способ передачи дискретной информации в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты

Формула изобретения

1. Способ передачи дискретной информации в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, включающий на передающем конце радиолинии деление входного сигнала на блоки, формирование пакетов путем кодирования блоков, обеспечивающего исправление ошибок, перестройку несущей частоты передатчика в соответствии с кодами псевдослучайной последовательности двоичных чисел, создаваемой k-разрядным регистром сдвига с обратной связью, путем одновременного параллельного снятия информации с n различных разрядов регистра сдвига, вырабатывающего псевдослучайную последовательность максимальной длины, содержащей 2^k-1 двоичных знака, модуляцию несущей частоты передатчика и последующее излучение сигнала в пространство, прием сигнала на приемном конце радиолинии одновременно на всех частотах, число которых равно числу p=2ⁿ, выбор в соответствии с кодом псевдослучайной последовательности двоичных чисел того частотного канала, по которому производилась передача, преобразование сигнала на промежуточную частоту, усиление, демодуляцию, декодирование пакетов и подачу сигнала на оконечное устройство, отличающийся тем, что на передающем конце радиолинии перестройку передатчика осуществляют одновременно на две или более несущие частоты в соответствии с кодами двух или более псевдослучайных последовательностей двоичных чисел, сформированных путем одновременного параллельного снятия информации для каждой псевдослучайной последовательности двоичных чисел с различных разрядов регистра сдвига, при этом пропускают те такты работы регистра сдвига, для которых двоичные числа любых двух псевдослучайных последовательностей совпадают, модуляцию несущих частот передатчика осуществляют различными сформированными пакетами, а на приемном конце радиолинии осуществляют выбор в соответствии с кодами двух или более псевдослучайных последовательностей двоичных чисел тех частотных каналов, по которым производилась передача и осуществляют преобразование сигнала по двум или более каналам, число которых равно числу одновременно излученных несущих частот передатчика.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменяют перед очередным сеансом связи разряды регистров сдвига, используемые для формирования кодов псевдослучайных последовательностей двоичных чисел.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменяют перед очередным сеансом связи начальное заполнение разрядов регистров сдвига.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиосвязи и вычислительной техники, а конкретнее к области способов и устройств передачи информации в вычислительной сети по радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.

Известны способы передачи дискретной информации в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (см., например, [1] стр. 19-35, [2] стр. 51-57, заявка на изобретение №99123808/09 от 10.11.1999 [3]).

В известных способах передачу дискретной информации осуществляют путем расширения спектра сигналов за счет псевдослучайной перестройки рабочей частоты.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, описанный в заявке №99123808/09 от 10.11.1999 г. и в [2] стр. 51-57. Способ включает на передающем конце радиолинии деление входного сигнала на блоки, формирование пакетов путем кодирования блоков, обеспечивающего исправление ошибок, перестройку несущей частоты передатчика в соответствии с кодами псевдослучайной последовательности двоичных чисел, создаваемой k-разрядным регистром сдвига с обратной связью путем одновременного параллельного снятия информации с n различных разрядов регистра сдвига, вырабатывающего псевдослучайную последовательность максимальной длины, содержащей 2^k-1 двоичных знака, модуляцию несущей частоты передатчика и последующее излучение сигнала в пространство, прием сигнала на приемном конце радиолинии одновременно на всех частотах, число которых равно числу р=2ⁿ, выбор в соответствии с кодом псевдослучайной последовательности двоичных чисел того частотного канала, по которому производилась передача, преобразование сигнала на промежуточную частоту, усиление, демодуляцию, декодирование пакетов и подачу сигнала на оконечное устройство.

Однако способ - прототип имеет недостаток. Поскольку сигнал на какой-то фиксированный момент времени излучается на одной частоте, то недостаточно эффективно используется частотный ресурс, включающий р=2ⁿ выделенных частот для передачи информации. Поскольку сигнал на какой-то фиксированный момент времени излучается на одной частоте, то он вскрывается разведкой противника. При этом фиксируя частоты излучения сигналов противник может вскрывать структуру псевдослучайной последовательности и создавать прицельные по частоте помехи, обеспечивая тем самым полное подавление радиолинии.

Таким образом, в изобретении решается проблема более эффективного использования выделяемого частотного ресурса и повышения помехозащищенности (скрытности и помехоустойчивости) связи.

Это достигается тем, что в известном способе передачи дискретной информации в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, заключающимся в делении на передающем конце радиолинии входного сигнала на блоки, формировании пакетов путем кодирования блоков, обеспечивающего исправление ошибок, перестройке несущей частоты передатчика в соответствии с кодами псевдослучайной последовательности двоичных чисел, создаваемой k-разрядным регистром сдвига с обратной связью путем одновременного параллельного снятия информации с n различных разрядов регистра сдвига, вырабатывающего псевдослучайную последовательность максимальной длины, содержащей 2^k-1 двоичных знака, модуляции несущей частоты передатчика и последующем излучении сигнала в пространство, приеме сигнала на приемном конце радиолинии одновременно на всех частотах, число которых равно числу р=2ⁿ, выборе в соответствии с кодом псевдослучайной последовательности двоичных чисел того частотного канала, по которому производилась передача, преобразовании сигнала на промежуточную частоту, усилении, демодуляции, декодировании пакетов и подаче сигнала на оконечное устройство согласно изобретению на передающем конце радиолинии перестройку передатчика осуществляют одновременно на две или более несущие частоты в соответствии с кодами двух или более псевдослучайных последовательностей двоичных чисел, сформированных путем одновременного параллельного снятия информации для каждой псевдослучайной последовательности двоичных чисел с различных разрядов регистра сдвига, при этом пропускают те такты работы регистра сдвига, для которых двоичные числа любых двух псевдослучайных последовательностей совпадают, модуляцию несущих частот передатчика осуществляют различными сформированными пакетами, а на приемном конце радиолинии осуществляют выбор в соответствии с кодами двух или более псевдослучайных последовательностей тех частотных каналов, по которым производилась передача и осуществляют преобразование сигнала по двум или более каналам, число которых равно числу одновременно излученных несущих частот передатчика.

В совокупности признаков заявленного способа под двоичным числом понимается число, записанное в виде знаков двоичной системы счисления и представленное в виде последовательности нулевых и единичных битов.

Эти отличительные признаки по сравнению с прототипом позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна".

В предлагаемом способе передачи дискретной информации в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты совокупность существенных признаков в указанном порядке обеспечивает более эффективное использование частотного ресурса, поскольку одновременно передается несколько пакетов дискретной информации на различных несущих частотах, что приводит к увеличению скорости передачи информации, кроме того повышается помехозащищенность связи поскольку передатчик излучает такую совокупность частот, разность между которыми может иметь различные значения при каждом такте изменения этих частот. Такое формирование сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты затрудняет их разведку, так как излучаемый передатчиком сигнал расширяется с помощью непосредственной модуляции несущих частот соответствующими пакетами, а затем за счет скачкообразного изменения несущих частот передатчика. При этом осуществляется распределение энергии сигнала в большой полосе частот, чем обеспечивается, структурная скрытность излученных сигналов. В таких условиях даже при фиксации излученных частот передатчика псевдослучайные последовательности двоичных чисел не вскрываются и создание прицельных помех исключается, а постановщик помех вынужден либо распределять ограниченную мощность помех по всему пространству радиосигнала, тем самым создавая малую спектральную плотность мощности помех, либо использовать всю имеющуюся мощность передатчика помех в малом подпространстве, оставляя оставшуюся часть пространства радиосигнала, свободной от помех. Именно новое свойство совокупности признаков, приводящих к более эффективному использованию частотного ресурса и повышению помехоустойчивости системы радиосвязи с псевдослучайной перестройкой рабочий частоты в условиях активных вторжений позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ передачи дискретной информации в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты опробован в лабораторных условиях. Пример данного способа приводится ниже.

Если число используемых частотных каналов равно 2ⁿ, то длину кода псевдослучайных последовательностей двоичных чисел выбирают равной n бит. Например, для 16 используемых частотных каналов длина кода псевдослучайных последовательностей двоичных чисел должна составлять 4 биты.

Формирование псевдослучайных последовательностей максимальной длины, содержащих 2^k-1 двоичных знаков, можно осуществлять путем использования линейного регистра сдвига, имеющего k разрядов, обратную связь которого определяют по виду выбранного примитивного полинома степени k. Нахождение примитивных полиномов степени k изложено в [4] на стр.74-75.

Формирование кодов псевдослучайных последовательностей двоичных чисел длиною n бит можно осуществить путем снятия информации с n различных разрядов регистра сдвига, номера которых могут быть произвольно выбраны или определены по соответствующему алгоритму перед очередным сеансом связи для передающего и приемного концов радиолинии. При этом начальное заполнение разрядов регистров сдвига на передающем и приемном концах радиолинии может выбираться произвольно, но должно быть одинаковым.

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройств, представленных блок-схемой на фиг.1, где

блок 1 - источник сигнала;

блок 2 - первый регистр сдвига;

блок 3 - кодирующее устройство;

блок 4 - синтезатор частот;

блок 5 - модулятор;

блок 6 - передатчик;

блок 7 - многоканальный приемник;

блок 8 - второй регистр сдвига;

блок 9 - декодирующее устройство;

блок 10 - оконечное устройство,

и блок-схемой на фиг.2, где блоки 11-16 разряды 1-6 регистра сдвига, а блок 17 - сумматор по модулю два.

Для простоты описания работы устройства будем считать, что регистр сдвига имеет 6 разрядов (k=6 бит), а число используемых частотных каналов 16, тогда коды псевдослучайных последовательностей двоичных чисел для перестройки передатчика одновременно на три несущие частоты должны иметь длину 4 бита.

Для определения структуры регистра сдвига выбирают примитивный многочлен шестой степени, например

⁶+ ⁵+1.

Для выбранного примитивного многочлена структурная схема регистра сдвига с обратной связью будет иметь вид, представленный на фиг.2. Сформированное с помощью генератора случайных чисел двоичное число длиною 6 бит

< ₆, ₅, ₄, ₃, ₂, ₁>,

где ₁=0, ₂=0, ₃=0, ₄=1, ₅=1, ₆=1 используется для начального заполнения разрядов регистров сдвига на передающем и приемном концах радиолинии. Двоичные знаки с 5 и 6 разряда регистра сдвига поступают в каждом такте работы на вход сумматора 17 по модулю два, а с выхода сумматора по модулю два знак =₅₆ поступает на вход первого разряда регистра сдвига (блок 11). При этом состояние разрядов для каждого такта в процессе работы регистра сдвига определяется выражением

_i= _i-1 для

Если информация будет сниматься с шестого разряда ₆, то псевдослучайная последовательность двоичных знаков максимального периода будет иметь вид

Заметим, что на периоде этой последовательности любой ненулевой набор из шести знаков 0 и 1 встречается только один раз.

Если двоичные числа будем снимать с 1, 2, 3, 4 разряда регистра сдвига (блоки 11, 12, 13, 14) и на каждом такте его работы с набором < ₁, ₂, ₃, ₄> будем сопоставлять число х=₁+2₂+2²₃+2³₄, тo последовательность двоичных чисел в процессе работы регистра можно рассматривать как последовательность чисел х (0, 1, 2, ..., 15} в виде

Если двоичные числа будем снимать одновременно с 1, 2, 5, 6 разрядов регистра сдвига (блоки 11, 12, 15, 16) и на каждом такте его работы с набором < ₆, ₅, ₂, ₁> будем сопоставлять число в виде y=₆+2₅+2²₂+2³₁, то последовательность двоичных чисел в процессе работы регистра сдвига можно рассматривать как последовательность чисел y {0, 1, 2, ..., 15} в виде

Если двоичные числа будем снимать одновременно с 4, 3, 1, 6 разрядов регистра сдвига (блоки 14, 13, 11, 16) и на каждом такте его работы с набором < ₄, ₃, ₁, ₆> будем сопоставлять число в виде z=₄+2₃+2²₁+2³₆, то последовательность двоичных чисел в процессе работы регистра сдвига можно рассматривать как последовательность чисел z {0, 1, 2, ..., 15} в виде

Анализ сформированных последовательностей x, y, z показывает, что на интервале, соответствующему периоду, равному 63 тактам работы регистра сдвига, каждое из чисел {1, 2,... 15} встречается ровно четыре раза. Ноль во всех последовательностях встречается ровно три раза, при этом последовательности x, y и z не могут быть получены друг из друга в результате циклического сдвига. В последовательностях x, y и z отсутствуют скрытые периодичности и обеспечивается статистическая равномерность используемых чисел.

Если в одном и том же такте работы регистра сдвига двоичные числа любых псевдослучайных последовательностей совпадают, то такие такты работы регистра сдвига пропускают и не используют в процессе управления частотами передатчика и приемника.

Для приведенного примера реализации устройства 8, 18, 19, 40, 57, 59 и 61-й такты работы регистра сдвига не используют.

При этом за счет излучения сигнала одновременно на трех разных частотах обеспечивается более эффективное использование частотного ресурса, повышение структурной скрытности излучаемых сигналов и помехоустойчивости связи.

Поскольку при работе регистра сдвига пропускают те такты его работы, для которых формируемые коды псевдослучайных последовательностей совпадают, то обеспечивается статистическая равномерность используемых частотных каналов при передаче информации и исключается применение статистических методов криптоанализа для вскрытия псевдослучайных последовательностей.

Рассмотренные последние эффекты могут быть усилены для случая, когда перед очередным сеансом связи изменяют начальное заполнение регистров сдвига на передающем и приемном концах радиолинии или изменяют разряды регистров сдвига, используемые для формирования кодов псевдослучайных последовательностей двоичных чисел.

Реализация предлагаемого способа не вызывает затруднений, так как все блоки и узлы, входящие в устройство, реализующее способ, общеизвестны и широко описаны в технической литературе.

Источники информации

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.

2. С.И.Тузов. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами, “Радио и связь”, М., 1985.

3. Способ передачи дискретной информации в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты и устройство для его осуществления. Заявка на изобретение №99123808/09, МПК 7 Н 04 В 1/713 от 10.11.1999.

4. Б.Н.Воронков, В.И.Тупота. Методическое пособие по разработке средств защиты информации в вычислительных сетях, Воронеж, Воронежский Государственный университет, 2000.