Способ передачи информации с внутрисимвольной псевдослучайной перестройкой рабочей частоты с использованием хаотических сигналов

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системах передачи данных с повышенными требованиями к разведзащищенности и защите от организованных и непреднамеренных помех. Техническим результатом способа является повышение скорости передачи информации по сравнению с классической системой с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, а также повышение разведзащищенности. Для этого распределяют мощность сигнала в полосе, связанной как с перестройкой несущей частоты, так и с использованием хаотических сигналов. При этом хаотические сигналы не повторяются от символа к символу. Кроме того, предусмотрено разнесение символов на независимые частотные элементы, каждый из которых передается на своей частоте в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью, при этом каждый частотный элемент является фрагментом одного из заданного ансамбля хаотического сигнала. 5 ил.

 

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системах передачи данных с повышенными требованиями к разведзащищенности и помехозащищенности от организованных и непреднамеренных помех.

Наиболее эффективным способом для достижения повышенной развед- и помехозащищенности систем радиосвязи является использование сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. При этом сигнал занимает полосу частот более широкую по сравнению с полосой, минимально необходимой для передачи информации.

Известны варианты систем радиосвязи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, описанные в [1].

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ передачи информации с внутрисимвольной псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (патент РФ №2533077 от 20.11.2014), принятый за прототип. Способ состоит в том, что на передающей стороне полезная информация разбивается на символы, каждый длиною в несколько бит, которые в свою очередь разносятся на независимые частотные элементы, каждый из которых передается поочередно на своей частоте в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью, при этом каждый частотный элемент представляет собой одну из заданного ансамбля ортогональных фазомодулированных кодовых последовательностей, одинаковую в пределах одного символа, номер которой также связан с передаваемым символом, а на приемной стороне осуществляется прием посимвольно на всех возможных, в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью, для данного символа частотах, при этом для каждого частотного элемента определяется номер несущей частоты и номер кодовой последовательности, после чего составляется частотно-временная матрица, на основании которой, а также с учетом номера кодовой последовательности определяется передаваемый символ и соответствующие символу биты информации передаются получателю сообщения.

Недостатком прототипа является то, что количество сравнительно коротких кодовых последовательностей (например, М-последовательностей) с низкоуровневыми взаимокорреляционными функциями весьма ограничено, что ограничивает скорость передачи. Кроме того, повторение некоторого небольшого ансамбля фазомодулированных кодовых последовательностей снижает разведзащищенность и позволяет ставить помеху в след.

Целью изобретения является повышение развед- и помехозащищенности радиосвязи и обеспечение при этом достаточно высокой скорости передачи данных.

Поставленная цель достигается тем, что способ передачи информации с внутрисимвольной псевдослучайной перестройкой рабочей частоты с использованием хаотических сигналов, заключающийся в том, что на передающей стороне полезную информацию разбивают на символы, каждый длиною в несколько бит, которые в свою очередь разносят на независимые частотные элементы, каждый из которых передают поочередно на своей частоте в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью, при этом каждый частотный элемент представляет собой фрагмент одного из заданного ансамбля хаотического сигнала, причем каждый следующий частотный элемент в пределах символа является продолжением одного хаотического сигнала, номер которого связан с передаваемым символом, а на приемной стороне осуществляют прием посимвольно на всех возможных, в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью, для данного символа частотах, при этом для каждого частотного элемента определяют номер несущей частоты и номер хаотического сигнала, после чего составляют частотно-временная матрицу, на основании которой, а также с учетом номера хаотического сигнала определяют передаваемый символ и соответствующие символу биты информации передают получателю сообщений.

Работа способа осуществляется следующим образом.

На передающей стороне от источника сообщений поступают информационные блоки бит фиксированной длины - символы. Для каждого передаваемого символа в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью выбирают набор частот fk, k=0…K-1 и в результате формируют частотно-временную матрицу. Возможный вид такой матрицы изображен на фиг. 1 для случая K=4, в соответствие которой ставятся комбинации бит. При этом каждый частотный элемент представляет собой фрагмент определенного хаотического сигнала из заданного ансамбля M=2m. Теория и способы генерации хаотических сигналов описаны в [2-3], а в [4] описан способ генерации хаотических сигналов в заданной частотной полосе с помощью почти периодических функций. Каждый следующий частотный элемент в пределах символа является продолжением одного хаотического сигнала и соответствует дополнительной битовой комбинации символа. На приемной стороне при приеме очередного символа производят поиск всех хаотических сигналов на всех возможных для данного символа частотах fk, k=0…K-1. В результате принятому символу ставят в соответствие комбинацию бит, передаваемую получателю сообщения. Например, для случая K=4, M=2 один символ переносит 3 бита информации.

На фиг. 2 представлена структурная схема передающего устройства, в основе которого лежит предлагаемый способ передачи информации с внутрисимвольной псевдослучайной перестройкой рабочей частоты с использованием хаотических сигналов.

Она содержит:

1 - источник сообщений;

2 - блок выбора хаотического сигнала;

3 - блок заполнения ЧВМ;

4.1, 4.2 - генераторы хаотических сигналов -1 и -2;

5 - переключатель;

6 - генератор псевдослучайных чисел;

7 - блок выбора частот;

8.0, 8.1, 8.2, 8.3 - фильтры 0, 1, 2 и 3 соответственно.

Рассмотрим работу передающего устройства для случая K=4, M=2. От источника сообщений 1 поступают информационные блоки фиксированной длины из L=3 бит - символы. В соответствие одному из бит символа в блоке выбора хаотического сигнала 2 ставится один определенный хаотический сигнал, генерируемый в генераторах хаотических сигналов 4.1 и 4.2, а в соответствии с двумя другими битами в блоке заполнения ЧВМ (частотно-временной матрицы) 3 определяется схема переключения. Одновременно с этим посредством работы генератора псевдослучайных чисел 6 из бока выбора частот 7 выбираются четыре возможные частоты fk, k=0…3, сообщаемые соответствующим фильтрам 0, 1, 2 и 3 (блоки 8.0, 8.1, 8.2 и 8.3 соответственно). Частоты fk, k=0…3 являются центральными частотами фильтров, причем полоса частот этих фильтров относительно не велика и значительно меньше выделенной общей полосы частот передачи. Выбранный в блоке 2 хаотический сигнал через переключатель 5, управляемый в соответствии со схемой переключения, полученной в блоке заполнения ЧВМ 3, поступает поочередно через равные промежутки времени на один из входов фильтров 8.0, 8.1, 8.2, 8.3, причем переключение происходит так, что номера выбранных частот изменяются по закону: (k+j)mod4, где k - номер первой используемой частоты; j - номер временного такта (j=0…3).

На фиг. 3 показана частотно-временная диаграммы работы передающего устройства для случая K=4, M=2 на примере передачи трех символов. Генераторы хаотических сигналов 2 (фиг. 2) генерируют M=2 хаотических сигнала Х0 и X1, временные интервалы передачи (фрагменты) которых показанных на фиг. 3 снизу. Допустим первый символ сообщения есть [0 0 0], что соответствует ЧВМ [0 0] (см. фиг. 1) и хаотическому сигналу Х0. В этом случае в соответствующие интервалы времени Т0-1, Т1-1, Т2-1, Т3-1 на соответствующих частотах f0-1, f1-1, f2-1, f3-1 передаются фрагменты хаотического сигнала Х0-0, Х0-1, Х0-2, Х0-3. Второй символ сообщения представляет собой [1 1 1], что соответствует ЧВМ [1 1] (см. фиг. 1) и хаотическому сигналу X1. В этом случае в соответствующие интервалы времени Т0-2, Т1-2, Т2-2, Т3-2 на соответствующих частотах f2-2, f3-2, f0-2, f1-2 передаются фрагменты хаотического сигнала X1-4, X1-5, X1-6, X1-7. Третий символ сообщения [1 0 0]. Аналогично в соответствующие интервалы времени Т0-3, Τ1-3, Т2-3, Т3-3 на соответствующих частотах f1-3, f2-3, f3-3, f0-3 передаются фрагменты хаотического сигнала Х0-8, Х0-9, Х0-10, Х0-11.

Важно отметить, что ни один фрагмент хаотических сигналов не повторяется от символа к символу, а также то, что даже если хаотический сигнал X1 не передавался в первом символе, он все равно был сгенерирован, а во втором символе, где он уже передавался, то передавались не его первые фрагменты, а фрагменты, соответствующие данному моменту времени.

Структурная схема приемного устройства для случая K=4, M=2 показана на фиг. 4.

Она содержит:

1.0, 1.1, 1.2, 1.3 - блоки задержки - 0, 1, 2, 3;

2 - блок формирования гипотез;

3.1, 3.2 - генераторы хаотических сигналов -1 и -2;

4 - генератор псевдослучайных чисел;

5 - блок выбора частот;

6 - блок принятия решения;

7 - получатель сообщений.

Приемное устройство работает следующим образом. Принимаемый сигнал поступает на вход приемного устройства, откуда поступает на блоки задержки-0, 1, 2, 3 - 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, причем на выходе блока задержки-0 1.0 сигнал соответствует нулевому частотному элементу, то есть интервалу Т0, на выходе блока задержки-1 1.1 - Τ1, на выходе блока задержки-2 1.2 - Т2, на выходе блока задержки-3 1.3 - Т3. Каждый частотный элемент поступает на соответствующие входы 0, 1, 2, 3 блока формирования гипотез 2, который настроен на определенные частоты, поступившие из блока выбора частот 5, в соответствии с генератором псевдослучайных чисел 4, а также на входы блока формирования гипотез 2 с выходов генераторов хаотических сигналов-1 и -2 4.1 и 4.2 поступают два хаотических сигнала. Набор из восьми гипотез на выходах 0…7 блока формирования гипотез 2 подают на вход бока принятия решения 6, где принимают решение о принятом символе, а соответствующую этому символу битовую комбинацию передают на вход получателя сообщений 7.

Функционирование блока формирования гипотез поясняет фиг. 5. Она содержит:

1.0, 1.1…8.3 - корреляторы 1.0, 1.1…8.3;

9.0, 9.1…9.31 - блок возведения в квадрат;

10.0, 10.1…10.31 - блок умножения на весовой коэффициент;

11.0, 11.1…11.7 - сумматор.

Блок формирования гипотез функционирует следующим образом. С входов j=0…3 сигнал поступает на корреляторы 1.0, 1.1…8.3, причем корреляторы настроены на определенный хаотический сигнал и определенную частоту fk, k=0…3, поступившие с соответствующих входов (см. фиг. 4). Корреляторы настроены следующим образом: запишем номер коррелятора как «h.j», а N=1, 2, 3… - номер принимаемого символа. Тогда:

- номер частоты, на которую настроен коррелятор, будет вычисляться как: k=(h+j-1)mod4;

- номер фрагмента хаотического сигнала: M.j′. Причем M=[h/4] - номер хаотического сигнала, где […] - обозначена операция округления в большую сторону, j′=j+4(N-1) номер фрагмента хаотического сигнала.

Коэффициенты на выходе корреляторов имеют вид:

,

где - фрагмент хаотического сигнала, на который настроен соответствующий коррелятор, Xj′ - фрагмент хаотического сигнала, поступивший с соответствующего входа, при этом номер поступившего хаотического сигнала не известен, Т - длительность фрагмента.

Значения коэффициентов возводят в квадрат в блоках возведения в квадрат 9.0…9.31, после чего в блоках умножения на коэффициент 10.0…10.31 умножают на коэффициент вида: , где

.

Данные весовые коэффициенты вводятся для того, чтобы учесть влияние шумовой составляющей. Результаты перемножения на выходе блоков умножения на коэффициент 10.0…10.31:

поступают на входы соответствующих сумматоров 11.0…11.7, на выходе которых получают числовые значения - гипотезы.

В блоке принятия решения 6 (см. фиг. 4) осуществляют выбор в пользу максимальной гипотезы и определяют соответствующий гипотезе символ, а соответствующую символу комбинацию бит передают получателю сообщений 7.

Предлагаемый способ передачи информации с внутрисимвольной псевдослучайной перестройкой рабочей частоты с использованием хаотических сигналов позволяет повысить помехозащищенность за счет быстрой перестройки частоты по псевдослучайному закону, а также повысить разведзащищенность за счет распределения мощности сигнала в полосе, связанной как с перестройкой несущей частоты, так и с использованием хаотических сигналов. При этом хаотические сигналы не повторяются от символа к символу, что делает невозможным постановку помехи в след. Использование ансамбля хаотических сигналов также позволяет увеличить скорость передачи информации, так как существует возможность сгенерировать достаточно большое количество независимых хаотических сигналов с низкоуровневыми взаимокорреляционными функциями.

Литература

1. В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев, Н.П. Мухин, В.И. Шестопалов. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты, "Радио и связь", М., 2000. - 384 с.

2. Р. Кроновер. Фракталы и хаос в динамических системах. - М.: Техносфера, 2006. - 488 с.

3. Г. Бор. Почти периодические функции: Пер. с нем. Изд. 2-е, стереотипное. - М.: Едиториал УРСС, 2005. - 128 с.

4. В.В. Егоров, М.С. Смаль. Использование почти периодических функций для создания хаотических сигналов. // журнал радиоэлектроники: электронный журнал, 2013 №8. URL: http://jre.cplire.ru/jre/augl3/10/text.pdf.

Способ передачи информации с внутрисимвольной псевдослучайной перестройкой рабочей частоты с использованием хаотических сигналов, состоящий в том, что на передающей стороне полезную информацию разбивают на символы, каждый длиною в несколько бит, которые в свою очередь разносят на независимые частотные элементы, каждый из которых передают поочередно на своей частоте в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью, отличающийся тем, что каждый частотный элемент представляет собой фрагмент одного из заданного ансамбля хаотического сигнала, причем каждый следующий частотный элемент в пределах символа является продолжением одного хаотического сигнала, номер которого связан с передаваемым символом, а на приемной стороне осуществляют прием посимвольно на всех возможных, в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью, для данного символа частотах, при этом для каждого частотного элемента определяют номер несущей частоты и номер хаотического сигнала, после чего составляют частотно-временную матрицу, на основании которой, а также с учетом номера хаотического сигнала определяют передаваемый символ и соответствующие символу биты информации передают получателю сообщений.



 

Похожие патенты:
Способ относится к области криптографии, электросвязи и радиосвязи, а именно к формированию шифрключа и шифра, использующихся для шифрования передаваемой информации.

Изобретение относится к технике охранно-пожарной сигнализации. Технический результат заключается в уменьшении возможности перехвата и подмены псевдослучайных последовательностей за счет использования накопителей хаотических сигналов.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системах передачи данных с повышенными требованиями к разведзащищенности и защите от организованных и непреднамеренных помех.

Изобретение относится к области электросвязи, а именно к передаче зашифрованных формализованных сообщений. .

Изобретение относится к идентификации мультимедийной информации. .

Изобретение относится к технике электрической связи и может быть использовано для защиты информации от несанкционированного доступа в системах связи. .

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к криптографической технике. .

Изобретение относится к области электросвязи и информационных технологий, а именно к технике защиты подлинности сообщений, таких как преобразованные к цифровому виду речевые, звуковые, музыкальные, телевизионные, факсимильные и подобные сообщения.
Изобретение относится к криптографии и средствам защиты информации от несанкционированных действий, разграничения доступа несанкционированного ознакомления, изменения содержания при хранении и передаче информации и может применяться для быстрой генерации случайных последовательностей с большим периодом.

Изобретение относится к области электросвязи и вычислительной техники, а конкретнее к области криптографических способов и устройств для шифрования данных. .

Изобретение относится к устройствам формирования сигналов с четырехпозиционной манипуляцией. Техническим результатом является повышение помехозащищенности сигналов с четырехпозиционной манипуляцией при ограниченном частотном ресурсе радиолинии. Устройство состоит из источника сообщений, скремблера, дешифратора, первого, второго, третьего, четвертого синтезаторов частот, первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого управляемых ключей, первого, второго, третьего, четвертого сумматоров, первого, второго, третьего, четвертого генераторов псевдослучайной последовательности, регистра сдвига, схемы «И». 1 ил.

Изобретение относится к области потокового шифрования текстов при их передаче и хранении в различных системах и устройствах, требующих защиты информации от вмешательства посторонних лиц и контроля с их стороны. Технический результат - повышение уровня защиты при передаче каждого символа. Способ шифрования текста методом расщепления заключается в том, что каждый отдельный символ текста, представленный в виде целого числа в соответствии с выбранной кодовой таблицей, предварительно преобразуют посредством новой математической операции - операции расщепления, которая в простейшем варианте позволяет превратить выбранный код символа с помощью очередного псевдослучайного числа, порождаемого генератором псевдослучайных чисел (ГПСЧ), в последовательность двух (или более) положительных целых чисел, из которых второе (или оба числа) снова подвергаются действию операции расщепления, создавая, таким образом, для каждого передаваемого символа конечную последовательность из трех, четырех и более положительных целых чисел, а затем все члены указанной конечной последовательности для каждого символа текста независимо шифруют с применением операции исключающее ИЛИ и соответствующей гаммы чисел, получаемых от ГПСЧ. 2 ил.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системах передачи данных с повышенными требованиями к разведзащищенности и защите от организованных и непреднамеренных помех. Техническим результатом способа является повышение скорости передачи информации по сравнению с классической системой с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, а также повышение разведзащищенности. Для этого распределяют мощность сигнала в полосе, связанной как с перестройкой несущей частоты, так и с использованием хаотических сигналов. При этом хаотические сигналы не повторяются от символа к символу. Кроме того, предусмотрено разнесение символов на независимые частотные элементы, каждый из которых передается на своей частоте в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью, при этом каждый частотный элемент является фрагментом одного из заданного ансамбля хаотического сигнала. 5 ил.

Наверх