Представление сигнала и спектр. Определения

Определения

Физика процесса

Методы борьбы

Вывод

Введение

Возникновение угрозы информации по каналам ПЭМИН возможно за счет перехвата техническими средствами побочных (не связанных с прямым функциональным значением элементов ИС) информативных электромагнитных полей и электрических сигналов, возникающих при обработке информации техническими средствами ИС.

Генерация информации, циркулирующей в технических средствах ИС в виде электрических информативных сигналов, обработка и передача указанных сигналов в электрических цепях технических средств ИС сопровождается побочными электромагнитными излучениями, которые могут распространяться за пределы служебных помещений в зависимости от мощности излучений и размеров ИС.

Регистрация ПЭМИН осуществляется с целью перехвата информации, циркулирующей в технических средствах, обрабатывающих информацию (в средствах вычислительной техники, информационно-вычислительных комплексах и сетях, средствах и системах передачи, приема и обработки информации, в том числе в средствах и системах звукозаписи, звукоусиления, звуковоспроизведения, переговорных и телевизионных устройствах, средствах изготовления, тиражирования документов и других технических средствах обработки речевой, графической, видеои буквенно-цифровой информации).

Для регистрации ПЭМИН используется аппаратура в составе радиоприемных устройств и оконечных устройств восстановления информации.

Кроме этого, перехват ПЭМИН возможен с использованием электронных устройств перехвата информации, подключенных к каналам связи или техническим средствам обработки информации.

Регистрация ПЭМИН может вестись с использованием аппаратуры следующих видов:

· стационарной аппаратурой, размещаемой в близлежащих строениях (зданиях) с неконтролируемым пребыванием посторонних лиц;

· портативной возимой аппаратуры, размещаемой в транспортных средствах, осуществляющих движение вблизи служебных помещений или при их парковке рядом с этими помещениями;

· портативной носимой аппаратурой – физическими лицами в непосредственной близости от ИС;

· автономной автоматической аппаратурой, скрытно устанавливаемой физическими лицами в непосредственной близости от ИС.

Каналы утечки информации, обусловленные наводками, образуются за счет соединительных линий технических средств ИС и вспомогательных технических средств и систем и посторонних проводников (в том числе цепей электропитания и заземления).

Наводки электромагнитных излучений технических средств ИС возникают при излучении элементами технических средств ИС информативных сигналов при наличии емкостной, индуктивной или гальванической связей соединительных линий технических средств ИС, линий вспомогательных средств и систем и посторонних проводников. В результате на случайных антеннах (цепях вспомогательных средств и систем или посторонних проводниках) наводится информативный сигнал.

Прохождение информативных сигналов в цепи электропитания возможно при наличии емкостной, индуктивной или гальванической связи источника информативных сигналов в составе технических средств ИС и цепей питания.

Для съема информации с проводных линий могут использоваться:

· средства съема сигналов, содержащих защищаемую информацию, с цепей технических средств ИС, линий связи и передачи данных, выходящих за пределы служебных помещений (эквиваленты сети, токовые трансформаторы, пробники);

· средства съема наведенных информативных сигналов с цепей электропитания;

· средства съема наведенных информативных сигналов с шин заземления;

· средства съема наведенных информативных сигналов с проводящих инженерных коммуникаций.

Для волоконно-оптической системы передачи данных угрозой утечки информации является утечка оптического излучения, содержащего защищаемую информацию, с боковой поверхности оптического волокна.

Появление новых каналов связи – сотовой связи, спутниковых и беспроводных сетей передачи данных – привело к развитию специализированных систем и средств контроля и перехвата информации, ориентированных на используемые в них информационные технологии, в том числе средств:

· перехвата сообщений и сотовой связи;

· перехвата информации в каналах передачи данных вычислительных сетей.

Определения

Электромагни́тное по́ле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты. Представляет собой совокупность электрического и магнитного полей, которые могут, при определённых условиях, порождать друг друга, а по сути являются одной сущностью, формализуемой через тензор электромагнитного поля.

Канал передачи информации комплекс устройств, используемых для передачи информации от источника до получателя, а также разделяющая их среда.

Гармонические колебания — колебания, при которых физическая величина изменяется с течением времени по гармоническому (синусоидальному, косинусоидальному) закону.

Уравнение гармонического колебания имеет вид

или

,

где х — отклонение колеблющейся величины в текущий момент времени t от среднего за период значения

А — амплитуда колебания, т.е. максимальное за период отклонение колеблющейся величины от среднего за период значения, размерность A совпадает с размерностью x;

ω (радиан/с, градус/с) — циклическая частота, показывающая, на сколько радиан (градусов) изменяется фаза колебания за 1 с;

(радиан, градус) — полная фаза колебания (сокращенно — фаза, не путать с начальной фазой);

(радиан, градус) — начальная фаза колебаний, которая определяет значение полной фазы колебания (и самой величины x) в момент времени t = 0.

Фаза это величина, которая характеризует состояние колеблющегося тела в некоторый момент времени его положение и направление движения.

Сигнал (в теории информации и связи) — материальный носитель информации, используемый для передачи сообщений в системе связи. Сигналом может быть любой физический процесс, параметры которого изменяются (или находятся) в соответствии с передаваемым сообщением.

Сигнал, детерминированный или случайный, описывают математической моделью, функцией, характеризующей изменение параметров сигнала. Математическая модель представления сигнала, как функции времени, является основополагающей концепцией теоретической радиотехники, оказавшейся плодотворной как для анализа, так и длясинтеза радиотехнических устройств и систем. В радиотехнике альтернативой сигналу, который несёт полезную информацию, является шум — обычно случайная функция времени, взаимодействующая (например, путём сложения) с сигналом и искажающая его. Основной задачей теоретической радиотехники является извлечение полезной информации из сигнала с обязательным учётом шума.

По физической природе носителя информации:

· электрические;

· электромагнитные;

· оптические;

· акустические

В зависимости от функции, описывающей параметры сигнала, выделяют аналоговые, дискретные, квантованные и цифровые сигналы:

· непрерывные (аналоговые), описываемые непрерывной функцией;

· дискретные, описываемые функцией отсчётов, взятых в определённые моменты времени;

Аналоговый сигнал (АС)[

Аналоговый сигнал

Большинство сигналов имеют аналоговую природу, то есть изменяются непрерывно во времени и могут принимать любые значения на некотором интервале. Аналоговые сигналы описываются некоторой математической функцией времени.

Пример АС — гармонический сигнал: s(t) = A·cos(ω·t + φ).

Аналоговые сигналы используются в телефонии, радиовещании, телевидении. Ввести такой сигнал в цифровую систему для обработки невозможно, так как на любом интервале времени он может иметь бесконечное множество значений, и для точного (без погрешности) представления его значения требуются числа бесконечной разрядности. Поэтому очень часто необходимо преобразовывать аналоговый сигнал так, чтобы можно было представить его последовательностью чисел заданной разрядности.

Дискретный сигнал

Дискретный сигнал

Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени t_i (где i — индекс). Обычно промежутки времени между последовательными отсчётами (Δt_i = t_i − t_i−1) постоянны; в таком случае, Δt называется интервалом дискретизации. Сами же значения сигнала x(t) в моменты измерения, то есть x_i = x(t_i), называются отсчётами.

Представление сигнала и спектр

Есть два способа представления сигнала в зависимости от области определения: временной и частотный. В первом случае сигнал представляется функцией времени характеризующей изменение его параметра.

Кроме привычного временного представления сигналов и функций при анализе и обработке данных широко используется описание сигналов функциями частоты. Действительно, любой сколь угодно сложный по своей форме сигнал можно представить в виде суммы более простых сигналов, и, в частности, в виде суммы простейших гармонических колебаний, совокупность которых называется частотным спектром сигнала.

Для перехода к частотному способу представления используется преобразование Фурье:

.

Функция называется спектральной функцией или спектральной плотностью. Поскольку спектральная функция является комплексной, то можно говорить о спектре амплитуд и спектре фаз .

Физический смысл спектральной функции: сигнал представляется в виде суммы бесконечного ряда гармонических составляющих (синусоид) с амплитудами , непрерывно заполняющими интервал частот от до , и начальными фазами .

Размерность спектральной функции есть размерность сигнала, умноженная на время.

Параметры сигналов

· Мощность сигнала

· Удельная энергия сигнала

· Длительность сигнала определяет интервал времени, в течение которого сигнал существует (отличен от нуля);

· Динамический диапазон есть отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к наименьшей:

· Ширина спектра сигнала — полоса частот, в пределах которой сосредоточена основная энергия сигнала;

· База сигнала есть произведение длительности сигнала на ширину его спектра . Необходимо отметить, что между шириной спектра и длительностью сигнала существует обратно пропорциональная зависимость: чем короче спектр, тем больше длительность сигнала. Таким образом, величина базы остается практически неизменной;

· Отношение сигнал/шум равно отношению мощности полезного сигнала к мощности шума;

· Объём передаваемой информации характеризует пропускную способность канала связи, необходимую для передачи сигнала. Он определяется как произведение ширины спектра сигнала на его длительность и динамический диапазон:

Спектр сигнала — в радиотехнике это результат разложения сигнала на более простые в базисе ортогональных функций. В качестве разложения обычно используются преобразование Фурье, разложение по функциям Уолша, вейвлет-преобразование и др.

Существуют два способа представления сигнала один из них основан на математическом представлении сигнала как функции времени x=f(t), где независимая переменная t время, и второй в виде X=F(w), где независимая переменная w частота. При преобразовании Фурье происходит преобразование из одной формы представления сигнала в другую. Если сигнал имеет аналоговый вид представляет собой непрерывную функцию, определенную на бесконечном промежутке времени, то преобразование Фурье производится по известным формулам. (Первая формула для прямого преобразования Фурье, вторая для обратного):

Для дискретного сигнала представляющего собой решетчатую функцию и, как правило, определенного на конечном промежутке времени (времени измерения) преобразование Фурье принимает вид так называемого дискретного преобразования Фурье (ДПФ):

где: T период дискретизации

n номер отсчета дискретизированного сигнала, n=0,1,2,:, N-1;

k номер гармоники сигнала, k=0,1,2,:, N-1, частота гармоник равна k/T_изм, где T_измпериод измерения;

W вспомогательная функция.

Недостатком данного алгоритма является большой объем повторяющихся вычислений W^nkпри различных комбинациях n и k. Устранение этих избыточных операций приводит к так называемому алгоритму быстрого преобразования Фурье, который обычно и используется.

Преобразование Фурье

Существуют два способа представления сигнала один из них основан на математическом представлении сигнала как функции времени x=f(t), где независимая переменная t время, и второй в виде X=F(w), где независимая переменная w частота. При преобразовании Фурье происходит преобразование из одной формы представления сигнала в другую. Если сигнал имеет аналоговый вид представляет собой непрерывную функцию, определенную на бесконечном промежутке времени, то преобразование Фурье производится по известным формулам. (Первая формула для прямого преобразования Фурье, вторая для обратного):

Для дискретного сигнала представляющего собой решетчатую функцию и, как правило, определенного на конечном промежутке времени (времени измерения) преобразование Фурье принимает вид так называемого дискретного преобразования Фурье (ДПФ):

где: T период дискретизации

n номер отсчета дискретизированного сигнала, n=0,1,2,:, N-1;

k номер гармоники сигнала, k=0,1,2,:, N-1, частота гармоник равна k/T_изм, где T_измпериод измерения;

W вспомогательная функция.

Недостатком данного алгоритма является большой объем повторяющихся вычислений W^nkпри различных комбинациях n и k. Устранение этих избыточных операций приводит к так называемому алгоритму быстрого преобразования Фурье, который обычно и используется.

Модуля́ция (лат. modulatio — размеренность, ритмичность) — процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала(сообщения).

Передаваемая информация заложена в управляющем (модулирующем) сигнале, а роль переносчика информации выполняет высокочастотное колебание, называемое несущим. Модуляция, таким образом, представляет собой процесс «посадки» информационного колебания на заведомо известную несущую.

В результате модуляции спектр низкочастотного управляющего сигнала переносится в область высоких частот. Это позволяет при организации вещания настроить функционирование всех приёмо-передающих устройств на разных частотах с тем, чтобы они «не мешали» друг другу.

В качестве несущего могут быть использованы колебания различной формы (прямоугольные, треугольные и т. д.), однако чаще всего применяются гармонические колебания. В зависимости от того, какой из параметров несущего колебания изменяется, различают вид модуляции (амплитудная, частотная, фазовая и др.)

Поскольку сети связывают цифровые компьютеры, по каналу связи необходимо передавать дискретные данные. Соответственно, при использовании аналоговых сигналов необходимо некоторое превращение (кодировка) переданных данных этими сигналами. Такое превращение называетсяаналоговой модуляцией(или аналоговой кодировкой). В его основе лежит изменение одной из характеристик синусоидального несущего сигнала в соответствии с последовательностью переданных данных. Основные способы аналоговой модуляции: амплитудная, частотная и фазовая. Возможно также использование комбинированных методов, например, соединения амплитудной и фазовой модуляций.

При амплитудной модуляции (рис. 1 b) изменяется только амплитуда синусоиды несущей частоты, при передаче логической единицы выдается синусоида одной амплитуды, а при передаче логического нуля – другой амплитуды. Этот способ в чистом виде имеет низкую ошибкоустойчивость и применяется редко.

При частотной модуляции (рис. 1 c) изменяется только частота несущей – для логической единицы и логического нуля выбираются синусоиды двух разных частот. Этот способ достаточно просто реализовать, и часто применяется при низкоскоростной передаче данных.

При фазовой модуляции (рис. 1 d) логической единице и логическому нулю отвечают сигналы одинаковой амплитуды и частоты, но отличаются по фазе (например, 0 и 180 градусов).

Из комбинированных методов широко используются методы квадратурной амплитудной модуляции (Quadrature Amplitude Modulation, QAM), которые соединят амплитудную модуляцию с 4 уровнями амплитуды и фазовую модуляцию с 8 значениями сдвига фазы. Из 32 возможных комбинаций амплитуды и сдвига фазы для передачи данных в разных модификациях метода используются всего некоторые, в то время, как все другие комбинации являются запрещенными, что позволяет улучшить распознавание ошибочных сигналов.

Рис. 1 Разные типы модуляции

Физика процесса

Поиск по сайту: