей случайного процесса, а - одномерные функции рас-пределения вероятностей) совпадает с оценкой отношения правдоподобия для случая проверки гипотезы о том, что наблюдаемые отсчеты случайного процесса зависимы против простой альтернативы, и заключающейся в том, что эти отсчеты независимы. Там же приведены практические результаты измерений коэффициента независимости для произвольно распределенных случайных процессов. Из этих результатов с очевидностью следует, что, изменяя коэффициент связи между отсчетами случайного процесса можно передавать информационные сигналы, обеспечивая их оптимальный прием путем измерения величины коэффициента независимости . Рассмотрим детально передачу и прием таких, по сути, стохастически модулированных сигналов.

По аналогии с предложенным в [2] алгоритмом формирования зависимых отсчетов для реализации стохастической модуляции может быть использован итерационный алгоритм вида:

, (2)

дискретный стохастический модулированный сигнал

где - последовательность независимых отсчетов произвольно распределенного случайного процесса; - модулирующий сигнал; - коэффициент связи между отсчетами; Дt - период следования отсчетов.

Тогда структурная схема стохастического модулятора, реализующего алгоритм (2), представляет собой последовательно соединенные элемент задержки 1 (на время ), двухвходовый перемножитель 2 и сумматор 3 (рис. 1).

Рис. 1. Структурная схема стохастического модулятора

Модулируемая последовательность независимых отсчетов случайного процесса подается на вход элемента задержки 1, где задерживается на время , равное периоду следования отсчетов, и на один из входов сумматора 3. Задержанная на время последовательность независимых отсчетов подается на один из входов перемножителя 2, на другой вход которого поступает модулирующий сигнал . Перемножитель 2 изменяет амплитуду последовательности задержанных отсчетов случайного процесса в раз. Преобразованная таким образом последовательность задержанных отсчетов случайного процесса поступает на другой вход сумматора 3, с выхода которого снимается последовательность стохастически модулированных (по признаку зависимые - независимые) отсчетов случайного процесса . На рис. 2 показан пример стохастической модуляции последовательности независимых отсчетов случайного процесса последовательностью прямоугольных импульсов единичной амплитуды для разных значений коэффициента связи между отсчетами.

Рис. 2. Пример стохастической модуляции случайного процесса последовательностью прямоугольных импульсов

В этом примере - модулирующая последовательность прямоугольных импульсов единичной амплитуды, а - модулируемый случайный процесс с нулевым математическим ожиданием, единичной дисперсией и независимыми отсчетами. Из рис. 2 видно, что при модуляции с достаточно большими (больше 0,4) значениями коэффициента связи нетрудно обнаружить присутствие стохастической модуляции на фоне шумового сигнала. Для устранения возможности обнаружения модуляции поступим следующим образом.

С учетом алгоритма (2) и того, что отсчеты имеют нулевое математическое ожидание, единичную дисперсию и независимы, для математического ожидания и дисперсии сигнала на выходе стохастического модулятора получим:

, .

Это позволяет пронормировать выходной сигнал стохастического модулятора по дисперсии на интервале времени действия модулирующего дискретного сигнала. Для этого достаточно ввести в схему, показанную на рис. 1, еще один перемножитель, выполняющий операцию

(3)

При этом структурная схема стохастического модулятора дискретных сигналов имеет вид, показанный на рис. 3.

Г. Н. Розоринов, А. К. Егоров, О. В. Брягин

Размещено на http://www.allbest.ru/

116

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Структурная схема стохастического модулятора с нормированной дисперсией выходного сигнала

На рис. 4 показан результат стохастической модуляции последовательности прямоугольных импульсов с использованием описанного приема.

Из рис. 4 видно, что введение в стохастический модулятор дополнительного перемножителя 4, нормирующего дисперсию выходного сигнала модулятора, приводит к тому, что обнаружение присутствия модуляции сигнала становится практически невозможным даже при больших значениях коэффициента связи между отсчетами.

Таким образом, не подлежит сомнению возможность осуществления стохастической модуляции и передачи дискретной информации с помощью произвольно распределенных шумов.

Рассмотрим теперь вопрос приема, то есть демодуляции стохастически модулированных сигналов.

Рис. 4. Стохастическая модуляция случайного процесса прямоугольными импульсами с нормированием дисперсии выходного сигнала

В качестве демодулятора стохастически модулированных сигналов может быть использовано устройство для измерения коэффициента независимости отсчетов случайного процесса [2]. Это устройство дает оценку отношения правдоподобия для случая проверки гипотезы о том, что наблюдаемые отсчеты случайного процесса зависимы против простой альтернативы, заключающейся в том, что эти отсчеты - независимы. Структурная схема демодулятора стохастически модулированного шума показана на рис. 5.

На рис. 5 использованы такие обозначения: 1 - элемент задержки с выходами; 2 - пороговые элементы; 3 - n-входовый элемент И; 4 - t-текущие интеграторы; 5 - n-входовый перемножитель; 6 - элемент деления. Работа этого устройства подробно описана в [2], а методика измерения многомерных функций распределения вероятностей произвольно распределенных случайных процессов - в [3].

На рис. 6 показаны временные диаграммы, поясняющие процесс демодуляции стохастически модулированного случайного процесса с помощью устройства для измерения коэффициента независимости отсчетов случайного процесса (рис. 5).

Рис. 5. Структурная схема демодулятора стохастически модулированных сигналов

На диаграмме а) показана модулирующая информационная последовательность прямоугольных импульсов единичной амплитуды; на диаграмме б) - несущая в виде случайного процесса с независимыми отсчетами, нулевым математическим ожиданием и единичной дисперсией; на диаграмме в) - стохастически модулированный случайный процесс ; на диаграмме г) - выходной сигнал демодулятора . При проведении эксперимента постоянная накопления t-текущих интеграторов была выбрана равной 3000, а коэффициент связи между отсчетами .

Нетрудно увидеть, что, несмотря на отсутствие каких-либо признаков информационного сигнала в шумовой несущей, демодулятор уверенно его обнаруживает, реализуя алгоритм оптимального приема.

Г. Н. Розоринов, А. К. Егоров, О. В. Брягин

Размещено на http://www.allbest.ru/

116

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6. Демодуляция стохастически модулированного случайного процесса

Выводы

1. Предложена относительно простая и эффективная система передачи дискретной информации, основанная на использовании величины коэффициента связи между отсчетами случайных процессов, обеспечивающая скрытную передачу и оптимальный прием стохастически модулированных сигналов.

2. Приведены результаты экспериментального исследования системы передачи дискретной информации типа «стохастический модулятор - оптимальный приемник», подтверждающие ее эффективность, способность противостоять обнаружению и практическую реализуемость.

Литература

1. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Кн. 2. - М.: Сов. радио, 1968. - 552 с.

2. Брягин О.В., Егоров А.К., Розоринов Г.Н. Определение степени независимости отсчетов случайных процессов // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. - 2004. - Т. 6, №4. - С. 29-37.

3. Брягин О.В., Егоров А.К., Розоринов Г.Н. Об оценке многомерных функций распределения вероятностей речевых сигналов // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. - 2004. - Т. 6, №3. - С. 41-49.

Размещено на Allbest.ru