АНАЛІЗ МЕТОДІВ ПІДВИЩЕННЯ СПЕКТРАЛЬНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ІНФОРМАЦІЙНИХ СИСТЕМ

Анотація

У статті розглядаються основні фізичні властивості сигналів, що використовуються в сучасних інформаційних системах, та їхній вплив на спектральну ефективність. З огляду на зростаючі вимоги до швидкості передачі даних, захисту інформації та ефективного використання спектру в умовах обмежених ресурсів, зростає актуальність дослідження не тільки традиційних (детермінованих) сигналів, але й складніших – хаотичних і стохастичних.

Метою дослідження є виявлення й обґрунтування фізичних і статистичних характеристик хаотичних та стохастичних сигналів, що впливають на їхню здатність забезпечувати високу спектральну ефективність, з одночасним збереженням завадостійкості та інформаційної безпеки в системах передавання даних.

Особлива увага приділяється порівнянню сигналів різної природи: гармонійних, хаотичних і стохастичних. Гармонійні сигнали, хоча й прості в реалізації та обробці, мають низьку спектральну ефективність і слабкий захист від перешкод. Хаотичні сигнали демонструють найвищу ефективність використання спектру, але потребують складних методів генерації та обробки. Стохастичні сигнали, в свою чергу, виступають компромісом між ефективністю та стійкістю до завад, демонструючи хорошу адаптацію до умов зашумленого середовища.

У роботі використано як класичні методи аналізу (перетворення Фур’є, вейвлет-перетворення, перетворення Гілберта, Z-перетворення), так і інноваційні підходи – ряди Вольтерра та перетворення Кархунена–Лоєва, які дозволяють врахувати нелінійність, нестаціонарність і складну структуру сигналів. Проведено моделювання, побудовано графіки залежності спектральної ефективності від параметрів сигналів (ширини смуги, SNR, часу, геометричних характеристик тощо) та здійснено порівняльний аналіз методів обробки.

Результати дослідження показали, що комбіноване застосування рядів Вольтерра (для врахування нелінійних взаємозв’язків) і перетворення Кархунена–Лоєва (для декореляції та зменшення надмірності) дозволяє значно підвищити спектральну ефективність стохастичних та хаотичних сигналів. Такий підхід забезпечує оптимізацію використання частотного ресурсу, знижує рівень шуму, та дозволяє адаптувати систему до змін середовища, що особливо важливо для військових, мобільних та супутникових систем зв’язку.

Практичне значення результатів полягає у можливості впровадження запропонованих рішень у безпроводові інфокомунікаційні системи, системи бойового управління, сенсорні мережі, засоби захищеного зв’язку, де високі вимоги до надійності, конфіденційності та ефективності використання спектру є критично важливими.