способ передачи и приема дискретной информации с псевдослучайными сигналами

Формула изобретения

Способ передачи и приема дискретной информации с псевдослучайными сигналами (ПСП), включающий на передающей стороне преобразование цифрового сигнала в сигналы двоичных кодовых комбинаций постоянной длительности, содержащих Z символов, равной _k=Z/f_T, где f_T - частота дискретизации передаваемого цифрового сигнала, на приемной стороне - прием сигналов ПСП на несущей частоте, их преобразование в сигналы промежуточной частоты, демодуляция и формирование информационного цифрового сигнала, отличающийся тем, что сигналы двоичных кодовых комбинаций с помощью шифратора преобразуют в сигналы зашифрованных кодовых комбинаций, то есть каждую двоичную кодовую комбинацию заменяют на другую двоичную кодовую комбинацию в соответствии с заданным законом шифрования, а затем каждой зашифрованной кодовой комбинации присваивают соответствующий номер ПСП, которую передают по радиолинии на несущей частоте в течение времени, равном ее длительности _k, причем прием и обработка этих сигналов ПСП осуществляют с помощью корреляторов, число которых равно числу передаваемых ПСП со временем обработки каждого, равным длительности кодовой комбинации _k, в результате которой образуются видеоимпульсы, с помощью которых с устройства памяти считывают соответствующие зашифрованные кодовые комбинации, преобразуемые дешифратором в кодовые комбинации передаваемого цифрового сигнала в соответствии с заданным законом шифрования, их суммируют и получают передаваемый цифровой сигнал на выходе приемного устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для повышения структурной и информационной скрытности передаваемого цифрового сигнала, а также для увеличения помехоустойчивости систем радиосвязи.

Для защиты передаваемой информации по радиолиниям необходимо затруднить или полностью исключить возможность выделения модулирующего информационного сигнала разведприемником. Степень защищенности модулирующего информационного сигнала характеризуется энергетической, структурной и информационной скрытностью передаваемого радиосигнала в целом.

В настоящее время для повышения как энергетической, так и структурной скрытности используются широкополосные шумоподобные сигналы, одной из разновидностей которых является псевдослучайная последовательность (ПСП), описанные, например, в книге Варакина Л.Е. "Системы связи с шумоподобными сигналами" (Издательство "Радио и связь", Москва, 1985 г.). В передатчике последовательность информационных сигналов перемножается с бинарной ПСП, а затем сформированная таким образом манипулирующая последовательность перемножается с синусоидальным сигналом несущей частоты. В результате образуется фазоманипулированный широкополосный сигнал ФМШПС, который передается по радиоканалу. Однако такой способ формирования ФМШПС не исключает возможности перехвата сигнала информации разведприемником, так как манипулирующую последовательность можно выделить схемой Пистолькорса или схемой Костаса, описанными в книге Линдсей В. "Системы синхронизации в связи и управлении М.: Сов. радио, 1978 г., стр.101 - рис.3.12 и стр.102 - рис.3.13). Затем, учитывая периодичность ПСП, можно выделить и сигнал информации.

Наиболее близким к предлагаемому является способ передачи цифрового сигнала с помощью ПСП и обработки сигнала в приемнике, описанный в книге В.И.Борисов, В.М.Зинчук, Л.Е.Лимарев, Н.П.Мухин, Г.С.Нахмансон. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью. М.: Радио и связь, 2003 г., стр.30, принятый за прототип.

Способ-прототип заключается в использовании квадратурной фазовой модуляции (КФМ) для формирования сигналов, в которой применяются две кодовые ПСП: информационная P₁(t) и синхронизирующая Р₂(t), а также квадратурные составляющие одной и той же несущей частоты.

В передатчике последовательность информационных символов +1 и -1 перемножается с бинарной информационной ПСП P₁(t). Затем сформированная таким образом информационная манипулирующая последовательность перемножается с синусоидальным сигналом несущей частоты. Синхронизирующая последовательность ПСП Р₂(t) перемножается с сигналом несущей частоты, который сдвинут по фазе на 90° (на /2) относительно сигнала несущей частоты, используемого для передачи информационной манипулирующей последовательности P₁(t). Затем полученные сигналы несущих частот суммируются и излучаются в пространство.

В приемнике входной сигнал ФМШПС переносится на промежуточную частоту и затем поступает на двухканальный блок приемного устройства. В первом канале осуществляется поиск синхронизирующей ПСП P₂(t). Для этого входной сигнал ФМШПС перемножается с синхронной копией ПСП P₂ (t), после обнаружения которой во втором канале входной сигнал ФМШПС перемножается с копией информационной ПСП P₁ (t), а затем полученный сигнал демодулируется фазовым детектором, на выходе которого образуется передаваемый информационный сигнал.

Однако такой способ передачи сигналов с использованием псевдослучайных сигналов не исключает перехвата информационного сигнала развед-приемником.

Так, например, при использовании М-последовательностей, нашедших широкое практическое применение в системах связи, использующих ШПС, структурная скрытность этих сигналов невелика, так как достаточно следующих подряд 2k символов М-последовательности для разгадывания всей последовательности (k - число разрядов сдвигового регистра, генерирующего данную последовательность длиной 2^k-1 символов). При этом информационная скрытность передаваемого цифрового сигнала также является низкой.

Недостатком способа-протртипа является низкая информационная и структурная скрытность, а также недостаточная помехоустойчивость передачи цифрового сигнала.

Предлагаемый способ позволяет существенно повысить структурную и информационную скрытность, а также помехоустойчивость передачи цифрового сигнала.

Для устранения указанных недостатков в способе передачи и приема дискретной информации в радиолинии с псевдослучайными сигналами, включающем на передающей стороне преобразование цифрового сигнала в сигналы двоичных кодовых комбинаций постоянной длительности, содержащих Z символов, равной _k=Z/f_T, где f_T - частота дискретизации передаваемого цифрового сигнала, на приемной стороне - прием сигналов ПСП на несущей частоте, их преобразование в сигналы промежуточной частоты, демодуляция и формирование информационного цифрового сигнала, согласно изобретению сигналы двоичных кодовых комбинаций с помощью шифратора преобразуют в сигналы зашифрованных кодовых комбинаций, то есть каждую двоичную кодовую комбинацию заменяют на другую двоичную кодовую комбинацию в соответствии с заданным законом шифрования, а затем каждой зашифрованной кодовой комбинации присваивают соответствующий номер ПСП, которую передают по радиоканалу на несущей частоте в течение времени равном ее длительности _k, причем прием и обработка этих сигналов ПСП осуществляют с помощью корреляторов, число которых равно числу передаваемых ПСП с временем обработки каждого равным длительности кодовой комбинации _k, в результате которой образуются видеоимпульсы, с помощью которых с устройства памяти считывают соответствующие зашифрованные кодовые комбинации, преобразуемые дешифратором в кодовые комбинации передаваемого цифрового сигнала в соответствии с заданным законом шифрования, их суммируют и получают передаваемый цифровой сигнал на выходе приемного устройства.

Предлагаемый способ передачи и приема дискретной информации с псевдослучайными сигналами, заключается в том, что на передающей стороне осуществляется преобразование информационного сигнала в сигналы двоичных кодовых комбинаций постоянной длительности, содержащих Z символов, равной , где f_T - частота дискретизации передаваемого цифрового сигнала, затем сигналы двоичных кодовых комбинаций с помощью шифратора преобразуются в сигналы зашифрованных кодовых комбинаций, т.е. каждая двоичная кодовая комбинация заменяется на другую двоичную кодовую комбинацию в соответствии с заданным законом шифрования, а затем каждой зашифрованной кодовой комбинации присваивается соответствующий номер ПСП, которая передается по линии радиосвязи на несущей частоте вместо сигнала зашифрованной кодовой комбинации в течение времени, равном ее длительности _k. На приемной стороне осуществляется прием сигналов ПСП на несущей частоте, их преобразование в сигналы промежуточной частоты, демодуляция и формирование информационного цифрового сигнала. Причем прием и обработку этих сигналов ПСП производят с помощью корреляторов, число которых равно числу передаваемых ПСП с временем обработки каждого, равным длительности кодовой комбинации _k, в результате которой образуются видеоимпульсы, с помощью которых с устройства памяти считываются соответствующие зашифрованные кодовые комбинации, преобразуемые дешифратором в кодовые комбинации передаваемого цифрового сигнала в соответствии с заданным законом шифрования, в результате суммирования которых на выходе приемного устройства образуется передаваемый информационный сигнал.

Сигнал, передаваемый по линии радиосвязи, обладает большим числом степеней свободы, чем обычный двоичный информационный сигнал. В связи с этим значительно уменьшается вероятность раскрытия структуры сигнала при условии обнаружения этого сигнала, что улучшает структурную скрытность сигнала. Помимо этого, при данном способе передачи цифрового сигнала само информационное сообщение не передается по каналу связи, что улучшает информационную скрытность сигнала.

Кроме того, при приеме входных сигналов ПСП осуществляется вычисление автокорреляционных функций в течение времени, равном длительности кодовой комбинации, что приводит к повышению отношения сигнал/шум, что, в свою очередь, значительно увеличивает помехоустойчивость приема цифрового сигнала.

Функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа представлена на чертеже, где введены следующие обозначения:

1 - пакетатор-депакетатор (ПД);

2 - микропроцессор;

3 - генератор псевдослучайной последовательности (ГНПСП);

4 - модулятор;

5, 9 - первый и второй антенно-фидерный блок (АФБ);

6 - генератор кода (ГК).

7 - синхрогенератор;

8 - синтезатор частот (СЧ);

10 - преобразователь частоты (ПЧ);

11 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

12₁-12_k - корреляторы;

13 - пороговый блок (ПБ).

Устройство, с помощью которого реализуется предлагаемый способ, содержит последовательно соединенные ПД 1, информационный вход которого является первым входом устройства, микропроцессор 2, ГНПСП 3, модулятор 4 и первый АФБ 5, выход которого является первым выходом устройства.

Вторым входом устройства является вход второго АФБ 9, выход которого соединен с последовательно соединенными ПЧ 10 и УПЧ 11. Выход УПЧ 11 соединен с входами k корреляторов 12₁-12_k синхронизирующие входы которых соединены со вторым выходом синхрогенератора 7. Первый выход синхрогенератора 7 соединен с синхронизирующими входами ПД 1, модулятора 4 и ГНПСП 3, k выходов которого соединены с входами соответствующих корреляторов 12₁-12_k, объединенные выходы которых соединены с входом ПБ 13, выход которого соединен со вторым входом микропроцессора 2. Второй выход микропроцессора 2 соединен с входом ГК 6, выход которого соединен с третьим входом ПД 1, второй выход которого является вторым выходом устройства. Первый выход СЧ 8 соединен с управляющим входом преобразователя частоты ПЧ 10, а второй выход - с управляющим входом модулятора 4.

Устройство, с помощью которого реализуется предлагаемый способ, работает следующим образом.

На передающем конце двоичная информационная последовательность поступает в ПД 1, где происходит ее деление на двоичные блоки по Z бит. С первого выхода ПД 1 полученные блоки подаются на первый вход микропроцессора 2, в котором производятся следующие преобразования: Z бит двоичного блока составляют двоичное число X, которое пересчитывается в десятичное число Y [0,2^х-1], которое, в свою очередь, переводится в другое десятичное число N=f(Y) [0,2^M-1], М X, где f - заданный на приеме и передаче алгоритм.

Полученное N определяет номер ПСП, которая генерируется в ГНПСП 3. Сгенерированная ПСП поступает на информационный вход модулятора 4, где она модулируется частотой, синтезируемой СЧ 8. Модулированная ПСП излучается в пространство с помощью первого АФБ 5.

На приемном конце входной сигнал, принятый вторым АФБ 9, поступает в ПЧ 10, где производится его преобразование с помощью частоты, полученной в СЧ8 на промежуточную частоту с последующим его усилением, в УПЧ 10.

Полученный сигнал поступает на соответствующие параллельные входы корреляторов 12₁-12_k , где определяются корреляционные пики. Каждый коррелятор 12 ₁-12_k настроен на определенную опорную ПСП, генерируемую в ГНПСП 3. С k параллельных выходов ГНПСП 3 управляющие сигналы поступают на последовательные входы соответствующих корреляторов 12₁-12_k.

Значение пика АКФ на выходах корреляторов 12i-12k сравнивается с порогом в ПБ 13. Номер коррелятора, имеющего максимальное значение АКФ, определяет десятичное число N, который с выхода ПБ 13 подается на второй вход микропроцессора 10. В микропроцессоре 10 на основе N сначала определяется десятичное число Y=f^-l(N), где f - заданный на приеме и передаче алгоритм, которое пересчитывается из десятичного вида в двоичный X. Полученное двоичное число Х поступает в ГК 6, где преобразуется в Z бит двоичного блока. Полученные таким образом в ГК 6 двоичные блоки объединяются в ПД 1 в двоичную информационную последовательность, которая подается на второй выход устройства.

При этом работа корреляторов 12₁-12_k синхронизируется сигналом со второго выхода синхрогенератора 5, а сигнал с первого выхода синхрогенератора 5 синхронизирует работу ПД 1, ГНПСП 2, модулятора 3 и ГК 6.

Таким образом, поскольку вычисление автокорреляционных функций входных сигналов ПСП осуществляется в течение времени, равном длительности кодовой комбинации _k, то это приводит к повышению отношения сигнал/шум на выходе корреляторов в Z раз, что позволяет значительно увеличить помехоустойчивость приема цифрового сигнала.

Использование микропроцессора позволяет проводить многократные преобразования передаваемого и принимаемого сигналов, что обеспечивает защиту от несанкционированного доступа.

Таким образом, устройство, функционирующее согласно предлагаемому способу, отличается высокой помехоустойчивостью при соблюдении конфиденциальности.