CC BY
4
Visnyk N'l'UU KP1 Seriia Radiolekhnika tiadioaparatobuduummia, "2021, Iss. 85, pp. 27—32
УДК 621.396:004.056
Використання функцш Уолша для пщвищення
• • • -в •• •••••
енергетично1 прихованост1 цифрово1 радюлши
Андреев О. В., Дубина О. Ф., Шкппчук Т. М., Ципоренко В. В.
Доржашшй ушворситот «Житомырська иолггохшка» E-mail: Fedorovich_ daf&ukr.ncl.
Для передач! апалогових сигпалш по каналах радюзв'язку у районах з! складпим рельефом мюце-вост! широко впкорпстовуеться короткохвпльовпй та ультракороткохвильовий д1апазопи. При цьому бглышеть засоб!в радюзв'язку впкорпстовують частотпу модуляцпо передавача при обмежешй смуз! частот. Так! сигпали мають достатпьо високу спектральпу щиыпеть потужпоста, що дае змогу вияв-ляти i перехоплювати пов1домлеппя. як! передаються. У сучаспих телекомушкациших системах при передач! дапих по радюкапалу НВЧ д!апазопу широко використовуються сигпали. ширила спектру яких перевищуе смугу частот, що пеобх1дпа для передач! дапих 1з визпачепою швидшетю. Це за-безпечуе багатокапальпу передачу цифрових дапих па одшй песучш в НВЧ д!апазош з пеобх1дпими показпиками якост. В умовах 1спуючих обмежепь па потужшеть передавача, пеобх1дпа дальшеть радюлши забезпечуеться шляхом адаптивно! змши як тривалост! передаваппя. так i параметр!в модуляцГ! радюсигпалу. Одпак. тривалють передач! у реальному час! цифрового сигналу мови 1з визпачепою шириною спектру по може перевищувати значения перюду дискретизацп сигналу. У статт! запроио-повапий вар1апт використашш фупкцш Уолша для розширеппя спектру сигналу цпфрово! радюлши в умовах обмежепь як па потужшеть. так i па трнвалють внпромшеппя радюснгпалу. Проведена оцшка умов виявлеппя вппромшюваппя передавача шнрокосмугово! цпфрово! радюлши засобами частотного мошторппгу.
Клюноаг слова: виявлеппя випромтюваппя: радюзв'язок: широкосмуговий сигнал: ортогопальш сигпали: фупкцп Уолша
DOI: 10.20535/RAD АР. 2021.85.27-32
Вступ
У сучасних тслекомушкацшних системах при передач! даних по радкжаналу НВЧ д1апазону набули використання р1зномаштш технолог!! розширення спектру сигналу [1]. При цьому. потр1бна швид-ккть передач! цифрових даних з необхщною якктю. забезпечуеться використанням достатньо широко! смуги радкжаналу. а багатоканальна передача на одшй носучШ в НВЧ д1апазош оргашзуеться шляхом застосування широкосмугових сигнатв (ШС)
[2]. Наприклад. система мобшьного зв'язку СБМА для оргашзацп багатоканально! передач! на одшй носучШ у доапазош частот 800 МГц та 1900 МГц ви-користовуе ширину каналу 25 МГц 1 наб1р взаемно-ортогоналышх функщй Уолша-Адамара. що за-безпечуе розширення спектру сигналу у 64 рази
[3]. Технолоия "Хапсйгоп" передбачае використання ШС 1з середньою частотою 2.4 ГГц та лпшиго-частотною модуляцкю. що дозволяе забезпечити необхцще вщношення сигнал/шум. при потужносп передавача до 20дБм [2]. Необхцща дальшеть радюлши у д1апазош частот вщ 433 МГц до 915 МГц. при обмежешй потужноста передавача. забезпечуе-
ться у технологи "ГоТ1а" шляхом адаптивно! змши як швидкосп передаваппя. так 1 параметр1в сигналу 1з лпшиго-частотною модулящяо. ширина спектру якого перевищуе смугу частот, що необхцща для передач! даних 1з визначеною швидкктю [4.5]. Наприклад. при смуз1 радкжаналу 125 кГц. для отримання значения бази сигналу 4096. тривалкть передач! одного байта шформацп складае блпзько 32 мс [6]. Зауважимо. що при передаванш сигналу мови 1з верхньою частотою спектру 3.9 кГц у реальному чай. перюд дискретизаци не може перевищувати 128 мкс.
При цьому. хоча використашш технологи розширеппя спектру сигналу в цих системах не ставить за мету приховати факт випромшення передавача. але призводить до зменшення спектрально! гщлыгосп потужпоста сигналу, що випромпиое передавалышй пристрш. пор1вняно 1з звнчайннмн вузькосмуговн-мп засобами 1з ткю ж самою потужшетю иередава-ча [2].
Щлеспрямоваио задача приховування факту ви-промииовання передавача вщлшувалась шд час роз-робки Роайською Федеращею системи «Изумруд», яка забезпечуе передачу голосових повщомлень 1
■28
Андреев О. В., Дубина О. Ф., Шштчук Т. М., Цииореико В. В.
цифрових даних 3i швидшстю до ЗМби/с на в1д- 1 Мета роботи стань ввд 1 до 10 км з використанням широкосму-гового сигналу в доапазош частот вщ 20 МГц до 1000 МГц [71. '
Бшышсть засоб1в радюзв'язку УКХ доапазону (мошне 200 МГц) використовують частотну модуля-щю при вузыий смуз1 радюканалу, що но поровищуе 25 кГц та потужшстю передавача до 20 Вт [8]. Це да с змогу виявляти 1 перехоплювати пов1домлсшш, що передаваться такими вузькосмуговими засобами, на вщстанях, що перевшцують далыисть 1х зв'язку. Тому дуже важливим аспектом шд час проведения спощалышх операщй с застосування засоГяв прихованого зв'язку. яы використовують сигнали з1 зменшеною спектрального щшыистю потужность Проведений патентний пошук, показав, що напря-мок розробки подобних засоб1в зв'язку 1з застосування широкосмугових сигнатв в УКХ доапазош с актуальною науковою задачею [9]. Тому у [10] вперше запропоновано використання ШС 1з лшшно-частотною модулящяо носучсм 30 МГц для передач! аналогового сигналу мови та розроблона методика оцшки можливоста виявлення випромпиовання пе-редавача засобом частотного мошторингу, у якосп якого розглядався приймач АТ15000. Оцшка якосп иередавання у реальному часй цифрового сигналу мови на носучш частот! 30 МГц з використанням прямого розшироння спектру сигналу 13-розрядним кодом Баркера та визначоння умов, за яких можли-во виявлення шформацшного сигналу приймачом АТ15000 розглядалась у [11]. Завдяки оптималыий обробщ у приймач1 ШС можливо отримати збшь-шоння потужносп корисного сигналу у базу раз1в. Додаткове збшыпеппя вщношення сигнал/шум Б/Ы можливо досягти шляхом адаптивного завадоспй-кого кодування [12].
Дослщження, що були проведет в [10, 11], показали, що змоншоння спектрально! нцлыгосп ШС суттево зменшус далыисть, на якш можливо ви-явити випромшення широкосмугового засобу радюзв'язку (ШЗР), пор1вняно 1з звичайними вузькосмуговими засобами 1з таяо ж самою потужшстю передавача. При цьому, як правило, кшцовою метою виявлеиия сигналу с визначоння мкцезна-ходження передавача ШЗР. У свою чергу точшсть розв'язання цМ задач1 суттсво заложить вщ вщно-шения сигнал/шум, що створюеться на вход1 засобу пеленгування [13].
Подальше покращення онерготично1 приховано-ста ШЗР можливо шляхом збшынення бази сигналу з одночасним змоншенням потужносп передавача. Однак такий шдхщ до розв'язання задач1 прихова-носп випромпиовання радюсигналу УКХ д1апазону з використанням ШС у лиоратур1 но знайшов в1д-ображення.
Розв'язання нового науково-техшчного завдан-ня, спрямованого на шдвшцення прихованоста иередавання у реальному чай цифрового сигналу мови в УКХ д1апазош через використання iciiyioniix ме-тод1в розшироння спектру сигналу, при зменшенш потужноста передавача, та визначоння iraoBipnocTi виявлення засобами частотного мошторингу факту випромпиовання передавача i3 змеишоиим зиачеи-иям спектрально! щшыгосп потужносп за paiiime розробленою методикою.
2 Викладення матер1алу дослщження
Нехай поредаваншо шдлягае сигнал мови i3 ворхньою частотою спектру 3,9 кГц, а при аналого-цифровому nepoTBopeinii сигналу використовуеться 256 piBiiiB квантування з перюдом дискретизацй' 128 мкс. На кожному штервал1 дискретизацй' на вхщ кодеру надходить 8 6iT, яким ставиться у вщповщ-nicTb певна функщя Уолша. При тривалосп оле-ментарного символу функцй' 0,5 мкс, вщбувасться розшироння спектру сигналу до 2 МГц, а база сигналу дор1вшое 256. Для оргашзацй' багатоканалыго! передач! перодбачасться використовувати частотно роздшоння з фазовою машпулящяо носучсм часто-ти, що дозволить но враховувати взасмну королящю сигнал1в pi3inix ШЗР, яш використовують щентичш функцй' Уолша.
Яшсна передача шформацй' при дв1йков1й восьми розряднш 1мпульсно-кодовш модуляцй' (IKM),
3 одночасним використанням ортогоналышх функцй' Уолша, забезпочусться при оптимальному вщно-шенш сигнал/шум S/N на вход1 демодулятора IKM 15 дБ [14]. Отжо, ощнка можливосп передач! шфор-мацй' i3 заданпмп показнпкамп якоста за допомогою ШЗР фактпчно зводпться до розрахунку вщношо-ння S/N для визначено!' дальноста зв'язку. Знайтн потужшсть сигналу на вход1 ириймача на вщсташ R вщ передавача, при умовь що в радкмшш вико-ристовуються радюхвшп довжипою А, потужшсть випромппованих перодавальиою аитеиою коливаиь Рв, и коефщент шдсиления GB, а коеф1щент ищ-силення приймально! антенн Gn, можна з формулп [10,15]:
Рс
PBGBGnA2^i]ii]2 (4^)2Д2 '
де коеф1щенти корисно! дй' антено-фщерного
передавального та приймального тракт1в; 7 - мно-жник послабления сигналу при розповсюджонш вщ передавача до приймача.
Множник послабления сигналу при розповсюджонш вздовж noBopxiii можна визначити
Using Walsh Functions for Increase the Stealth Communication in a Digital Radio Channel
■29
завиразом [16]:
1
Anhih^ XR :
де h1,h2 - висота передавально! та приймально! антен.
Будемо вважати, що передавай ШЗР випромь шое сигнал потужшстю 5 Вт з фазовою машпуля-щею носучсм частоти 30 МГц. Для передавання i приймання використовуються неспрямоваш антенн, тобто GB = G„ = 2 дБ, щ = щ = 0, 9, що розташо-вуються на висот1 h\ = h2 = 2 м. Потужшсть шуму на вход1 прнймача ШЗР. що мае коефщент шуму 10 та смугу пропускания Д/шзр = 2 мГц, не буде перевищувати Рш = 8 • 10-10 Вт [17].
Результаты розрахунку ведношення S/N для pi3-них ведстаней R наведеш у табл. \. Як видно з навсдсних даних, на вход1 демодулятора IKM ШЗР забезпечуеться необхедне ведношення S/N на ведста-ni вед передавача, що трохи перевшцуе 6 км. IvpiM того, як передуе з навсдсних у табл. 1 даних. при зменшенш потужносп передавай ШЗР у десять ра-з1в. далыисть дй° радкмшш зменшуеться до 3 км.
Перев1рка можливосп внявлення факту випро-мпиовання ШЗР засобамн частотного мошторин-гу полягае у впзначенш ведношення S/N, яке буде створюватпсь иередавачем ШЗР на входа прнймача частотного мошторингу (4M). Ведношення сигнал/шум на вход1 прнймача 4M у смуз1 пропускания Д/с, що створюеться иередавачем ШЗР, визначаеться згедно виразу [11.15]:
S/N =
A fg
А/шз
-р,
шзр
р
J II
Р
Р
жшеть шуму на вход1 прнймача 4M.
Якщо коефщент шуму приймача 4M не переви-гцуе 10 дБ. то потужшсть шуму на входа приймача i3 смугою Дfc = 25 кГц не буде перевищувати ^м = 1 • 10-11 Вт [17]. У табл. 1 наведеш розрахун-KOBi значения ведношення S/N на вход1 приймача 4M i3 неспрямованою аитеною при змии ведсташ
до передавача ШЗР з потужшстю 5 Вт та 0.1Вт. 3 анатзу цпх даних виходить, що передавай ШЗР з потужшстю 5 Вт створюе на вход1 приймача 4M на ведсташ 1км ведношення S/N = 16, 3дБ. Тобто, розшпрення спектру сигналу у два рази, nopiBirano i3 paiiime розглянутими ШЗР [10,11], у тих самих умовах, призводить до зменшення ведношення S/N на входа приймача 4M на ЗдБ. У той же час зменшення потужноста передавача ШЗР з 5 Вт до 0,1 Вт, призводить до зменшення ведношення S/N на вход1 приймача 4M на 17 дБ. Можна вважати, що сигнал ШЗР буде сприйматися будь-яким шшим прийма-чем як сигнал з неведомою початковою фазою i амшптудою. Тод1 при ведношенш S/N = 16,3дБ приймач 4M зможе виявити такий сигнал з умов-ною fiMOBipiiicTio правильного внявлення (при ймо-BipnocTi хибио! тривоги 10-4) не менше 0,8 [15]. При зменшенш потужноста передавача ШЗР до 0,1Вт, передача шформацй' i3 заданими показниками яко-CTi забезпечуеться на ведсташ до 2 км, а така сама умовна fiMOBipnicTb правильного внявлення сигналу прнймачем 4M забезпечуеться лнше на ведсташ 0,26 км вед передавача.
Висновки
Таким чином, покращення енергетично! прихо-BanocTi ШЗР вдалося досягти завдяки иодалыно-му змеишеишо спектрально! щшьност сигналу, по-piBiMiio з paiiinie розглянутими засобамн, шляхом одночасного зменшенням потужносп передавача. Зменшення потужноста передавача ШЗР з 5 Вт до 0,1 Вт призвело до зменшення ведношення S/N на вход1 приймача частотного мошторингу на 17дБ. При цьому, збшынення бази сигналу забезпечило можливкть передач! шформацИ i3 заданими показниками якосп на ведстань до 2 км, при зменшенш потужноста передавача ШЗР. Незважаючи на можливкть внявлення сигналу ШЗР, будь-який iiimnfi приймач, що не мае anpiopiio'i шформащ! про пара-метри кодування шформацшного сигналу, не зможе ведновити шформацио, що мктиться у сигнал!.
Табл. 1 Значения ведношення на pi3inix ведстанях вед передавача ШЗР
R, км На вход1 демодулятора IKM при потужносп передавача 5 Вт, дБ На вход1 демодулятора ЖМ при потужносп передавача 0,5 Вт, дБ На вход1 демодулятора IKM при потужносп передавача 0,1 Вт, дБ На вход1 приймача частотного мошторингу для потужносп передавача 5 Вт/0,1 Вт, дБ
0,5 49,4 39,4 32,4 25,3/8,3
1 40,4 30,4 23,4 16,3/-0,7
2 31,3 21,4 14,4 7,3/-9,7
3 26,1 16 9 2/-15
6 17 7 0,05 -7/-24
30
Andreiev О. V'., Dubvna О. F., Nikitchuk Т. M., Tcyporenko V. V.
Перелж посилань
1. Huilin Xu, Liuqing Yang. Ultra-wideband technology: Yesterday, today, and tomorrow. // IEEE Radio and Wireless" Symposium. 2008. P. 715-718. DOl: 10.1109/RWS.2008.4463592.
2. Wang .1. .1. H.. Stealth Communication Via Smart Ultra-Wide-Band Signal in 5G, Radar, Electronic Warfare, etc.*. // 2020 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and North American Radio Science Meeting. 2020. P. 1825-1826. DOl: 10.1109/1EEECONF35879.2020.9330108.
3. Adachi F., Garg D. , Takaoka S., Takeda K. Broadband CDMA techniques. // IEEE Wireless Communications. 2005. Volume: 12, Issue: 2. P. 8-18. DOl: 10.1109/MWC.2005.1421924.
4. LoRa and LoRaWAN: A Technical Overview. Semtech Corporation. 2020. P. 1-29.
5. Hanif M. and Nguyen H. H. Slope-Shift Keying LoRa-Based Modulation. // IEEE Internet of Things Journal.
2021. Vol. 8, Iss. 1. P. 211-221. DOl: 10.1109/.U-OT.2020.3004318.
6. Augustin A., Yi .1., Clausen Т. H., Townsley W. M. A Study of LoRa: Long Range & Low Power Networks for the Internet of Things. // Sensors. 2016. Vol. 16, Iss. 9: 1466. D01:10.3390/sl6091466.
7. Гришеицев А. Ю., Елсуков A. 11., Коробейников А. Г., Сидоркииа 11. Г. Разработка и модельная реализация приёмопередающего устройства скрытого иодшумово-1'о обмена широкополосными радиосообщеииями // Весиик Чувашского университета. 2017. №3. С. 195-206.
8. Вурляй 1. В. Системи радюзв:язку та i'x застосуваи-ия оиеративио-рятувалышю службою / 1.В. Вурляй, В.В. Орел, О.М. Джулай: Hoci6iiiiK. 4epiiiriB: РВК «Десияиська правда», 2007. 288 с.
9. llpucTpifl ириймаиия широкосмугових cui4ia;iiB з jiiiiifl-11010 частотною модулящею: иат. Укра'ша: М11К H04L 27/14 / Андреев О.В., Мартничук 11.11., Полещук 1.1., Хомеико М.Ф.; власиик Житомирський державиий технолог! чшш ушверситет; № 118728; заявл. 14.07.2017; опубл. 25.02.2019, Вюл. № 4. 4 с.
10. Андреев О. В. Широкосмуговий 3aci6 рад!озв:язку ко-роткохвильового д1апазоиу для передач! аналоговых вузькосмугових curiia;iiB / О.В. Андреев, 11. 11. Мартиичук, 1.1. Полещук, М.Ф. Хомеико // BiciiiiK М<ДТУ №3 (78), Житомир: ЖДТУ. 2016. с'. 49-55.
11. Андреев О. В. Короткохвильовий цифровий широкосмуговий 3aci6 рад!озв:язку / О.В. Андреев, В.В. Ди-иореико, С.О. Андреева, О.Р. Рихальський // BiciuiK М^ДТУ №1 (83), Житомир: ЖДТУ. 2019. С.' 197-200. DOl: 10.26642/tn-2019-l (83)-197-200.
12. Дубина, О. Ф., Шкггчук, Т. М. Коцюба, 1. Г. (2019) Алгоритм вибору завадоспйких шадв для роботи систем радшзв:язку в короткохвильовому д!аиазош, BiciuiK НТУУ "Kill". Copin Радштехшка, Радшаиаратобуду-ваиия, 77, с. 47-52. doi: 10.20535/RADAP.2019.78.47-52.
13. Дииореико В. В. Анализ точности бесиои-скового цифрового метода корреляциошш-иитерферометрического пеленгования с двухмерной корреляционной обработкой пространственного сигнала / В. В. Дииореико, В. Г. Дииореико, В. В. Чухов, А. В. Андреев // BiciuiK НТУУ "Kill". Copin Радштехшка, Рад1оаиаратобудува1шя. 2018. Вии. 72. С. 23-31.
14. Варакии Л. Е. Системы связи с шумоиодобиыми сигналами / Л.Е. Варакии. М. : Радио и связь, 1985. 384 с.
15. Казарииов Ю. М. Радиотехнические системы: учеб. для вузов / Ю. М. Казарииов М. : Академия, 2008.
592 с.
16. Шлшський В. В. Texiii4iia електродииамжа та иошире-1шя радкжвиль / В. В. Шлшський. Кшв : Кафедра, 2014. 336 с.
17. Recommendation 1TU-RP.372-13 (09/2016). Radio noise. International Telecommunication Union.
References
[1] Huilin Xu and Liuqing Yang. (2008). Ultra-wideband technology: Yesterday, today, and tomorrow. 2008 IEEE Radio and Wireless Symposium, pp. 715-718. DOl: 10.1109/RWS.2008.4463592.
[2] Wang .1. .1. H.. (2020). Stealth Communication Via Smart Ultra-Wide-Band Signal in 5G, Radar, Electronic Warfare, etc.*. 2020 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and North American Radio Science Meeting, pp. 1825-1826. DOl: 10.1109/1EEECONF35879.2020.9330108.
[31 Adachi F., Garg D„ Takaoka S. and Takeda K. (2005). Broadband CDMA techniques. IEEE Wireless Communications, Vol. 12, Iss. 2, pp. 8-18. DOl: 10.1109/MWC.2005.1421924.
[4] LoRa and LoRaWAN: A Technical Overview. (2020). Semtech Corporation, pp. 1-29.
[5] Hanif M. and Nguyen H. H. (2021). Slope-Shift Keying LoRa-Based Modulation. IEEE Internet, of Things Journal, Vol. 8, Iss. 1, pp. 211-221. DOl: 10.1109/.U-OT.2020.3004318.
[6] Augustin A., Yi .1., Clausen T. H., Townsley W. M. (2016). A Study of LoRa: Long Range & Low Power Networks for the Internet of Things. Sensors, Vol. 16, Iss. 9: 1466. D01:10.3390/sl6091466.
[7] Grishentcev A., Elsukov A., Korobeynikov A., Sidorkinal. (2017). Development and model implementation of the transceiving device of the hidden subnoise exchange by broadband radio signals. Vestnik Chuuashskogo universi-teta, Vol. 3, pp. 195-206. [In Russian].
[8] Burliai 1. V., Orel B. B„ Dzhulai O. M. (2007). Radio communication systems and their use by the rescue service. Manual fSystemy radiozviazku ta yikh zastosuvannia operatyuiio-riatuvaliioiu sluzhboiu. Posibnykj. Chernihiv: RVK «Desnianska pravda», 288 p. [In Ukrainian].
[9] Andreev O. V., Martinchuk P. P., Poleschuk 1. 1., Khomenko M. F. (2019). Device for receiving broadband signals with linear frequency modulation: Patent Ukraine: MPK H04L 27/14. Owner Zhytomyr State Technological University, № 118728, Bui. 4, 4 p.
[10] Andreyev O. V., Martynchuk P. P., Poleschuk 1. 1., Khomenko N. F. (2016). Broadband radio communication of short-wave band for transmission of analogue narrowband signals The .Journal of Zhytomyr State Technological University / Engineering, Vol. 3(78), pp. 49-55. [In Ukrainian].
Using Walsh Functions for Increase the Stealth Communication in a Digital Radio Channel
31
[11] Andreev O. V'., Tsyporenko V.V., Andreeva Ye. O., Ryhalsky O. R. ("2019). The shortwave digital broadband radio communication device. The .Journal of Zhytomyr State Technological University / Engineering, Vol. 1(83), pp. 197 200. DOl: 10.26642/tn-2019-l(83)-197-200. [In Ukrainian].
[12] Dubyna O. F., Nikitchuk T. N„ Kotsiuba 1. H. (2019). Algorithm for the selection of error-correcting codes for the operation of radio communication systems in the shortwave range. Visnyk NTUU KP1 Seriia - Radio-tekhnika Radioaparatobuduvannia, Vol. 77, pp. 47-52. doi: 10.20535/RADAP.2019.78.47-52. [In Ukrainian],
[13] Thyporenko, V. V., Tsyporenko, V. C., Chukhov, V. V., Andreiev, O. V. (2018). Analysis of Accuracy of Direct Digital Method of Correlative-lnterferometric Direction Finding with Two-Dimensional Correlative Processing of Spatial Signal. Visnyk NTUU KPl Seriia - Radio-tekhnika tiadioaparatobuduuannia, Vol. 72, pp. 23-31. doi: 10.20535/RADAP.2018.72.23-31. [In Russian],
[14] Varakyn L. E. (1985). Communication systems with noise-like signals ¡Si.ste.myi svyazi s shumopodobnyimi si-gnalamij. M.: Radyo y sviaz, 384 p. [In Russian].
[15] Kazarinov Vu. M. (2008) Radio engineering systems: textbook for universities fRadio tehnicheskie sistemyi: ucheb. dlya vuzovj. M.: Akademiya, 592 p. [In Russian].
[16] Pilinskyi V. V. (2014). Technical electrodynamics and propagation of radio waves: a textbook for students in the held of training 6.050903 "Telecommunications" [Tekhnichna elektrodynamika ta poshyrennia radiokhvyl: navchalnyi posibnyk dlia studentiv napriamu pidhotovky 6.050903 «Telekomunikatsii»]. Kyiv : Kafedra, 336 p. [In Ukrainian].
[17] Recommendation 1TU-RP.372-13 (09/2016). Radio noise. International Telecommunication Union.
Использование функций Уолша для повышения энергетической скрытности цифровой радиолинии
Андреев А. В., Дубина А. Ф., Никитчук Т. Н., Ципоренко В. В.
Для передачи аналоговых сигналов по каналам радиосвязи в районах со сложным рельефом местности широко используется коротковолновый и ультракоротковолновый диапазоны. При этом большинство средств радиосвязи используют частотную модуляцию передатчика при ограниченной полосе частот. Такие сигналы имеют достаточно высокую спектральную плотность, что позволяет выявлять и перехватывать передаваемые сообщения.
В современных телекоммуникационных системах, при передаче данных по радиоканалу СВЧ диапазона, широко используются сигналы, ширила спектра которых превышает полосу частот, необходимую для передачи даппых с определенной скоростью. Это обеспечивает нужную скорость передачи цифровых даппых при достаточно низкой вероятности обнаружения радиосигнала. В условиях существующих ограничений па мощность передатчика, необходимая дальность радиолинии обеспечивается путем адаптивного изменения
продолжительности передачи, что позволяет существенно увеличить значение базы радиосигнала. Однако, продолжительность передачи в реальном времени цифрового сигнала речи по может превышать значение периода дискретизации сигнала с определенной шириной спектра. В статье предложен вариант использования функций Уолша для расширения спектра сигнала цифровой радиолинии УКВ диапазона в условиях ограничений как па мощность, так и па продолжительность излучения радиосигнала. Проведена оценка условий обнаружения излучения передатчика широкополосной цифровой радиолинии средствами частотного мониторинга.
Ключевые слова: обнаружение излучения: радиосвязь: широкополосный сигнал: ортогональные сигналы: функции Уолша
Using Walsh Functions for Increase the Stealth Communication in a Digital Radio Channel
Andreiev О. V., Dubyna O. F, Nikitchuk Т. M., Tsyporenko V. V.
Introduction. The use of wideband signals in telecommunication systems provides the desired speed of digital data transmission on radio channels of ultrahigh frequencies range with the required quality. In this case, in the range of ultrahigh frequencies, it is possible to provide a sufficiently low probability of detecting wideband signals, which corresponds to the needs of cybersecurit.y and data confidentiality.
Due to the optimal processing in wideband receivers, the power of the useful signal can be increased by of the signal base. A decrease in the spectral power density of a wideband signal reduces the detection range of the radiation of a broadband transmitter, as compared to a narrowband one with the same transmitter power. Further improvement of the stealth communication is possible with an increase in the base of the signal with a simultaneous decrease in the transmitter power.
Purpose of work. Evaluation of the possibility of using wideband signals in the shot wave range for communication digital data and determination the probability of the detection the transmitter radiation with lowing power by means of frequency monitoring.
Presentation of research material. Let the transmission of a voice signal with the upper frequency of the spectrum of 3,9 kHz used the analog-digital signal conversion with 256 quantization levels and a sampling period of 128 y.s. Each 8 bits match a specific Walsh function in the encoder. With an elementary symbol duration of 0,5 ^s, the signal spectrum is expanded to 2 MHz, and the signal base is 256. To organize multichannel transmission is supposed to use frequency separation of the channels with a phasemanipulat.ion of the carrier frequency. This is not need account the mutual correlation the signals of other wideband channels, which use identical Walsh functions. Qualitative transmission of information, with binary eight-bit. pulse-code modulation and the simultaneous use of Walsh orthogonal functions is provided by optimal signal/noise ratio at the input of the demodulator of the pulse-code modulation 15 dB. Consequently, an assessment of the possibility of transmitting information with specified
32
Andreiev O. V., Dubyna O. F., Nikitchuk T. M., Tcyporenko V. V.
quality indicators using a wideband signal is reduced to the calculation of the signal / noise ratio for a certain range of communication. The calculation results show that at the input of the demodulator of the pulse-code modulation of the wideband radio communication tool provides the necessary signal / noise ratio at a distance from the transmitter, which slightly exceeds 6 km. In addition, with a decrease the power transmitter's in ten times, the range of the wideband radio communication decreases to 3 km. Verification of the possibility of detecting a radiation the means of frequency monitoring is to determine the signal / noise ratio that will be created by a wideband radio transmitter at the input of the frequency monitoring receiver. The wideband radio transmitter with a power of 5W creates at the entrance of the receiver of frequency monitoring at a distance of 1 km signal ratio / noise 16,3 dB. In this case, the conventional probability of the correct detection of the signal with an unknown initial phase and the amplitude is at least 0,8. Note, that a narrowband transmitter with the same power, at a distance of 1 km creates a signal / noise
ratio of 36,3 dB at the input of the frequency monitoring receiver. When the transmitter power is reduced to 0,1 W, the transmission of information with the specified quality indicators is ensured over a distance of up to 2 km. In this case, the conditional probability of correct detection of the signal by the frequency monitoring receiver reaches a value of less than 0,5 already at a distance of 0,5 km. Despite the possibility of detecting a radio broadband signal, any other receiver that does not have a priori information about the information signal encoding parameters will not be able to restore the information contained in the signal.
Conclusions. The use of wideband signals with a large base degrades the conditions for detecting the emission of the transmitter compared to narrowband means of communication. A further decrease in the probability of detecting the emission of a wideband signal is possible by decreasing the transmitter's power.
Key words: radiation detection; radio communication; wideband signal; orthogonal signals; Walsh functions
