Способ прямохаотической передачи информации с заданной спектральной маской
Владельцы патента RU 2276458:
Институт радиотехники и электроники Российской Академии наук (RU)
Самсунг Электроникс Ко., Лтд. (KR)
Изобретение относится к области передачи информации с расширением спектра, осуществляемой с помощью хаотических сигналов. Достигаемый технический результат - передача информации между двумя или несколькими пользователями с учетом ограничений, накладываемых на спектральную плотность мощности передаваемого через канал связи сигнала. В способе на передающей стороне формируют носитель информации в заданном диапазоне частот с помощью хаотической динамической системы, структуру которой предварительно синтезируют по заранее заданным характеристикам носителя информации с требуемым спектром, модулируют сформированный хаотический носитель информации соответствующим информационным сигналом и передают его по каналу связи на приемную сторону, где осуществляют прием и демодуляцию принятого хаотического носителя информации с помощью динамической системы, согласованной по своему поведению с хаотической динамической системой передающей стороны, при этом спектральная плотность мощности промодулированного хаотического носителя информации удовлетворяет заданной спектральной маске. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 15 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к области передачи информации с расширением спектра, осуществляемой с помощью хаотических сигналов. В частности, настоящее изобретение относится к способу прямохаотической передачи информации с помощью заданной спектральной маски.
Существующий уровень техники
В настоящее время известно, что хаотические сигналы, генерируемые нелинейными детерминированными динамическими системами (так называемый динамический хаос), обладают целым рядом свойств, способствующих применению этих сигналов для передачи информации:
- возможностью получения сложных колебаний с помощью простых по структуре устройств;
- способностью реализовать в одном устройстве много различных хаотических мод;
- возможностью эффективного управления хаотическими режимами путем малых изменений параметров системы;
- большой информационной емкостью;
- возможностью самосинхронизации передатчика и приемника;
- нетрадиционными методами мультиплексирования;
- конфиденциальностью при передаче сообщений.
В частности, показана перспективность использования хаотических сигналов, генерируемых хаотическими динамическими системами, в качестве несущих или модулируемых колебаний (Дмитриев А.С. и др. Динамический хаос как парадигма современных систем связи // Успехи современной радиоэлектроники, 1997, №10, стр.4; Хаслер М. Достижения в области передачи информации с использованием хаоса // Успехи современной радиоэлектроники, 1998, №11, стр.33; А.С.Дмитриев, А.И.Панас. Динамический хаос. Новые носители информации для систем связи. - Москва: Физматлит, 2002). Предложен ряд конкретных схем передачи информации, использующих динамический хаос, в частности схема хаотической маскировки информационного сигнала (L.Kosarev, K.S.Halle, К.Eckert, L.Chua, U.Parlitz. Experimental demonstration of secure communications via chaotic synchronization // Int. J. Bifurcation and Chaos, 1992, v.2, №3, pp.709-713), схема с переключением хаотических режимов (Н.Dedieu, M.Kennedy, M.Hasler. Chaos shift keying: Modulation and demodulation of a chaotic carrier using self-synchronizing Chua's circuits // IEEE Trans. Circuits and Systems, October 1993, v.CAS-40, №10, pp.634-642), схема с нелинейным подмешиванием информационного сигнала в хаотический (Волковский А.Р., Рульков Н.В. Синхронный хаотический отклик нелинейной системы передачи информации с хаотической несущей // Письма в ЖТФ, 1993, т.3, №3, с.71-75; A.Dmitriev, A.Panas, S.Starkov. Experiments on speech and music signals transmission using chaos // Int. Journal of Bifurcation and Chaos, 1995, v.5, №3, pp.317-376) и др. Предложена прямохаотическая схема связи, в которой хаотические колебания выступают в качестве носителя колебания выступают в качестве носителя информации, генерируемого непосредственно в области частот, где происходит передача информации, например в области СВЧ (Дмитриев А.С., Кяргинский Б.Е., Максимов Н.А., Панас А.И., Старков С.О. Перспективы создания прямохаотических систем связи в радио- и СВЧ-диапазонах // Радиотехника, 2000, №3, стр.9-19).
Существует две разновидности способов передачи информации с расширением спектра. Первая из этих разновидностей использует узкополосный носитель информации. Примерами являются системы МДКР - многопользовательского доступа с кодовым разделением каналов, использующие прямое расширение (Direct Sequence Spread Signals); а также системы с частотной модуляцией, в которых полоса частот передаваемой информации существенно меньше полосы частот передаваемого сигнала. В другой разновидности передачи информации с расширением спектра используется принципиально широкополосный носитель, полоса частот которого шире полосы частот передаваемой информации (патент США №4363130, Н 04 К 1/00, 07.12.1982). К этой же разновидности следует отнести системы с расширением спектра за счет перескока частоты несущего сигнала (Frequency-Hopped Spread Spectrum) (J. Proakis. Digital Communication. McGrow Hill, Inc., New York, 1995).
Наиболее близким аналогом способа по настоящему изобретению является способ передачи информации с помощью хаотических сигналов, в котором на передающей стороне каждого пользователя формируют носитель информации в по меньшей мере части заданного диапазона частот, причем формирование носителя информации осуществляют с помощью хаотической динамической системы, структуру которой предварительно синтезируют по заранее заданным характеристикам упомянутого носителя информации; при синтезировании упомянутой хаотической динамической системы выявляют области ее параметров, обеспечивающих однотипное поведение упомянутой хаотической динамической системы; на основе упомянутых выявленных областей параметров выбирают для данной хаотической динамической системы значения параметров, обеспечивающие формирование упомянутого носителя информации в виде хаотического носителя информации с по меньшей мере требуемыми спектральными характеристиками; модулируют сформированный хаотический носитель информации соответствующим информационным сигналом; передают промодулированный хаотический носитель информации по каналу связи на приемную сторону; на приемной стороне каждого пользователя осуществляют прием и демодуляцию принятого хаотического носителя информации с помощью динамической системы, согласованной по своему поведению с упомянутой хаотической динамической системой передающей стороны (патент РФ №2185032, Н 04 К 1/00, 10.07.2002). Этот способ позволяет эффективно использовать сверхширокую полосу несущего хаотического сигнала для организации высокоскоростных каналов связи.
Однако указанный способ не предполагает иных ограничений на спектр мощности формируемого и передаваемого в канал сигнала, кроме ограничения на его полосу. В частности, он не предусматривает ограничений на спектральную плотность мощности. Между тем, существует потребность в способах передачи с ограничениями на спектральную плотность мощности, например при разработке новых стандартов связи.
Сущность изобретения
Цель настоящего изобретения состоит в разработке способа прямохаотической передачи информации между двумя или несколькими пользователями с учетом ограничений, накладываемых на спектральную плотность мощности передаваемого через канал связи сигнала.
Эта задача решается в способе прямохаотической передачи информации с использованием заданной спектральной маски несущего сигнала, в котором на передающей стороне формируют носитель информации в по меньшей мере части заданного диапазона частот, причем формирование носителя информации осуществляют с помощью хаотической динамической системы, структуру которой предварительно синтезируют по заранее заданным характеристикам носителя информации; при синтезировании хаотической динамической системы выявляют области ее параметров, обеспечивающих однотипное поведение этой хаотической динамической системы; на основе выявленных областей параметров выбирают для данной хаотической динамической системы значения параметров, обеспечивающие формирование носителя информации в виде хаотического носителя информации с по меньшей мере требуемыми спектральными характеристиками; модулируют сформированный хаотический носитель информации соответствующим информационным сигналом; передают промодулированный хаотический носитель информации по каналу связи на приемную сторону; на приемной стороне осуществляют прием и демодуляцию принятого хаотического носителя информации с помощью динамической системы, согласованной по своему поведению с хаотической динамической системой передающей стороны, в соответствии с первым вариантом способа по настоящему изобретению, благодаря тому, что формирование хаотического носителя информации осуществляют путем выбора такой структуры и параметров динамической системы, чтобы сформированный хаотический носитель информации имел заранее заданную спектральной маской спектральную плотность в по меньшей мере части заданного диапазона частот; модуляцию сформированного хаотического носителя информации осуществляют путем формирования в соответствии с информационным сигналом хаотических импульсов заданной длительности с заданными временными интервалами между этими импульсами, причем длительности импульсов выбирают так, чтобы спектральная плотность промодулированного хаотического носителя информации практически не отличалась от спектральной плотности немодулированного хаотического носителя информации.
Та же задача решается в соответствии со вторым вариантом способа по настоящему изобретению благодаря тому, что формирование хаотического носителя информации осуществляют с одновременной его модуляцией информационным сигналом путем выбора такой структуры и параметров динамической системы, чтобы промодулированный этим информационным сигналом хаотический носитель информации имел заранее заданную спектральной маской спектральную плотность в по меньшей мере части заданного диапазона частот.
Дополнительным отличием способа по любому варианту настоящего изобретения является то, что на передающей стороне вводят в хаотический носитель информации либо до его модуляции, либо после такой модуляции признаки, позволяющие идентифицировать его как сигнал данного пользователя, предназначенный для передачи по меньшей мере одному другому конкретному пользователю; на приемной стороне при приеме хаотических носителей информации из канала связи выделяют хаотический носитель информации, предназначенный данному пользователю, на основании идентифицирующих признаков.
Еще одним отличием способа по любому варианту настоящего изобретения является то, что контролируют возможность доступа каждого пользователя к среде распространения хаотических носителей информации и корректируют параметры передаваемого промодулированного хаотического носителя информации с учетом возможности доступа к среде распространения, выявленной в процессе контроля, после чего и передают этот хаотический носитель информации по каналу связи; на приемной стороне осуществляют прием хаотического носителя информации из канала связи и его демодуляцию с учетом возможности доступа к среде распространения, выявленной в процессе контроля.
Еще одним отличием способа по любому варианту настоящего изобретения является то, что в качестве хаотической динамической системы используют динамическую автоколебательную систему с по меньшей мере одним активным элементом и дополнительной частотно-избирательной структурой для формирования хаотического носителя информации с заранее заданной спектральной маской в по меньшей мере части заданного диапазона частот.
Наконец, еще одним отличием способа по первому варианту настоящего изобретения является то, что при модуляции хаотического носителя информации информационным сигналом длительность импульсов выбирают так, чтобы обеспечить заранее заданную базу промодулированного хаотического носителя информации, равную произведению длительности импульсов на ширину полосы по меньшей мере части заданного диапазона частот.
Последним отличием способа по второму варианту настоящего изобретения является то, что на передающей стороне модуляцию информационным сигналом хаотического носителя информации осуществляют путем перемножения информационного сигнала и хаотического носителя информации, а на приемной стороне демодуляцию принятого хаотического носителя информации осуществляют путем его перемножения с хаотическим носителем информации, формируемым на приемной стороне с помощью динамической системы, согласованной по своему поведению с хаотической динамической системой передающей стороны, после чего фильтруют результат этого перемножения.
Из существующего уровня техники неизвестны источники информации, в которых была бы описана вся совокупность существенных признаков любого из вариантов способа по настоящему изобретению, что позволяет считать его новым.
Из существующего уровня техники неизвестны также источники информации, в которых была бы описана совокупность отличительных признаков любого варианта данного способа, что позволяет считать его имеющим изобретательский уровень.
Краткое описание чертежей
Возможные выполнения данного способа проиллюстрированы в описании чертежами, представленными для более полного понимания предлагаемого изобретения. На этих чертежах сходные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
На фиг.1 приведены иллюстративные примеры формы огибающей спектральной плотности мощности хаотического носителя информации, сформированного в соответствии с настоящим изобретением (с использованием спектральных масок).
На фиг.2 изображена обобщенная блок-схема системы связи по настоящему изобретению.
На фиг.3. изображена блок-схема динамической кольцевой автоколебательной системы (а), формирующей требуемый спектр мощности хаотического сигнала путем выбора соответствующих амплитудно-частотной и фазово-частотной характеристик частотно-избирательного элемента в цепи обратной связи (б).
На фиг.4 представлены: пример требуемой формы спектральной маски, генерируемый в соответствии с этой маской спектр мощности исходного хаотического сигнала и форма получающихся при этом хаотических колебаний.
На фиг.5 изображены: два фрагмента излучаемого в канал сигнала, отличающиеся длительностью хаотических радиоимпульсов, и соответствующий им спектр мощности.
На фиг.6 изображена обобщенная блок-схема, в которой представлен второй вариант системы связи.
На фиг.7 изображен пример формирования сигнала с заданной спектральной маской и извлечения информационного сигнала на принимающей стороне по второму варианту настоящего изобретения.
На фиг.8 представлена форма спектра мощности сигнала в различных точках системы по фиг.7.
На фиг.9 приведены: форма исходного информационного сигнала, его оценка на приемной стороне, осуществляемая схемой по фиг.6, и функция их взаимной корреляции.
На фиг.10 изображена обобщенная блок-схема системы связи по настоящему способу, позволяющая организовывать многопользовательский доступ.
На фиг.11 изображен пример блок-схемы системы связи по настоящему способу, реализующей контроль доступа к среде.
На фиг.12 представлены: вариант топологии возможного выполнения динамической автоколебательной системы с использованием единственного активного элемента (а) и спектр генерируемых с его помощью хаотических сигналов (б).
На фиг.13 представлены: вариант топологии возможного выполнения динамической автоколебательной системы с использованием двух активных элементов (а) и спектр генерируемых с их помощью хаотических сигналов (б).
На фиг.14 изображен пример блок-схемы системы связи по настоящему изобретению, реализующей возможность управления величиной базы сигнала в зависимости от качества канала.
На фиг.15 приведены формы сигнала последовательностей хаотических радиоимпульсов с различной величиной процессинга и соответствующие им спектры мощности.
Подробное описание вариантов выполнения изобретения
Основой настоящего изобретения является хаотическая динамическая система, принципы формирования и функционирования которой подробно описаны в упомянутом патенте РФ №2185032.
Хаотическая динамическая система в процессе своего функционирования порождает сложное непериодическое движение или так называемый динамический (детерминированный) хаос. При описании поведения динамических систем используется понятие фазового пространства, в котором состояние системы изображается точкой, а изменение этого состояния во времени - фазовой траекторией, вдоль которой перемещается изображающая точка. Системы с детерминированным хаосом имеют в фазовом пространстве притягивающее множество, где фазовые траектории как бы собираются в единое русло. Это притягивающее множество называется странным аттрактором. Сигналы, формируемые хаотической динамической системой, называются хаотическими.
По своей природе хаотические сигналы обладают сплошным спектром, простирающимся в широкой полосе частот, что позволяет при их использовании в качестве носителя информационного сигнала модулировать такой хаотический носитель информации широкополосным информационным сигналом, практически не изменяя спектральных свойств этого хаотического носителя.
В соответствии с целью настоящего изобретения при формировании хаотического сигнала необходимо не только обеспечивать требуемую полосу спектра мощности передаваемого в канал сигнала, но также и заранее задаваемую форму огибающей спектральной плотности мощности в этой части заданного диапазона частот. Эта форма огибающей задается с помощью так называемой спектральной маски, возможные виды которой приведены на фиг.1. Спектральная маска характеризует соотношение величин спектральной плотности мощности хаотического носителя информации в разных частотных поддиапазонах указанной конкретной части заранее заданного диапазона частот. На фиг.1а представлен условный пример такого сигнала, располагаемого в частотном диапазоне (f1, f2). На фиг.1б приведен другой пример спектра мощности сигнала с фиксированной спектральной маской, предполагаемого к использованию в системах беспроводной внутриоффисной многопользовательской связи (WPAN), рекомендованных FCC (FCC News от 14.02.2002).
Способ по настоящему изобретению (в обоих своих вариантах) может быть осуществлен в системе связи, блок-схема которой приведена на фиг.2. Хаотическая динамическая система 1 на передающей стороне формирует на своем выходе хаотический носитель информации. В модуляторе 2 этот хаотический носитель информации подвергается модуляции соответствующим информационным сигналом 3. Промодулированный хаотический носитель информации, обладающий требуемой спектральной маской, поступает по каналу 4 связи на приемную сторону, содержащую динамическую систему 5, согласованную по своему поведению с хаотической динамической системой 1 передающей стороны и формирующую на своем выходе оценку 6 исходного информационного сигнала 3.
Хаотическая динамическая система 1 (и согласованная с ней динамическая система 5) синтезируется по заранее заданным характеристикам требуемого хаотического носителя информации. К этим характеристикам относятся не только конкретная часть (полоса частот) заранее заданного диапазона частот (а возможно и весь этот диапазон), как это имело место в упомянутом патенте РФ №2185032, но еще и заранее заданная форма огибающей спектральной плотности мощности в этой части заданного диапазона частот - спектральная маска.
Для решения этой задачи в обоих вариантах способа по настоящему изобретению, как и в упомянутом патенте РФ №2185032, при синтезировании хаотической динамической системы выявляют те области ее параметров, которые обеспечивают однотипное поведение данной хаотической динамической системы. Затем на основе выявленных областей параметров выбирают для данной хаотической динамической системы те значения параметров, которые обеспечивают формирование хаотического носителя информации с требуемыми полосами частот и требуемой формой огибающей спектральной плотности.
Решить эту задачу в способе по первому варианту настоящего изобретения можно с помощью хаотической динамической системы, приведенной в упомянутом патенте РФ №2185032, если выбрать частотно-избирательный элемент в цепи обратной связи этой системы с соответствующей амплитудно-частотной и фазово-частотной характеристиками. Возможная блок-схема такой динамической системы, приведенная на фиг.3а, включает в себя нелинейный элемент (НЭ) и частотно-избирательный элемент, сформированный на основе совокупности пассивных фильтров, участвующих в формировании хаотических колебаний, - К фильтров нижних частот (ФНЧ), N полосовых фильтров (ПФ), М режекторных фильтров (РФ) (Dmitriev A.S., Panas A.I., Starkov S.O. Ring oscillating systems and their application to the synthesis of chaos generator // Int. J. Bif. and Chaos, 1997, v.7, N.11, P.2511-2527). На фиг.3б слева представлены примеры амплитудно-частотных характеристик частотно-избирательного элемента, а справа - форма спектров мощности формируемых хаотических сигналов. Иное решение возможно, если выходной сигнал имеющейся хаотической динамической системы с более или менее равномерной спектральной плотностью мощности пропустить через полосовой фильтр с соответствующей амплитудно-частотной характеристикой.
Модулятор 2 в этом случае должен быть таким, чтобы при формировании хаотических импульсов в процессе модуляции информационным сигналом 3 хаотического носителя информации с выхода хаотической динамической системы 1 эти хаотические импульсы на выходе модулятора 2 имели такие длительности и интервалы между ними, которые не изменяли бы форму огибающей спектральной плотности хаотического носителя информации (спектральной маски). Экспериментально показано, что хаотические импульсы не только практически не изменяют полосу частот исходного хаотического сигнала в широких изменениях длительностей импульсов, но и сохраняют при этом форму огибающей спектра мощности - спектральную маску. Это иллюстрируется на фиг.4, где приведены форма спектральной маски (вверху), спектр и форма хаотического сигнала, и на фиг.5, где показаны формы сигнала (вверху), передаваемого в канал при различных длительностях хаотических радиомпульсов, и практически неизменный соответствующий им спектр мощности (внизу).
Прием такого промодулированного хаотического носителя информации может быть осуществлен либо некогерентно, либо когерентным способом, основанным на использовании на приемной стороне хаотической динамической системы, идентичной хаотической динамической системе передающей стороны и генерирующей копию исходного хаотического сигнала, используемого в качестве информационного носителя.
В способе по второму варианту настоящего изобретения требуемая форма огибающей спектральной плотности мощности промодулированного информационным сигналом хаотического носителя, задаваемая спектральной маской, формируется непосредственно в процессе модуляции информационным сигналом 3 хаотического носителя информации в модуляторе 2 (фиг.6). Т.е. хаотический носитель информации на выходе хаотической динамической системы 1 не обязательно имеет требуемую форму огибающей спектральной плотности. Пример формирования хаотического сигнала с заданной спектральной маской по второму варианту настоящего изобретения приведен на фиг.7. Зная требуемую спектральную маску сигнала на выходе модулятора 2 и полосу модулирующего информационного сигнала 3, сначала синтезируют хаотическую динамическую систему 1 таким образом, чтобы огибающая спектральной плотности мощности ее выходного сигнала (хаотический носитель информации) имела форму, которая при перемножении с информационным сигналом 3 изменилась бы так, как того требует заданная спектральная маска. Для организации приема такого рода сигналов на приемной стороне необходимо перемножить принятый сигнал на копию хаотического носителя информации, которая обеспечивается однотипным с системой 1 поведением хаотической динамической системы. После такого перемножения нужно произвести соответствующую фильтрацию 7 и получить на выходе приемной стороны оценку 6 исходного передаваемого информационного сигнала. Форма спектров мощности сигналов в различных точках системы (а-д) изображена на фиг.8. Задача синтеза хаотической динамической системы в рассматриваемом случае может быть решена так же, как в первом варианте настоящего способа, только при иной форме амплитудно-частотной и фазово-частотной характеристик упомянутых выше частотно-избирательного элемента. Как следует из фиг.9, форма исходного информационного сигнала X(t) и сигнала, извлекаемого на приемной стороне Y(t), практически совпадают, что подтверждается их взаимно-корреляционной функцией R(t).
Поскольку способ по настоящему изобретению предназначен для многопользовательской связи, необходимо обеспечить идентификацию как отправителя сообщения, так и получателя сообщения. Для этой цели (фиг.10) на передающей стороне вводят в хаотический носитель информации либо до его модуляции, либо после такой модуляции признаки, позволяющие идентифицировать его как сигнал данного пользователя, предназначенный для передачи по меньшей мере одному другому конкретному пользователю 8. Такое введение идентифицирующих признаков можно осуществить, например, путем выбора для каждого пользователя (или каждой пары пользователей) уникального набора параметров хаотической динамической системы 1. Тогда ввод указанных идентифицирующих признаков происходит еще до модуляции хаотического носителя информации информационным сигналом 3 (или в процессе этой модуляции). Другой путь - введение в каждый передаваемый фрагмент информации специальной преамбулы (предшествующей идентифицирующей посылки) с данными о том, кому этот фрагмент предназначен. На приемной стороне при приеме хаотических носителей информации из канала 4 связи предварительно выделяют хаотический носитель информации, предназначенный данному пользователю (модули 91-9n на фиг.10), на основании этих идентифицирующих признаков. В случае, когда идентифицирующие признаки вводятся путем выбора параметров хаотической динамической системы 1, распознавание (идентификация) адресата производится с помощью хаотической динамической системы (модули 51-5n) приемной стороны, согласованной с хаотической динамической системой 1 передающей стороны. В случае, когда используется преамбула, идентификация принимающего адресата осуществляется путем анализа преамбулы каждого принятого из канала связи 4 пакета информации. При этом сама преамбула может также задаваться соответствующей хаотической динамической системой. Все эти операции можно осуществить, например, с помощью средств, описанных в международной заявке WO 00/74331 (Н 04 L 27/00, 07.12.2000).
При использовании способа по настоящему изобретению, как и для любого иного способа многопользовательской связи, возникает задача занятия одного канала связи не более чем одним передатчиком. Поэтому в способе по настоящему изобретению контролируют возможность доступа каждого пользователя к среде распространения хаотических носителей информации. Один из возможных вариантов может быть реализован следующим образом (фиг.11). На передающей стороне каждого пользователя предварительно анализируют состояние среды (устройство 10) и определяют, свободен ли в настоящий момент используемый задаваемой спектральной маской частотный диапазон канала связи. При наличии какого-либо сигнала в заданной полосе частот (канал занят) передающая сторона переводится в ждущий режим, т.е. генерирование хаотического сигнала прекращается до того момента, пока не освободится используемый в данной спектральной маске рабочий диапазон частот.
Отметим, что в качестве хаотической динамической системы 1 может быть использована динамическая автоколебательная система с по меньшей мере одним активным элементом и дополнительной частотно-избирательной структурой для формирования хаотического носителя информации с заранее заданной спектральной маской в по меньшей мере части заданного диапазона частот. На фиг.12-13 представлены примеры возможного выполнения такой динамической автоколебательной системы на основе одного (фиг.12) и двух (фиг.13) активных элементов и спектры формируемых с их помощью хаотических сигналов. На фиг.12а изображена микрополосковая топология хаотической автоколебательной системы, использующей единственный активный элемент - биполярный транзистор Q, нагруженный на частотно-избирательный элемент (ЧИЭ), выполненный на основе микрополоскового фильтра. Спектр мощности генерируемого сигнала представлен на на фиг.12б. На фиг.13а приведена топология хаотической автоколебательной системы, использующей два активных элемента - транзисторы Q1 и Q2, нагруженные на частотно-избирательную микрополосковую структуру. Спектр мощности хаотических генерируемых колебаний изображен на фиг.13б.
Как отмечено в упомянутом патенте РФ №2185032, увеличение длины хаотического импульса повышает помехоустойчивость схемы передачи, т.к. возрастающая при этом энергия импульса может быть использована для регулирования дальности работы аппаратуры без изменения пиковой мощности передатчика. В данном случае длительность импульсов выбирается так, чтобы обеспечить заданную базу Р сигнала, которая представляет собой число независимых степеней свободы (отсчетов) сигнала и равна Р=Т·ΔF, где Т - длительность импульса, ΔF - полоса частот хаотического носителя информации. Величина Р называется также процессингом сигнала. Увеличение длительности импульсов может быть достигнуто с помощью разных средств в зависимости от применяемых схем хаотической динамической системы 1 и модулятора 2 (фиг.14). Например, при необходимости длительность формируемых хаотических радиоимпульсов может варьироваться непосредственно (устройство 11) в модуляторе передающей стороны системы. Форма сигнала, формируемого таким образом, и соответствующие ему спектры мощности изображены на фиг.15. Как следует из этого чертежа, изменение длительности хаотических радиоимпульсов в два раза практически не приводит к какому-либо значительному изменению формы спектральной характеристики.
Промышленная применимость
Способ прямохаотической передачи информации с заданной спектральной маской по любому варианту настоящего изобретения может применяться в технике многопользовательской связи, основанной на использовании сверхширокополосных сигналов, обеспечивая при этом заранее требуемые спектральные плотности мощности несущего сигнала в различных участках частотного диапазона. В частности, способ по настоящему изобретению может применяться в целом ряде устройств и систем, использующих технику частотного уплотнения каналов связи (например, стандарты IEEE 802.11, IEEE 802.15.3 и их производные).
Настоящее описание приведено только с целью иллюстрации, а не ограничения заявленного способа, объем патентных притязаний которого определяется прилагаемой формулой изобретения с учетом возможных эквивалентов приведенных в ней признаков.
1. Способ прямохаотической передачи информации с заданной спектральной маской, в котором
на передающей стороне формируют носитель информации в по меньшей мере части заданного диапазона частот, причем формирование носителя информации осуществляют с помощью хаотической динамической системы, структуру которой предварительно синтезируют по заранее заданным характеристикам упомянутого носителя информации;
при синтезировании упомянутой хаотической динамической системы выявляют области ее параметров, обеспечивающих однотипное поведение упомянутой хаотической динамической системы;
на основе упомянутых выявленных областей параметров выбирают для данной хаотической динамической системы значения параметров, обеспечивающие формирование упомянутого носителя информации в виде хаотического носителя информации с по меньшей мере требуемыми спектральными характеристиками;
модулируют сформированный хаотический носитель информации соответствующим информационным сигналом;
передают промодулированный хаотический носитель информации по каналу связи на приемную сторону;
на приемной стороне осуществляют прием и демодуляцию принятого хаотического носителя информации с помощью динамической системы, согласованной по своему поведению с упомянутой хаотической динамической системой передающей стороны; отличающийся тем, что
упомянутое формирование хаотического носителя информации осуществляют путем выбора такой структуры и параметров упомянутой динамической системы, чтобы сформированный хаотический носитель информации имел заранее заданную спектральной маской спектральную плотность в упомянутой по меньшей мере части заданного диапазона частот;
упомянутую модуляцию сформированного хаотического носителя информации осуществляют путем формирования в соответствии с упомянутым информационным сигналом хаотических импульсов заданной длительности с заданными временными интервалами между этими импульсами, причем упомянутые длительности импульсов выбирают так, чтобы спектральная плотность промодулированного хаотического носителя информации практически не отличалась от спектральной плотности немодулированного хаотического носителя информации.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что
на передающей стороне вводят в промодулированный хаотический носитель информации признаки, позволяющие идентифицировать его как сигнал данного пользователя, предназначенный для передачи по меньшей мере одному другому конкретному пользователю;
на приемной стороне при приеме хаотических носителей информации из канала связи выделяют хаотический носитель информации, предназначенный данному пользователю, на основании упомянутых идентифицирующих признаков.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что
контролируют возможность доступа каждого пользователя к среде распространения хаотических носителей информации;
корректируют параметры передаваемого каждым пользователем промодулированного хаотического носителя информации с учетом возможности доступа к среде распространения, выявленной в процессе упомянутого контроля, после чего и передают этот хаотический носитель информации по каналу связи;
на приемной стороне осуществляют прием хаотического носителя информации из канала связи и его демодуляцию с учетом возможности доступа к среде распространения, выявленной в процессе упомянутого контроля.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве упомянутой хаотической динамической системы используют динамическую автоколебательную систему с по меньшей мере одним активным элементом и дополнительной частотно-избирательной структурой для формирования упомянутого хаотического носителя информации с упомянутой заранее заданной спектральной маской в упомянутой по меньшей мере части заданного диапазона частот.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при упомянутой модуляции упомянутую длительность импульсов выбирают так, чтобы обеспечить заранее заданную базу упомянутого промодулированного хаотического носителя информации, равную произведению упомянутой длительности импульсов на ширину полосы упомянутой по меньшей мере части заданного диапазона частот.
6. Способ прямохаотической передачи информации с заданной спектральной маской, в котором
на передающей стороне формируют носитель информации в по меньшей мере части заданного диапазона частот, причем формирование носителя информации осуществляют с помощью хаотической динамической системы, структуру которой предварительно синтезируют по заранее заданным характеристикам упомянутого носителя информации;
при синтезировании упомянутой хаотической динамической системы выявляют области ее параметров, обеспечивающих однотипное поведение упомянутой хаотической динамической системы;
на основе упомянутых выявленных областей параметров выбирают для данной хаотической динамической системы значения параметров, обеспечивающие формирование упомянутого носителя информации в виде хаотического носителя информации с по меньшей мере требуемыми спектральными характеристиками;
модулируют сформированный хаотический носитель информации соответствующим информационным сигналом;
передают промодулированный хаотический носитель информации по каналу связи на приемную сторону;
на приемной стороне осуществляют прием и демодуляцию принятого хаотического носителя информации с помощью динамической системы, согласованной по своему поведению с упомянутой хаотической динамической системой передающей стороны, отличающийся тем, что
упомянутое формирование хаотического носителя информации осуществляют с одновременной его модуляцией упомянутым информационным сигналом путем выбора такой структуры и параметров упомянутой динамической системы, чтобы промодулированный упомянутым информационным сигналом хаотический носитель информации имел заранее заданную спектральной маской спектральную плотность мощности в упомянутой по меньшей мере части заданного диапазона частот.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что
на передающей стороне вводят в промодулированный хаотический носитель информации признаки, позволяющие идентифицировать его как сигнал данного пользователя, предназначенный для передачи по меньшей мере одному другому конкретному пользователю;
на приемной стороне при приеме хаотических носителей информации из канала связи выделяют хаотический носитель информации, предназначенный данному пользователю, на основании упомянутых идентифицирующих признаков.
8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что
контролируют возможность доступа каждого пользователя к среде распространения хаотических носителей информации;
на передающей стороне корректируют параметры передаваемого каждым пользователем промодулированного хаотического носителя информации с учетом возможности доступа к среде распространения, выявленной в процессе упомянутого контроля, после чего и передают этот хаотический носитель информации по каналу связи;
на приемной стороне осуществляют прием хаотического носителя информации из канала связи и его демодуляцию с учетом возможности доступа к среде распространения, выявленной в процессе упомянутого контроля.
9. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве упомянутой хаотической динамической системы используют динамическую автоколебательную систему с по меньшей мере одним активным элементом и дополнительной частотно-избирательной структурой для формирования упомянутого хаотического носителя информации с упомянутой заранее заданной спектральной маской в упомянутой по меньшей мере части заданного диапазона частот.
10. Способ по п.6, отличающийся тем, что на передающей стороне упомянутую модуляцию информационным сигналом упомянутого хаотического носителя информации осуществляют путем перемножения информационного сигнала и хаотического носителя информации, а на приемной стороне упомянутую демодуляцию принятого хаотического носителя информации осуществляют путем его перемножения с хаотическим носителем информации, формируемым на приемной стороне с помощью упомянутой динамической системы, согласованной по своему поведению с хаотической динамической системой передающей стороны, после чего фильтруют результат этого перемножения.
