Скремблер, способ обработки скремблирования и носитель данных
Изобретение относится к скремблеру, к способу обработки скремблирования, к устройству и способу генерирования сигнала основной полосы. Блок (12) принятия решения о значении умножения принимает решение о значении умножения, которое представляет собой положительное значение или отрицательное значение, соответствующее битовому значению каждого бита, содержащегося в строке двоичных битов, составляющей шаблон скремблирования, генерируемый блоком (11) генерирования шаблона. Блок (13) обработки умножения умножает символьные данные, представляющие каждое значение символа в строке символьных данных, формируемой многозначным символом, содержащим предварительно определенную пару положительного значения и отрицательного значения, имеющих идентичное абсолютное значение, в области значений, на значение умножения, решение о котором было принято блоком (12) принятия решения о значении умножения. В этот момент блок (13) обработки умножения последовательно выполняет перемножение символьных данных для одного символа и значения умножения, решение о котором было принято в соответствии с битовым значением одного бита, содержащегося в шаблоне скремблирования, до тех пор, пока не будет достигнуто количество символов, выраженных строкой символьных данных. Технический результат - выполнение скремблирования строки данных посредством простой обработки, даже когда меняется содержимое функционального канала. 6 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к скремблеру, устройству генерирования сигнала основной полосы, способу обработки скремблирования, способу генерирования сигнала основной полосы и программе.
Предшествующий уровень техники
Когда связь устанавливается с использованием системы многозначной цифровой модуляции, такой как модуляция при помощи 4-значной частотной манипуляции (4-значная ЧМн-модуляция) и т.п., эвклидово расстояние в значимом битовом элементе принимает максимально возможные значения по сравнению с другим битовым элементом, который является относительно незначимым, посредством временного применения двоичной (или значения менее, чем нормальное значение) модуляции. Этот процесс обеспечивает практически эквивалентную функцию коррекции ошибок в данных, подлежащих передаче.
Кроме того, чтобы избежать концентрации энергии вследствие смещения модуляции или предоставить конфиденциальность для информации, данные на линии передачи часто скремблируются. Таким образом, посредством скремблирования данных сигнал модуляции может рассредотачиваться подобно псевдошуму (ПШ), хотя, например, первоначальные информационные данные указывают идентичное значение (для конкретного примера, данные, указывающие все «0»). Обычно, когда данные скремблируются, дизъюнктивная логическая сумма (ExOR) целевых информационных данных и шаблон скремблирования в качестве подготовленной битовой строки были определены схемой логической операции и т.п. (см., например, “Narrow Band Digital Communication System (SCPC/FDMA)” Ассоциации радиопромышленности и бизнеса (АРПВ), стандартная спецификация ARIB STD-T61 версия 1.0, том 2, 27 мая 1999 г., стр. 142-143). Шаблон скремблирования часто генерируется в виде ПШ кодовой последовательности и т.п. Обычно он разрабатывается так, что различные шаблоны скремблирования могут генерироваться посредством установки первоначального значения, подлежащего подаче на генератор ПШ-кода в качестве переменного кода скремблирования.
Ниже описывается, например, в системе передачи данных кадровой структуры, сконфигурированной набором информационных данных в качестве синхронного слова и функциональным каналом, процедура скремблирования предварительно определенной строки данных в одном кадре. Синхронное слово представляет собой сигнал хронирования для использования при выполнении процесса декодирования, и набор информационных данных представляет собой набор данных, классифицированных для каждого функционирования, такого как аудиоданные, данные для управления связью и т.д.
В данном случае, после выполнения процесса кодирования с исправлением ошибок индивидуально по каждому функциональному каналу, подлежащему включению в один кадр, функциональные каналы объединяются вместе для сборки в один кадр. Завершается кадр в нескремблированном состоянии, затем определяется дизъюнктивная логическая сумма предварительно определенной строки данных и шаблона скремблирования, таким образом, генерируя строку данных передачи. Таким образом, сгенерированная строка данных передачи преобразовывается в символьные данные и затем используется в качестве модулирующих данных при модулировании несущей волны и т.п. и передается в линию передачи. На стороне приема данных передачи данные передачи демодулируются и затем дескремблируются в процедуре, обратной процедуре скремблирования, таким образом может быть восстановлен первоначальный набор информационных данных и т.п.
Таким образом, процесс скремблирования строки данных, формирующей один кадр, выполняется по каждому битовому значению непосредственно перед выполнением преобразования в символьные данные.
Как упомянуто выше, чтобы установить большее эвклидово расстояние в значимом битовом элементе, чем расстояния в других битовых элементах, важно надлежащим образом расположить каждую часть данных в символьных данных. Поэтому, если процесс скремблирования выполняется по каждому битовому значению перед выполнением преобразования в символьные данные как при обычном методе, то трудно адекватно установить эвклидово расстояние для значимого битового элемента.
Тогда, после скремблирования строки данных выполняется предварительно определенный процесс по части, соответствующей значимому битовому элементу, таким образом, возможно, повышая стойкость к ошибкам этой части. В данном случае необходимо снова выполнить процесс по каждому функциональному каналу после прежнего формирования кадра. Поэтому существует проблема, заключающаяся в том, что процесс усложняется, когда положение значимого битового элемента меняется после изменения содержимого функционального канала тогда, например, когда аудиоданные меняются на данные для управления связью.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение было создано с целью решения вышеупомянутой проблемы, и задачей настоящего изобретения является создание скремблера или т.п., выполненного с возможностью скремблирования строки данных в простой операции, когда стойкость к ошибкам должна быть повышена в системе многозначной модуляции, и скремблирования данных в простом процессе, даже когда меняется содержимое функционального канала.
Чтобы решить вышеупомянутые задачи, скремблер согласно первому аспекту настоящего изобретения, в основном, включает в себя средство генерирования шаблона для генерирования шаблона скремблирования; средство принятия решения о значении умножения для определения положительного или отрицательного значения умножения, соответствующего битовому значению каждого бита в строке двоичных битов, формирующей шаблон скремблирования, генерируемый средством генерирования шаблона; и средство обработки умножения для умножения каждой части символьных данных в строке символьных данных, выражающей строку многозначных символов, включающих в себя в области значений по меньшей мере предварительно определенную пару положительного значения и отрицательного значения, имеющих идентичное абсолютное значение, на значение умножения, определенное в соответствии с битовым значением каждого бита в шаблоне скремблирования посредством средства принятия решения о значении умножения.
Затем, предпочтительно, чтобы средство принятия решения о значении умножения действовало так, что значение умножения определяется равным -1, когда битовое значение, включенное в шаблон скремблирования, представляет собой битовое значение, предварительно определенное в качестве значения с функцией операции инвертирования, и определяется равным +1, когда битовое значение, включенное в шаблон скремблирования, представляет собой битовое значение, предварительно определенное в качестве значения без функции операции инвертирования.
Устройство генерирования сигнала основной полосы согласно второму аспекту настоящего изобретения включает в себя средство генерирования символьных данных для приема подачи данных, уровень значимости которых определяется предварительно, добавления избыточных битовых данных посредством разделения каждого бита значимых битовых данных и разделения менее значимых битовых данных на предварительно определенное количество битов, таким образом, генерируя символьные данные, представляющие многозначный символ, включающий в себя в области значений по меньшей мере предварительно определенную пару положительного значения и отрицательного значения, имеющих идентичное абсолютное значение; средство генерирования шаблона для генерирования шаблона скремблирования; средство принятия решения о значении умножения для определения положительного или отрицательного значения умножения, соответствующего битовому значению каждого бита, включенного в строку двоичных битов, формирующую шаблон скремблирования, генерируемый средством генерирования шаблона; средство обработки умножения для выполнения перемножения каждой части символьных данных, генерируемых средством генерирования символьных данных, и значения умножения, определенного средством принятия решения о значении умножения; и средство генерирования сигнала основной полосы для генерирования сигнала основной полосы, представляющего строку многозначного символа, полученного в результате умножения средством обработки умножения.
Предпочтительно, что средство генерирования символьных данных функционирует так, что битовые данные в качестве избыточных битовых данных в сигнале основной полосы, генерируемом средством генерирования сигнала основной полосы, минимальное значение разности которого между мгновенными значениями двух точек, представляющих два символа, включающих в себя избыточные битовые данные и имеющих различные значения, больше, чем минимальное значение разности между мгновенными значениями двух точек, представляющих два символа, не включающих в себя избыточные битовые данные и имеющих различные значения, добавляются к каждому биту значимых битовых данных.
Способ обработки скремблирования согласно третьему аспекту настоящего изобретения представляет собой способ обработки скремблирования, использующий устройство обработки данных, и включает в себя: этап генерирования шаблона для генерирования шаблона скремблирования; этап принятия решения о значении умножения для определения положительного или отрицательного значения умножения, соответствующего битовому значению каждого бита в строке двоичных битов, формирующей шаблон скремблирования, генерируемый на этапе генерирования шаблона; и этап обработки умножения для умножения каждой части символьных данных в строке символьных данных, выражающей строку многозначных символов, включающих в себя в области значений по меньшей мере предварительно определенную пару положительного значения и отрицательного значения, имеющих идентичное абсолютное значение, на значение умножения, определенное в соответствии с битовым значением каждого бита в шаблоне скремблирования на этапе принятия решения о значении умножения.
Способ генерирования сигнала основной полосы согласно четвертому аспекту настоящего изобретения представляет собой способ генерирования сигнала основной полосы, использующий устройство генерирования сигнала основной полосы, для генерирования сигнала основной полосы, представляющего строку многозначных символов, и включает в себя: этап генерирования символьных данных для приема подачи данных, уровень значимости которых определяется предварительно, добавления избыточных битовых данных посредством разделения каждого бита значимых битовых данных и разделения менее значимых битовых данных на предварительно определенное количество битов, таким образом, генерируя символьные данные, представляющие многозначный символ, включающий в себя в области значений по меньшей мере предварительно определенную пару положительного значения и отрицательного значения, имеющих идентичное абсолютное значение; этап генерирования шаблона для генерирования шаблона скремблирования; этап принятия решения о значении умножения для определения положительного или отрицательного значения умножения, соответствующего битовому значению каждого бита, включенного в строку двоичных битов, формирующую шаблон скремблирования, генерируемый средством генерирования шаблона; этап обработки умножения для выполнения перемножения каждой части символьных данных, генерируемых на этапе генерирования символьных данных, и значения умножения, определенного на этапе принятия решения о значении умножения; и этап генерирования сигнала основной полосы для генерирования сигнала основной полосы, представляющего строку многозначного символа, полученного в результате умножения на этапе обработки умножения.
Программа согласно пятому аспекту настоящего изобретения дает возможность компьютеру выполнять процесс, включающий в себя этап генерирования шаблона для генерирования шаблона скремблирования; этап принятия решения о значении умножения для определения положительного или отрицательного значения умножения для битового значения каждого бита в строке двоичных битов, формирующей шаблон скремблирования, генерируемый на этапе генерирования шаблона; и этап обработки умножения для умножения каждой части символьных данных в строке символьных данных, выражающей строку многозначных символов, включающих в себя в области значений по меньшей мере предварительно определенную пару положительного значения и отрицательного значения, имеющих идентичное абсолютное значение, на значение умножения, определенное в соответствии с битовым значением каждого бита в шаблоне скремблирования на этапе принятия решения о значении умножения.
Программа согласно шестому аспекту настоящего изобретения дает возможность компьютеру выполнять процесс, включающий в себя этап генерирования символьных данных для приема подачи данных, уровень значимости которых определяется предварительно, добавления избыточных битовых данных посредством разделения каждого бита значимых битовых данных и разделения менее значимых битовых данных на предварительно определенное количество битов, таким образом, генерируя символьные данные, представляющие многозначный символ, включающий в себя в области значений по меньшей мере предварительно определенную пару положительного значения и отрицательного значения, имеющих идентичное абсолютное значение; этап генерирования шаблона для генерирования шаблона скремблирования; этап принятия решения о значении умножения для определения положительного или отрицательного значения умножения, соответствующего битовому значению каждого бита, включенного в строку двоичных битов, формирующую шаблон скремблирования, генерируемый средством генерирования шаблона; этап обработки умножения для выполнения перемножения каждой части символьных данных, генерируемых на этапе генерирования символьных данных, и значения умножения, определенного на этапе принятия решения о значении умножения; и этап генерирования сигнала основной полосы для генерирования сигнала основной полосы, представляющего строку многозначного символа, полученного в результате умножения на этапе обработки умножения.
Настоящее изобретение может скремблировать строку данных в простой операции и также скремблировать данные в простом процессе, даже когда меняется содержимое функционального канала.
Перечень фигур чертежей
Фиг.1 - пример конфигурации скремблера согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 - блок-схема последовательности операций, изображающая пример процесса, выполняемого скремблером;
фиг.3 - пример программы для реализации процесса на этапах S102 и S103, показанных на фиг.2;
фиг.4 - пример конфигурации системы передачи/приема, включающей в себя передатчик/приемник, в которых применяется скремблер;
фиг.5 - схематическая диаграмма, изображающая процесс перемежения информационных данных;
фиг.6 - пример глазковой диаграммы, формируемой сигналом основной полосы;
фиг.7 - практический пример выходного значения в каждой части скремблера; и
фиг.8 - практический пример операции генерирования сигнала основной полосы.
Лучший вариант осуществления изобретения
Скремблер согласно варианту осуществления настоящего изобретения подробно объясняется ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 изображает пример конфигурации скремблера 100 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Каждая конфигурация, показанная на фиг.1, может быть в микрокомпьютерной системе такой как большая интегральная схема (БИС), загружена в оборудование связи для выполнения связи, используя систему многозначной модуляции, например, модуляции с использованием 4-значной частотной манипуляции (4-значной ЧМн-модуляции) и т.п., реализуемую при помощи программного обеспечения устройством обработки данных, конфигурируемым центральным процессором (ЦП, CPU), процессором цифровой обработки сигналов (ПЦОС, DSP) и т.д., исполняющим программу, сохраненную заранее в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), реализуемую при помощи устройства обработки данных из состава аппаратных средств, сконфигурированных с использованием программируемой вентильной матрицы (ПВМ, FPGA), специализированной интегральной схемы (специализированной ИС) и т.д., или реализуемую устройством обработки данных, полученным посредством объединения предварительно определенной аппаратной конфигурации и программной конфигурации. Как показано на фиг.1, скремблер 100 включает в себя блок 10 ввода данных, блок 11 генерирования шаблона, блок 12 принятия решения о значении умножения, блок 13 обработки умножения и блок 14 вывода данных.
Блок 10 ввода данных извне принимает строку данных, подлежащую скремблированию, в качестве целевых данных скремблирования в скремблер 100. Строка данных, принимаемая блоком 10 ввода данных, представляет собой строку символьных данных, сконфигурированную многозначным символом, включающим в себя по меньшей мере в области значений предварительно определенную пару положительного значения и отрицательного значения, имеющих идентичное абсолютное значение. Практическим примером такой строки символьных данных может быть строка символьных данных, способная принимать каждое из значений символов (+3), (+1), (-1) и (-3). Эта строка символьных данных содержит в области значений две пары положительного значения (+3) и отрицательного значения (-3), имеющих абсолютное значение 3, и положительного значения (+1) и отрицательного значения (-1), имеющих абсолютное значение 1. Блок 10 ввода данных может последовательно считывать символ данных, подлежащий скремблированию, в предварительно определенную область один за другим из числа данных, имеющих кадровую структуру, хранимых в предварительно определенном буфере кадров, памяти и т.д., и подавать считанные данные на блок 13 обработки умножения.
Блок 11 генерирования шаблона конфигурируется логической схемой и т.п. для генерирования ПШ-кода, например, и генерирует шаблон скремблирования, формируемый строкой двоичных битов «1» и «0». Шаблон скремблирования, генерируемый блоком 11 генерирования шаблона, последовательно подается, например, бит за битом на блок 12 принятия решения о значении умножения.
Блок 12 принятия решения о значении умножения определяет значение умножения для использования при скремблировании данных, подлежащих скремблированию, соответствующих битовому значению в каждом бите, включенном в строку двоичных битов, формирующую шаблон скремблирования, генерируемый блоком 11 генерирования шаблона. Блок 12 принятия решения о значении умножения определяет положительное или отрицательное значение умножения, соответствующее битовому значению в каждом бите, включенном в строку двоичных битов, формирующую шаблон скремблирования. В качестве практического примера блок 12 принятия решения о значении умножения определяет «+1» в качестве значения умножения, если битовое значение равно «1», и «-1» в качестве значения умножения, если битовое значение равно «0», соответствующих каждому биту в шаблоне скремблирования. Т.е. блок 12 принятия решения о значении умножения определяет положительное значение «+1» в качестве значения умножения, когда значение в каждом бите двоичного кода, включенного в шаблон скремблирования, равно предварительно определенному значению (например, «1»), определенному заранее в качестве значения необратной операции, и определяет отрицательное значение «-1» в качестве значения умножения, когда значение в каждом бите, включенном в шаблон скремблирования, равно значению (например, «0»), определенному заранее в качестве значения с функцией операции - инвертирования. Значение умножения, определенное блоком 12 принятия решения о значении умножения, уведомляется/информируется блоку 13 обработки умножения.
Блок 13 обработки умножения выполняет перемножение одной части символьных данных, включенной в строку символьных данных, предоставляемую блоком 10 ввода данных, и значения умножения, определенного блоком 12 принятия решения о значении умножения. Данные, полученные в результате умножения блоком 13 обработки умножения, выводятся блоком 14 вывода данных из скремблера 100 в виде скремблированных данных, запоминаемых по адресу в буфере кадров, считанному блоком 10 ввода данных или т.п.
Ниже описывается принцип действия скремблера 100, имеющего вышеупомянутую конфигурацию. Фиг.2 представляет собой блок-схему последовательности операций, изображающую пример процесса, выполняемого скремблером 100. Когда начинается процесс по фиг.2, блок 10 ввода данных сначала и извне вводит в скремблер 100 данные (символьные данные), преобразованные в многозначный символ, в качестве данных, подлежащих скремблированию (этап S100). Блок 11 генерирования шаблона генерирует ПШ кодовую последовательность и т.п. в качестве шаблона скремблирования (этап S101).
Блок 12 принятия решения о значении умножения определяет значение умножения для использования при скремблировании символьных данных, подлежащих скремблированию, соответствующих значению подаваемого бита, когда шаблон скремблирования, генерируемый на этапе S101 блоком 11 генерирования шаблона, последовательно подается, например, бит за битом (этап S102). Затем блок 13 обработки умножения выполняет перемножение данных, подлежащих скремблированию, которые принимаются блоком 10 ввода данных на этапе S100, и значения умножения, определенного блоком 12 принятия решения о значении умножения на этапе S102 (этап S103). В этот момент блок 13 обработки умножения последовательно выполняет перемножение данных, подлежащих скремблированию для одного символа, и значения умножения, определенного для битового значения одного бита, включенного в шаблон скремблирования, до тех пор, пока он не достигнет количества символов, представленного данными, подлежащими скремблированию.
Например, предположим, что символьными данными (подлежащими скремблированию) для N символов, подаваемыми от блока 10 ввода данных на блок 13 обработки умножения, являются In[i] (N - натуральное число, и 0≤i<N), и символьными данными для N символов, переданными от блока 13 обработки умножения на блок 14 вывода данных, являются Out[i]. Также предположим, что шаблоном скремблирования N битов, подаваемым от блока 11 генерирования шаблона на блок 12 принятия решения о значении умножения, является S[i]. В этом случае процессы на этапах S102 и S103 могут быть реализованы, например, микрокомпьютерной системой, имеющей ЦП, исполняющий программу, показанную на фиг.3. Программа, показанная на фиг.3, изображает исходную программу для случая, когда язык С используется в качестве языка программирования.
Данные, указывающие значение, полученное блоком 13 обработки умножения, выполняющим умножение, выводятся из скремблера 100 блоком 14 вывода данных в виде скремблированных символьных данных (этап S104). Не только какой-нибудь один из процессов на соответствующих этапах, показанных на фиг.2, обязательно выбирается и выполняется последовательно, но множество процессов может одновременно выполняться посредством совместного использования процессов каждой частью скремблера 100.
Скремблер 100 для реализации вышеупомянутой конфигурации и принципа действия может применяться в передатчиках/приемниках 101 и 102 или т.п., конфигурируя систему передачи/приема, показанную на фиг.4. Ниже описывается практический пример скремблера 100, применяемого в передатчиках/приемниках 101 и 102.
Передатчики/приемники 101 и 102 имеют, по существу, одинаковые конфигурации и передают между собой информационные данные, например аудио и изображения, по внешней линии 110 передачи, включающей в себя внешнюю пакетную сеть и т.п. Передатчики/приемники 101 и 102 имеют, соответственно, устройство 20 передачи и устройство 30 приема. Устройство 20 передачи генерирует сигнал с модулированной волной посредством выполнения многозначной модуляции, такой как 4-значная ЧМн-модуляция и т.п., на несущей волне, имеющей предварительно определенную частоту, и передает сигнал на устройство 30 приема другой стороны по линии 110 передачи. Устройство 30 приема принимает сигнал с модулированной волной, переданный с устройства 20 передачи передатчика по линии 110 передачи, и восстанавливает информационные данные аудио и изображения и т.п.
Каждое устройство 20 передачи передатчиков/приемников 101 и 102 предусматривается с блоком 21 генерирования информационных данных, блоком 22 перемежения, блоком 23 генерирования сигнала основной полосы, блоком 24 модуляции и блоком 25 вывода высокой частоты в дополнение к скремблеру 100, описанному выше, как показано на фиг.4. Каждое устройство 30 приема передатчиков/приемников 101 и 102 предусматривается с блоком 31 ввода высокой частоты, блоком 32 демодуляции, блоком 33 определения символов, дескремблером 34, блоком 35 обращенного перемежения и блоком 36 восстановления информационных данных, как показано на фиг.4.
Блок 21 генерирования информационных данных генерирует информационные данные аудио и изображения, принимаемые, например, из внешней среды и от внешних устройств. Иначе, блок 21 генерирования информационных данных может быть таким, который считывает информационные данные, хранимые заранее на предварительно определенном устройстве хранения, для вывода информационных данных. Информационные данные, генерируемые блоком 21 генерирования информационных данных, могут быть разделены на множество кадровых столбцов. Например, каждый кадр формируется аудиоданными и данными изображения, представляющими форму волны звука и пиксельные данные, полученные посредством сегментирования аудио и изображений в предварительно определенном периоде (например, каждые 20 миллисекунд).
Блок 21 генерирования информационных данных классифицирует информационные данные, содержащиеся в каждом кадре, на значимые битовые данные и менее значимые битовые данные в соответствии с предварительно определенной процедурой. В качестве практического примера, 18-битовые частичные данные в качестве наиболее значимых данных в слуховом смысле, обозначаемых в соответствии с предварительно определенным критерием в 44-битовых данных (кодированных аудиоданных), полученных посредством кодирования аудиосегмента, классифицируются на наиболее значимые аудиоданные, которые представляют собой значимые битовые данные. С другой стороны, 26-битовые частичные данные, которые являются вторыми наиболее значимыми в слуховом смысле, которым предшествуют наиболее значимые аудиоданные в кодированных аудиоданных, классифицируются на незащищенные аудиоданные, которые являются менее значимыми данными.
В качестве 1-кадровых информационных данных, в дополнение к наиболее значимым аудиоданным и незащищенным аудиоданным, включены 23-битовые данные защиты, 5-битовые данные обнаружения ошибок и т.д. Данные обнаружения ошибок классифицируются на значимые битовые данные. Данные защиты включают в себя 18-битовые данные защиты аудио и 5-битовые данные защиты данных обнаружения ошибок. Значением каждого бита, конфигурирующего данные защиты, может быть «1».
Блок 22 перемежения перемежает информационные данные, генерируемые блоком 21 генерирования информационных данных. В этот момент блок 22 перемежения генерирует 2-битовые символьные данные, соответствующие символу в 4-значной ЧМн-модуляции, на основе информационных данных, принятых от блока 21 генерирования информационных данных.
Более подробно, каждый бит значимых битовых данных разделяется таким образом, что он является данными защиты, как показано частью (А) на фиг.5. Затем, как показано частью (В) на фиг.5, 2-битовые данные генерируются объединением 1-к-1 битов, каждый из которых конфигурирует данные защиты. Данные, которые генерируются в этот момент, могут объединяться так, что бит, конфигурирующий данные защиты, становится битом низкого порядка. С другой стороны, для менее значимых битовых данных два бита разделяются на одну пару в качестве незащищенных данных, как показано в части (А) на фиг.5. Блок 22 перемежения обеспечивает строку символьных данных для скремблера 100 в предварительно определенном порядке, включая часть, в которой 2-битовые данные, полученные в процессе разделения для защищенных данных и в процессе добавления избыточных битовых данных, и 2-битовые данные, полученные в процессе разделения для незащищенных данных, попеременно размещаются так, как показано частью (С) на фиг.5.
Скремблер 100 принимает подачу строки символьных данных от блока 22 перемежения и последовательно выполняет процесс, как показано на фиг.2, для одного символа и одного бита шаблона скремблирования, таким образом, скремблируя строку символьных данных. Строка символьных данных, скремблированная скремблером 100, подается на блок 23 генерирования сигнала основной полосы.
Блок 23 генерирования сигнала основной полосы преобразует строку символьных данных, скремблированную скремблером 100, в сигнал основной полосы для использования в 4-значной ЧМн-модуляции Найквиста с характеристикой типа корня из приподнятого косинуса. Например, сигнал основной полосы, генерируемый блоком 23 генерирования сигнала основной полосы, формирует глазковую диаграмму, показанную на фиг.6. Мгновенное значение сигнала основной полосы, показанного на фиг.6, сходится к любому из четырех значений в точке предварительно определенной фазы (точке Найквиста) в одной секции символа (представляющей информацию для одного символа). Эти четыре значения (значения символа) располагаются в порядке от наибольшего, т.е. (+3), (+1), (-1) и (-3), на равных интервалах, предполагая, что вторым наибольшим значением является (+1).
Например, блок 23 генерирования сигнала основной полосы преобразует символ «11» (2-битовые данные, имеющие значение «11»), включенный в строку символьных данных, в секцию символа, в которой значение символа равно (-3), преобразует символ «10» в секцию символа, в которой значение символа равно (-1), преобразует символ «00» в секцию символа, в которой значение символа равно (+1), и преобразует символ «01» в секцию символа, в которой значение символа равно (+3), как показано на фиг.6. При вышеупомянутых преобразованиях четыре типа символов формируют кодовую последовательность Грея, делающую равными 1 все расстояния Хэмминга между соседними символами, когда значение символа s располагается в убывающем (или возрастающем) порядке. Также в результате преобразований, соответствующих символу, имеющему цифру низкого порядка «1», формируется секция символа, имеющая значение (-3) или (+3) символа.
Так как значение каждого бита, конфигурирующего данные защиты, равно «1», все символы, включающие значимые битовые данные, преобразуются в секцию символа, в которой значение символа равно (+3) или (-3). Т.е. значение символа у символа, полученного посредством добавления данных защиты в качестве избыточных битовых данных к значимым битовым данным, устанавливается таким, что минимальное значение разности значения символа между двумя разными символами может быть больше, чем минимальное значение, полученное тогда, когда символ генерируется без добавления избыточных битовых данных. Т.е. эвклидово расстояние в данных, подлежащих защите, устанавливается большим, чем расстояние в данных, не подлежащих защите. В практическом примере, показанном на фиг.6, значение символа у символа, полученного посредством добавления избыточных битовых данных, может быть максимальным значением или минимальным значением в области значений, но значение символа у символа, полученного без добавления избыточных битовых данных, может принимать все значения, содержащиеся в области значений.
Таким образом, посредством добавления данных защиты в качестве избыточных битовых данных к значимым битовым данным ограничивается возможное значение символа, но интервал значений символа (эвклидово расстояние), по существу, расширяется. Таким образом, может повышаться отношение сигнал-шум. Кроме того, посредством процесса, выполняемого в блоке 22 перемежения, включается часть, в которой попеременно расположены секция символа, соответствующая символьным данным, включающим в себя значимые битовые данные, и секция символа, соответствующая символьным данным, включающим в себя менее значимые битовые данные. Таким образом, несмотря на то, что, когда значимые битовые данные рассредотачиваются в сигнале основной полосы и существует влияние замирания и т.п. во время передачи сигнала модулированной волны, может быть снижена опасность, что будет потеряно вместе большое количество значимых битовых данных.
Как описано выше, сигнал основной полосы, генерируемый блоком 23 генерирования сигнала основной полосы, подается на блок 24 модуляции. Блок 24 модуляции модулирует по частоте (4-значной ЧМн-модуляцией), несущую волну, используя сигнал основной полосы, генерируемый блоком 23 генерирования сигнала основной полосы. Полученный сигнал модулированной волны подается на блок 25 вывода высокой частоты. Блок 25 вывода высокой частоты усиливает по мощности сигнал модулированной волны, подаваемый блоком 24 модуляции, и передает его на линию 110 передачи.
В устройстве 30 приема блок 31 ввода высокой частоты усиливает сигнал, принимаемый по линии 110 передачи, например, и подает результирующий сигнал на блок 32 демодуляции. Блок 32 демодуляции восстанавливает сигнал основной полосы посредством детектирования принятого сигнала, подаваемого блоком 31 ввода высокой частоты. Сигнал основной полосы подается на блок 33 определения символа.
На основе мгновенного значения в каждой точке Найквиста сигнала основной полосы, принятого от блока 32 демодуляции, блок 33 определения символа определяет символ, представленный каждой секцией символа, включающей в себя соответствующие точки Найквиста. Основываясь на результате определения, повторно генерируется скремблированная строка символьных данных. Строка символьных данных, повторно генерируемая в этот момент, подается на дескремблер 34.
Дескремблер 34 повторно генерирует строку символьных данных с перемежением, установленным блоком 22 перемежения, посредством выполнения перемножения строки символьных данных, принятой от блока 33 определения символа, и значения умножения, соответствующего шаблону скремблирования, как и со скремблером 100. Таким образом, строка символьных данных, повторно генерируемая дескремблером 34, подается на блок 35 обращенного перемежения.
Блок 35 обращенного перемежения повторно генерирует строку информационных данных посредством выполнения процесса в процедуре, обратной процедуре блока 22 перемежения, над строкой символьных данных, принятой от дескремблера 34. Например, блок 35 обращенного перемежения определяет на основе порядка каждого символа в кадре, классифицируется ли каждая часть символьных данных на значимые битовые данные или менее значимые битовые данные. В данный момент символьные данные, классифицируемые на значимые битовые данные, разделяются, например, на один бит высокого порядка и один бит низкого порядка, и данные бита высокого порядка извлекаются. С другой стороны, извлекаются все 2-битовые данные символьных данных, классифицированные на менее значимые битовые данные. Извлеченные таким образом данные связываются друг с другом и подаются на блок 36 восстановления информационных данных.
Блок 36 восстановления информационных данных конфигурирует и восстанавливает строку данных, принятую от блока 35 обращенного перемежения, в качестве информационных данных. Например, блок 36 восстановления информационных данных имеет таблицу соответствия, описывающую соответствие между строкой данных, принятой от блока 35 устранения перемежения, и информационными данными, и восстанавливает информационные данные, соответствующие строке данных, принятой от блока 35 обращенного перемежения, посредством ссылки на эту таблицу.
В устройстве 20 передачи, в котором применяется вышеупомянутый скремблер 100, предполагается, что символьные данные, показанные частью (А) на фиг.7, подаются от блока 22 перемежения на скремблер 100. Когда блок 23 генерирования сигнала основной полосы выполняет преобразование в сигнал основной полосы без скремблирования символьных данных, как показано частью (А) на фиг.7, получается сигнал основной полосы, имеющий форму волны, показанную частью (А) на фиг.8. Уровень сигнала у сигнала основной полосы, имеющего форму волны, показанную как (А) на фиг.8, смещается к положительной области. Поэтому смещается модуляция блоком 24 модуляции, и энергия концентрируется в сигнале модулированной волны.
Затем в скремблере 100 блок 11 генерирования шаблона генерирует шаблон скремблирования, как показано, например, частью (В) на фиг.7. В соответствии с шаблоном скремблирования блок 12 принятия решения о значении умножения определяет значение умножения, как показано, например, частью (С) на фиг.7 и передает его блоку 13 обработки умножения. Блок 13 обработки умножения выполняет перемножение каждого значения символа в символьных данных, показанного частью (А) на фиг.7, и каждого значения умножения, показанного частью (С) на фиг.7. На основе результата перемножения блок 14 вывода данных передает символьные данные, представляющие выводимый символ, показанный, например, частью (D) на фиг.7, на блок 23 генерирования сигнала основной полосы.
Таким образом, когда скремблированные таким образом символьные данные преобразуются в сигнал основной полосы блоком 23 генерирования сигнала основной полосы, получается сигнал основной полосы, имеющий форму волны, показанную частью (В) на фиг.8. В сигнале основной полосы, имеющем форму волны, показанную частью (В) на фиг.8, уровень сигнала рассредотачивается как в положительной, так и в отрицательной областях. Таким образом, может быть устранено смещение модуляции блоком 24 модуляции, и энергия в сигнале модулированной волны может рассредотачиваться/рассеиваться. Кроме того, скремблированные символьные данные совершенно отличны от нескремблированных символьных данных. Устройство 30 приема не может правильно восстанавливать символьные данные без сведений о шаблоне скремблирования, генерируемом блоком 11 генерирования шаблона из состава устройства 20 передачи. В результате, может обеспечиваться конфиденциальность информации.
Как описано выше, согласно настоящему изобретению положительное или отрицательное значение умножения, такое как «+1», «-1» и т.д., определяется в соответствии с битовым значением каждого бита, включенного в строку двоичных битов, формирующую шаблон скремблирования, генерируемый блоком 11 генерирования шаблона. Затем блок 13 обработки умножения выполняет перемножение символьных данных, представляющих каждое значение символа в строке символьных данных, конфигурируемое многозначным символом, включающим в себя в области значений предварительно определенный набор положительного значения и отрицательного значения, имеющих идентичное абсолютное значение, такое как (+3), (+1), (-1) и (-3), например, и значения умножения, определенного блоком 12 принятия решения о значении умножения. Таким образом, в простой операции, такой как перемножение значения символа и значения умножения, может скремблироваться строка символьных данных. Кроме того, так как умножение выполняется в единицах символа, а не в единицах бита, данные могут скремблироваться в простом процессе без изменения содержимого процесса, даже когда положение значимого битового элемента меняется после изменения содержимого функционального канала, например, как в случае, когда аудиоданные меняются на данные для управления связью.
В вышеупомянутом варианте осуществления настоящего изобретения используется система 4-значной ЧМн-модуляции Найквиста с характеристикой типа корня из приподнятого косинуса в качестве системы модуляции значением умножения. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим применением. Например, настоящее изобретение также может применяться в любой системе модуляции значением умножения, такой как система модуляции значением умножения, использующая 4 или более значений, система модуляции с использованием фазовой манипуляции (ФМн) и т.д.
Кроме того, скремблер 100 согласно настоящему изобретению не ограничивается исключительной системой, но может быть реализован с использованием обычной компьютерной системы. Например, программа устанавливается с носителя данных (например, оптического диска, магнитооптического диска, магнитного диска, памяти на интегральной схеме (ИС-памяти) и т.д.), хранящего программу для реализации конфигурации и функций скремблера 100, описанного выше, на микрокомпьютерную систему, загруженную в коммуникационное оборудование для выполнения связи в системе модуляции значением умножения. Таким образом, может конфигурироваться скремблер 100 для выполнения вышеупомянутого процесса.
Кроме того, например, программа выгружается в устройство обработки информации (например, устройство сервера) по сети электросвязи и может распространяться по линии связи. Кроме того, несущая волна может модулироваться с использованием электрического сигнала, представляющего программу, полученный сигнал модулированной волны передается, устройство, которое приняло сигнал модулированной волны, может демодулировать сигнал и получать программу. Программа может активироваться и исполняться, как и другие прикладные программы, под управлением предварительно определенной операционной системы (ОС), таким образом выполняя вышеупомянутые процессы.
Когда ОС совместно использует часть процесса, или когда ОС формирует часть компонентов настоящего изобретения, программа, исключающая эту часть, может запоминаться на носителе данных. Также в данном случае, согласно настоящему изобретению, предполагается, что программа для выполнения каждой функции или этапа, подлежащего выполнению компьютером, запоминается на носителе данных.
Промышленная применимость
Простая операция обработки сигнала может реализовывать систему связи для цифровой информации, имеющей высокую стойкость к ошибкам.
1. Скремблер, содержащий
средство генерирования шаблона для генерирования шаблона скремблирования;
средство принятия решения о значении умножения для определения положительного или отрицательного значения умножения, соответствующего битовому значению каждого бита в строке двоичных битов, формирующей шаблон скремблирования, генерируемый средством генерирования шаблона, при этом
средство принятия решения о значении умножения работает так, что значение умножения определяется равным -1, когда битовое значение, включенное в шаблон скремблирования, представляет собой битовое значение, предварительно определенное в качестве значения с функцией операции инвертирования, и определяется равным +1, когда битовое значение, включенное в шаблон скремблирования, представляет собой битовое значение, предварительно определенное в качестве значения без функции операции инвертирования; и
средство обработки умножения для умножения каждой части символьных данных в строке символьных данных, выражающей строку многозначных символов, включающих в себя в области значений, по меньшей мере, предварительно определенную пару положительного значения и отрицательного значения, имеющих идентичное абсолютное значение, на значение умножения, определенное в соответствии с битовым значением каждого бита в шаблоне скремблирования средством принятия решения о значении умножения.
2. Устройство генерирования сигнала основной полосы, содержащее
средство генерирования символьных данных для приема подачи данных, уровень значимости которых определяется предварительно, добавления избыточных битовых данных посредством разделения каждого бита значимых битовых данных и разделения менее значимых битовых данных на предварительно определенное количество битов, таким образом, генерируя символьные данные, представляющие многозначный символ, включающий в себя в области значений, по меньшей мере, предварительно определенную пару положительного значения и отрицательного значения, имеющих идентичное абсолютное значение;
средство генерирования шаблона для генерирования шаблона скремблирования;
средство принятия решения о значении умножения для определения значения умножения, соответствующего битовому значению каждого бита, включенного в строку двоичных битов, формирующую сгенерированный шаблон скремблирования таким образом, что значение умножения определяется равным -1, когда битовое значение, включенное в шаблон скремблирования, представляет собой битовое значение, предварительно определенное в качестве значения с функцией операции инвертирования, и определяется равным +1, когда битовое значение, включенное в шаблон скремблирования, представляет собой битовое значение, предварительно определенное в качестве значения без функции операции инвертирования;
средство обработки умножения для выполнения перемножения каждой части символьных данных, генерируемых средством генерирования символьных данных, и значения умножения, определенного средством принятия решения о значении умножения; и
средство генерирования сигнала основной полосы для генерирования сигнала основной полосы, представляющего строку многозначного символа, полученного в результате умножения средством обработки умножения.
3. Устройство генерирования сигнала основной полосы по п.2, в котором
средство генерирования символьных данных работает так, что битовые данные в качестве избыточных битовых данных в сигнале основной полосы, генерируемом средством генерирования сигнала основной полосы, минимальное значение разности которых между мгновенными значениями двух точек, представляющих два символа, включающих в себя избыточные битовые данные и имеющих различные значения, больше, чем минимальное значение разности между мгновенными значениями двух точек, представляющих два символа, не включающих в себя избыточные битовые данные и имеющих различные значения, добавляются к каждому биту значимых битовых данных.
4. Способ обработки скремблирования, использующий устройство обработки данных, причем упомянутый способ содержит
этап генерирования шаблона для генерирования шаблона скремблирования;
этап принятия решения о значении умножения для определения положительного или отрицательного значения умножения, соответствующего битовому значению каждого бита в строке двоичных битов, формирующей шаблон скремблирования, генерируемый на этапе генерирования шаблона, в котором значение умножения определяется равным -1, когда битовое значение, включенное в шаблон скремблирования, представляет собой битовое значение, предварительно определенное в качестве значения с функцией операции инвертирования, и определяется равным +1, когда битовое значение, включенное в шаблон скремблирования, представляет собой битовое значение, предварительно определенное в качестве значения без функции операции инвертирования; и
этап обработки умножения для умножения каждой части символьных данных в строке символьных данных, выражающей строку многозначных символов, включающих в себя в области значений, по меньшей мере, предварительно определенную пару положительного значения и отрицательного значения, имеющих идентичное абсолютное значение, на значение умножения, определенное в соответствии с битовым значением каждого бита в шаблоне скремблирования на этапе принятия решения о значении умножения.
5. Способ генерирования сигнала основной полосы, использующий устройство генерирования сигнала основной полосы для генерирования сигнала основной полосы, представляющего строку многозначного символа, содержащий
этап генерирования символьных данных для приема подачи данных, уровень значимости которых определяется предварительно, добавления избыточных битовых данных посредством разделения каждого бита значимых битовых данных и разделения менее значимых битовых данных на предварительно определенное количество битов, таким образом, генерируя символьные данные, представляющие многозначный символ, включающий в себя в области значений, по меньшей мере, предварительно определенную пару положительного значения и отрицательного значения, имеющих идентичное абсолютное значение;
этап генерирования шаблона для генерирования шаблона скремблирования;
этап принятия решения о значении умножения для определения значения умножения, соответствующего битовому значению каждого бита, включенного в строку двоичных битов, формирующую шаблон скремблирования, генерируемый на этапе генерирования шаблона таким образом, что значение умножения определяется равным -1, когда битовое значение, включенное в шаблон скремблирования, представляет собой битовое значение, предварительно определенное в качестве значения с функцией операции инвертирования, и определяется равным +1, когда битовое значение, включенное в шаблон скремблирования, представляет собой битовое значение, предварительно определенное в качестве значения без функции операции инвертирования;
этап обработки умножения для выполнения перемножения каждой части символьных данных, генерируемых на этапе генерирования символьных данных, и значения умножения, определенного на этапе принятия решения о значении умножения; и
этап генерирования сигнала основной полосы для генерирования сигнала основной полосы, представляющего строку многозначного символа, получаемого в результате умножения на этапе обработки умножения.
6. Носитель программы, на котором хранится программа, используемая для того, чтобы вызывать исполнение компьютером процесса, содержащего
этап генерирования шаблона для генерирования шаблона скремблирования;
этап принятия решения о значении умножения для определения значения умножения для битового значения каждого бита в строке двоичных битов, формирующей шаблон скремблирования, генерируемый на этапе генерирования шаблона, таким образом, что значение умножения определяется равным -1, когда битовое значение, включенное в шаблон скремблирования, представляет собой битовое значение, предварительно определенное в качестве значения с функцией операции инвертированияя, и определяется равным +1, когда битовое значение, включенное в шаблон скремблирования, представляет собой битовое значение, предварительно определенное в качестве значения без функции операции инвертирования; и
этап обработки умножения для умножения каждой части символьных данных в строке символьных данных, выражающей строку многозначных символов, включающих в себя в области значений, по меньшей мере, предварительно определенную пару положительного значения и отрицательного значения, имеющих идентичное абсолютное значение, на значение умножения, определенное в соответствии с битовым значением каждого бита в шаблоне скремблирования на этапе принятия решения о значении умножения.
7. Носитель данных, на котором хранится программа, используемая для того, чтобы вызывать исполнение компьютером процесса, содержащего
этап генерирования символьных данных для приема подачи данных, уровень значимости которых предварительно определяется, добавления избыточных битовых данных посредством разделения каждого бита значимых битовых данных и разделения менее значимых битовых данных на предварительно определенное количество битов, таким образом, генерируя символьные данные, представляющие многозначный символ, включающий в себя в области значений, по меньшей мере, предварительно определенную пару положительного значения и отрицательного значения, имеющих идентичное абсолютное значение;
этап генерирования шаблона для генерирования шаблона скремблирования;
этап принятия решения о значении умножения для определения положительного или отрицательного значения умножения, соответствующего битовому значению каждого бита, включенного в строку двоичных битов, формирующую сгенерированный шаблон скремблирования, так, что значение умножения определяется равным -1, когда битовое значение, включенное в шаблон скремблирования, представляет собой битовое значение, предварительно определенное в качестве значения с функцией операции инвертирования, и определяется равным +1, когда битовое значение, включенное в шаблон скремблирования, представляет собой битовое значение, предварительно определенное в качестве значения без функции операции инвертирования;
этап обработки умножения для выполнения перемножения одной части символьных данных, генерируемых на этапе генерирования символьных данных, и значения умножения, определенного на этапе принятия решения о значении умножения; и
этап генерирования сигнала основной полосы для генерирования сигнала основной полосы, представляющего строку многозначного символа, полученного в результате умножения на этапе обработки умножения.
