Способ скремблирования аналогового сигнала и устройство, его реализующее

 

Изобретение относится к области электросвязи, а именно к технике секретной (конфиденциальной) связи. Предлагаемые способ и устройство скремблирования аналогового сигнала могут быть использованы для исключения несанкционированного доступа к информационным сигналам, передаваемым по аналоговым каналам связи. Технический результат заключается в разработке способа скремблирования аналогового сигнала и устройства, его реализующего, исключающих искажения, обусловленные расширением спектра частот скремблированного сигнала относительно информационного при произвольном выборе цифрового маскирующего сигнала. Это достигается тем, что способ скремблирования аналогового сигнала предусматривает предварительное формирование цифровых согласованных с каналом связи сигналов, скремблирование каждого из них путем суммирования с цифровым маскирующим сигналом, сравнение их с цифровым информационным сигналом, передачу по каналу связи выбранного цифрового согласованного с каналом связи сигнала и восстановление цифрового информационного сигнала. В устройство скремблирования аналогового сигнала на передающем узле введены запоминающее устройство, блок выбора, блок коммутации, блок памяти цифровых согласованных с каналом связи сигналов, а на приемном узле - сумматор. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Предлагаемые технические решения объединены единым изобретательским замыслом и относятся к области электросвязи, а именно к технике секретной (конфиденциальной) связи, обеспечивающей скрытую (скремблированную) передачу аналоговых сигналов, таких как речевой, звуковой, телевизионный, факсимильный и т.п. сигналы.

Предлагаемые способ и устройство скремблирования аналогового сигнала могут быть использованы для исключения несанкционированного доступа к информационным сигналам, передаваемым по аналоговым каналам связи. Под термином "скремблирование" понимают преобразование информационного сигнала на передаче и обратное преобразование на приеме, исключающее или существенно затрудняющее несанкционированный доступ к информационному сигналу третьих лиц.

Известные способы скремблирования аналогового сигнала, описаны, например, в статье Дворянкин С.В., Д.В. Девочкин Д.В. Методы закрытия речевых сигналов в телефонных каналах. - СПб.: Конфидент, N 5, 1995, с. 45 - 59. Они заключаются в перестановке во времени отрезков аналогового сигнала и перестановке частотных полос отрезков аналогового сигнала. Недостатком известных способов скремблирования аналогового сигнала, передаваемого по каналам связи с ограниченной полосой частот, является высокий уровень искажений, обусловленный расширением спектра частот скремблированного сигнала относительно информационного.

Известны устройства, предназначенные для скремблирования аналогового сигнала, описанные, например, в патенте США N 4086435 заявл. 17.09.76, кл. H 04 L 9/02, опубл. 25.04.78. Устройство по пат. США N 4086435 включает передающий и приемный узлы. Передающий узел состоит из аналого-цифрового преобразователя для преобразования аналогового информационного сигнала в цифровой информационный n-уровневый сигнал, преобразователя для преобразования входного n-уровневого сигнала в отличный от него скремблированный n-уровневый сигнал в соответствии с заранее выбранным правилом преобразования, цифроаналогового преобразователя для преобразования цифрового скремблированного сигнала в аналоговый сигнал для последующей передачи по аналоговому каналу связи. Приемный узел включает аналого-цифровой преобразователь, выполняющий преобразование принятого из канала связи аналогового скремблированного сигнала в цифровой скремблированный n-уровневый сигнал, далее в инверсном преобразователе осуществляется обратное преобразование скремблированного n-уровневого сигнала, восстанавливающее цифровой сигнал, аналогичный информационному, который в цифроаналоговом преобразователе преобразуется к аналоговому виду и выдается потребителю.

Недостатком известных устройств скремблирования является высокий уровень искажений, обусловленный расширением спектра частот скремблированного сигнала относительно информационного при произвольном выборе правила преобразования.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному способу скремблирования аналогового сигнала является способ, описанный в патенте США N 4126761, заявл. 11.02.77, кл. H 04 K 1/02, опубл. 21.11.78. Способ-прототип скремблирования аналогового сигнала заключается в его преобразовании в цифровой информационный сигнал, предварительном формировании цифрового маскирующего сигнала, скремблировании путем суммирования цифрового информационного сигнала с цифровым маскирующим сигналом, преобразовании цифрового скремблированного сигнала в аналоговый и передаче его по каналу связи, преобразовании принятого аналогового сигнала в цифровой, вычитании из него цифрового маскирующего сигнала и преобразовании восстановленного цифрового информационного сигнала в аналоговый, причем суммирование цифрового информационного сигнала с цифровым маскирующим сигналом и вычитание из цифрового принятого сигнала цифрового маскирующего сигнала синхронизированы.

Недостатком прототипа заявленного способа является высокий уровень искажений, обусловленный расширением спектра частот скремблированного сигнала относительно информационного при произвольном выборе цифрового маскирующего сигнала. Это ограничивает возможности применения данного способа при использовании аналоговых каналов связи с ограниченной полосой частот, таких как каналы тональной частоты, радиоканалы.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству скремблирования аналогового сигнала является устройство по патенту США N 4126761, заявл. 11.02.77, кл. H 04 K 1/02, опубл. 21.11.78. Известное устройство-прототип включает передающий и приемный узел. Вход аналого-цифрового преобразователя является входом передающего узла устройства, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу сумматора. Ко второму входу сумматора подключен выход блока памяти цифрового маскирующего сигнала, выход сумматора соединен с цифроаналоговым преобразователем. Выход цифроаналогового преобразователя соединен с каналом связи. Вход аналого-цифрового преобразователя соединен с каналом связи и является входом приемного узла устройства скремблирования аналогового сигнала. Выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом вычитателя, второй вход которого подключен к выходу блока памяти маскирующего сигнала. Выход вычитателя подключен к входу цифроаналогового преобразователя. Выход цифроаналогового преобразователя является выходом устройства.

Недостатком прототипа заявленного устройства является высокий уровень искажений, обусловленный расширением спектра частот скремблированного сигнала относительно информационного при произвольном выборе цифрового маскирующего сигнала.

Целью изобретения является разработка способа скремблирования аналогового сигнала и устройства, его реализующего, исключающих искажения, обусловленные расширением спектра частот скремблированного сигнала относительно информационного при произвольном выборе цифрового маскирующего сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе скремблирования аналогового информационного сигнала, заключающемся в его преобразовании в цифровой информационный сигнал, предварительном формировании цифрового маскирующего сигнала, преобразовании цифрового сигнала в аналоговый и передаче его по каналу связи, преобразовании принятого аналогового сигнала в цифровой и преобразовании восстановленного цифрового информационного сигнала в аналоговый, дополнительно предварительно формируют K цифровых согласованных с каналом связи сигналов. Каждый из них скремблируют путем суммирования с цифровым маскирующим сигналом и сравнивают каждый i-ый, где i = 1, 2, ..., K, цифровой скремблированный сигнал с цифровым информационный сигналом. Среди цифровых скремблированных сигналов выбирают наиболее близкий к цифровому информационному сигналу и соответствующий выбранному цифровому скремблированному сигналу цифровой согласованный с каналом связи сигнал преобразуют в аналоговый. После его приема и преобразования в цифровой сигнал восстанавливают цифровой информационный сигнал путем суммирования его с цифровым маскирующим сигналом, причем суммирование цифрового маскирующего сигнала с каждым i-ым цифровым согласованным с каналом связи сигналом и суммирование после передачи по каналу связи цифрового сигнала с цифровым маскирующим сигналом синхронизированы. Для сравнения каждого i-го цифрового скремблированного сигнала с цифровым информационным сигналом из каждого цифрового представления отсчета i-го цифрового скремблированного сигнала вычитают соответствующее ему цифровое представление отсчета цифрового информационного сигнала. Для каждого i-го цифрового скремблированного сигнала полученные величины разностей суммируют, а наиболее близкий цифровой скремблированный сигнал к цифровому информационному сигналу выбирают соответствующий минимальной сумме полученных разностей.

Указанная новая совокупность выполняемых действий за счет передачи по каналу связи заранее сформированных согласованных с каналом связи сигналов позволяет при произвольном выборе цифрового маскирующего сигнала исключить искажения передаваемых сигналов, обусловленные расширением спектра частот скремблированного сигнала относительно аналогового информационного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве скремблирования аналогового сигнала, содержащем на передающем узле аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, сумматор, первый вход которого подключен к выходу блока памяти цифрового маскирующего сигнала, и цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен со входом канала связи, а на приемном узле аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу канала связи, блок памяти цифрового маскирующего сигнала и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выходом устройства, дополнительно введено запоминающее устройство. Вход запоминающего устройства подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а выход - к входу цифрового информационного сигнала введенного блока выбора. Вход цифрового скремблирующего сигнала подключен к выходу сумматора. Первый выход блока коммутации подключен ко второму входу сумматора, а второй выход соединен с входом цифроаналогового преобразователя. Вход блока коммутации соединен с выходом блока памяти цифровых согласованных с каналом связи сигналов, вход которого подключен к выходу блока выбора. На приемном узле дополнительно введен сумматор, первый и второй входы которого, соответственно, подключены к выходу аналого-цифрового преобразователя и выходу блока памяти цифрового маскирующего сигнала. Выход сумматора подключен к входу цифроаналогового преобразователя. Причем, запоминающее устройство, блок выбора, блок коммутации, блок памяти цифровых согласованных с каналом связи сигналов, блок памяти цифрового маскирующего сигнала, аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи снабжены входами сигналов управления.

Указанная новая совокупность признаков заявленного устройства скремблирования аналогового сигнала за счет передачи по каналу связи заранее сформированных согласованных с каналом в связи сигналов позволяет при произвольном выборе цифрового маскирующего сигнала исключить искажения передаваемых сигналов, обусловленные расширением спектра частот скремблированного сигнала относительно аналогового информационного сигнала.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявленных способа и устройства скремблирования аналогового сигнала, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условно патентоспособности "Новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками каждого заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками каждого из заявленных изобретений на достижение указанного технического результата. Следовательно, каждое из изобретений соответствует условию патентоспособности "Изобретательский уровень".

На фиг. 1 показаны осциллограммы, поясняющие суть предлагаемого способа скремблирования аналогового сигнала; на фиг. 2 - структурная схема устройства скремблирования аналогового сигнала; на фиг. 3 - структурная схема блока выбора 3; на фиг. 4 - структурная схема блока коммутации 6; на фиг. 5 - структурная схема управляемого переключателя 3.3; на фиг. 6 - структурная схема блока памяти цифровых согласованных с каналом связи сигналов 7; на фиг. 7 - временные диаграммы, поясняющие суть работы предлагаемого устройства скремблирования аналогового сигнала; на фиг. 8 - графики, показывающие эффект заявленного способа.

Реализация заявленного способа заключается в следующем.

При скремблировании аналоговых сигналов, передаваемых по каналам связи с ограниченной полосой частот, большое значение имеет согласование частотных характеристик скремблированного сигнала и канала связи. Если скремблированный сигнал имеет полосу частот шире полосы частот канала связи, то при передаче такого сигнала возникают искажения. Для формирования скремблированных сигналов широко применяется суммирование аналогового информационного сигнала и заранее выбранного маскирующего сигнала, известного отправителю и получателю и неизвестного третьим лицам. Для исключения несанкционированного доступа к информационному сигналу третьих лиц, перехватывающих скремблированный сигнал в канале связи, необходимо использовать такие маскирующие сигналы, элементы которых взаимно некоррелированы, а выбор таких сигналов непредсказуем для третьих лиц. Однако такие маскирующие сигналы имеют неограниченный по частоте спектр и их суммирование с ограниченным по частоте информационным сигналом формирует сигнал с бесконечным частотным спектром, как показано в книге: А.Г. Зюко, Д.Д. Кловский, М.В. Назаров, Л.М. Финк "Теория передачи сигналов". - М.: Радио и связь, 1986, стр. 43. Поэтому формирование скремблированных сигналов, согласованных по частотным характеристикам с используемыми каналами связи имеет существенные преимущества, такие как отсутствие искажений сигнала из-за несогласованности полосы частот и снижение требуемой мощности передачи.

В заявленном способе для обеспечения согласованной передачи скремблированных сигналов, что уменьшит возможные их искажения, реализуется следующая последовательность действий.

Аналоговый информационный сигнал, вид которого показан на фигуре 1(а), преобразуют в цифровой информационный сигнал, например, по способу импульсно-кодовой модуляции, последовательно дискретизируя аналоговый сигнал по времени с частотой дискретизации f_d, квантуя его по n-уровням и кодируя квантованные значения последовательностью двоичных символов. Известные способы аналого-цифрового преобразователя сигналов описаны, например, в книге В.Л. Банкет, В. М. Дорофеев "Цифровые методы в спутниковой связи". - М.: Радио и связь, 1988, стр. 9. Дискретизированный во времени и квантованный по уровню информационный сигнал показан на фигуре 1(б). В соответствии с теоремой Котельникова частоту дискретизации информационного сигнала выбирают из условия f_d ≥ 2(F_max - F_min), где F_max и F_min - максимальная и минимальная, соответственно, частоты аналогового информационного сигнала.

Предварительно выбирают цифровой маскирующий сигнал, вид которого в дискретизированной во времени и квантованной по амплитуде форме показан на фигуре 1(в). Значения цифрового маскирующего сигнала в моменты времени дискретизации t_d, где t_d = 1/f_d, формируют произвольным случайным способом, описанным, например, в книге: Д. Кнут "Искусство программирования на ЭВМ". - М.: Мир, 1977, т. 2, стр. 13.

Для исключения искажений из-за несогласованности по частотному спектру передаваемых сигналов и канала связи применяют предварительно сформированные согласованные с каналом связи сигналы. Известные способы формирования аналоговых сигналов, согласованных с каналом связи, описаны, например, в книге: Э. М. Ямпольский "Вариационные принципы согласования сигналов с каналом связи". - М.: Радио и связь, 1987, с. 117. Аналоговый согласованный с каналом связи сигнал преобразуют в цифровой согласованный с каналом связи сигнал, например, по способу импульсно-кодовой модуляции, последовательно дискретизируя аналоговый сигнал по времени с частотой дискретизации f_d, квантуя его по n-уровням и кодируя квантованные значения последовательностью двоичных символов. Известные способы аналого-цифрового преобразования сигналов описаны, например, в книге В. Л. Банкет, В.М. Дорофеев "Цифровые методы в спутниковой связи". - М.: Радио и связь, 1988, стр. 9. Дискретизированные во времени и квантованные по уровню согласованные с каналом связи сигналы показаны на фигуре 1(г). Количество K предварительно сформированных согласованных с каналом связи сигналов выбирают в зависимости от требуемой точности восстановления информационного сигнала на приемной стороне, как показано, например, в книге: Дж. Макхоул, С. Рукос, Г. Гиш "Векторное квантование при кодировании речи". ТИИЭР, 1985, - т. 73, N 11, стр. 23.

Каждый i-ый цифровой согласованный с каналом связи сигнал скремблируют путем сложения цифрового представления его отсчетов с соответствующими цифровыми представлениями отсчетов цифрового маскирующего сигнала. Вид K цифровых скремблированных сигналов показан на фигуре 1(д). Известные способы суммирования описаны, например, в книге А.В. Брунченко, Ю.Т. Бутыльский, Л.М. Гольденберг и др. "Цифровые фильтры в электросвязи и радиотехнике". - М.: Радио и связь, 1982, стр. 86.

Каждый из K цифровых скремблированных сигналов сравнивают с цифровым информационным сигналом. Известные способы сравнения описаны, например, в книге: Дж. Макхоул, С. Рукос, Г. Гиш "Векторное квантование при кодировании речи". ТИИЭР, 1985, - т. 73, N 11, стр. 23.

Среди K цифровых скремблированных сигналов выбирают наиболее близкий к цифровому информационному сигналу, имеющий минимальную сумму значений разностей между цифровыми представлениями отсчетов i-го цифрового скремблированного сигнала и соответствующими цифровыми представлениями отсчетов цифрового информационного сигнала. Дискретизированный во времени и квантованный по уровню выбранный цифровой скремблированный сигнал показан на фигуре 1(е).

Известные способы выбора минимального значения описаны, например, в книге: Д.Кнут "Искусство программирования на ЭВМ". - М.: Мир, 1978, т. 3, стр. 219.

Соответствующий выбранному цифровому скремблированному сигналу цифровой согласованный с каналом связи сигнал преобразуют в аналоговый сигнал. Дискретизированный во времени и квантованный по уровню соответствующий выбранному цифровому скремблированному сигналу цифровой согласованный с каналом связи сигнал показан на фигуре 1(ж). Известные способы цифроаналогового преобразования описаны, например, в книге: А.Г.Зюко, Д.Д.Кловский, М. В. Назаров, Л.М.Финк "Теория передачи сигналов". - М.: Радио и связь, 1986, стр. 245.

Аналоговый согласованный с каналом связи сигнал на входе канала связи показан на фигуре 1(з).

Аналоговый согласованный с каналом связи сигнал передают по каналу связи. Способы передачи аналогового сигнала по каналу связи известны и описаны, например, в книге: А. Г.Зюко, Д.Д.Кловский, М.В.Назаров, Л.М.Финк "Теория передачи сигналов". - М.: Радио и связь, 1986, стр. 11.

Принятый из канала связи аналоговый сигнал, вид которого показан на фигуре 1(и), преобразуют в цифровой согласованный с каналом связи сигнал, например, по способу импульсно-кодовой модуляции. Известные способы аналого-цифрового преобразования сигналов описаны, например, в книге В.Л.Банкет, В.М. Дорофеев "Цифровые методы в спутниковой связи". - М.: Радио и связь, 1988, стр. 9. Дискретизированный во времени и квантованный по уровню принятый согласованный с каналом связи сигнал показан на фигуре 1((к). Цифровой согласованный с каналом связи сигнал суммируют с цифровым маскирующим сигналом, идентичным цифровому маскирующему сигналу, использованным ранее. Известные способы суммирования описаны, например, в книге А.В.Брунченко, Ю.Т.Бутыльский, Л.М.Гольденберг и др. "Цифровые фильтры в электросвязи и радиотехнике". - М.: Радио и связь, 1982, стр. 86.

Цифровой восстановленный информационный сигнал имеет вид, показанный на фигуре 1(л). Цифровой восстановленный информационный сигнал преобразуют в аналоговый сигнал. Известные способы цифро-аналогового преобразования описаны, например, в книге: А. Г. Зюко, Д.Д.Кловский, М.В.Назаров, Л.М.Финк "Теория передачи сигналов". - М.: Радио и связь, 1986, стр. 245. Восстановленный аналоговый информационный сигнал имеет вид, показанный на фигуре 1(м).

Действия суммирования цифрового маскирующего сигнала с каждым i-ым цифровым согласованным с каналом связи сигналом и суммирование после передачи по каналу связи цифрового согласованного с каналом связи сигнала с цифровым маскирующим сигналом синхронизированы. Способы синхронизации описаны, например, в книге: Е.М.Мартынов "Синхронизация в системах передачи дискретных сообщений". - М.: Связь, 1972, стр. 186.

В аналитической форме данные действия можно записать следующим образом.

S=(s₁,s₂,...,s_j,...,s_Q), C=(c₁,c₂,...,c_j,...,c_Q), W_i=(w_i,1,w_i,2,...,w_i,j,...,w_i,Q), i=1,2,...,K,
V_i=(v_i,1,v_i,2,...,v_i,j,...,v_i,Q), i=1,2,...,K,
V^* = (v^*₁,v^*₂,...,v^*_j,...,v^*_Q),
W^* = (w^*₁,w^*₂,...,w^*_j,...,w^*_Q),


v_i,j=w_i,j+c_j,


где
S - цифровой информационный сигнал, состоящий из Q дискретизированных и квантованных отсчетов s_j;
C - цифровой маскирующий сигнал, состоящий из Q дискретизированных и квантованных отсчетов c_j;
W_i - цифровой согласованный с каналом связи сигнал, состоящий из Q дискретизированных и квантованных отсчетов w_i,j;
V_i - цифровой скремблированный сигнал, состоящий из Q дискретизированных и квантованных отсчетов v_i,j;
V^* - наиболее близкий к цифровому информационному сигналу цифровой скремблированный сигнал, состоящий из Q дискретизированных и квантованных отсчетов V*_j;
W^* - соответствующий выбранному цифровому скремблированному сигналу цифровой согласованный с каналом связи сигнал, состоящий из Q дискретизированных и квантованных отсчетов W*_j;
принятый из канала связи цифровой согласованный с каналом связи сигнал, состоящий из Q дискретизированных и квантованных отсчетов ;
восстановленный цифровой информационный сигнал, состоящий из Q дискретизированных и квантованных отсчетов .

Проверка теоретических предпосылок заявленного способа скремблирования аналогового информационного сигнала проверялась путем его машинного моделирования на ПЭВМ. В результате моделирования скремблирования речевого сигнала передаваемого по каналу связи тональной частоты были получены результаты, представленные в виде графиков на фигуре 8. На фигуре 8(а) показана зависимость отношения сигнал/шум A₀ скремблированного речевого сигнала от числа n уровней квантования при произвольном выборе цифрового маскирующего сигнала. График 1) построен для случая использования заявленного способа скремблирования, а график 2) для случая использования способа прототипа. Анализируя графики, можно сделать вывод, что при использовании заявленного способа скремблирования степень искажений передаваемого сигнала меньше по сравнению со способом прототипом.

При использовании заявленного способа скремблирования качество обеспечиваемой конфиденциальной телефонной связи при увеличении числа уровней квантования улучшается, причем при n>8 существенного увеличения качественных показателей телефонной связи не происходит. Поэтому целесообразно выбрать n= 8, что существенно упростит реализацию заявленного способа с использованием современных электронных узлов.

На фигуре 8(б) показана зависимость отношения сигнал/шум A₀ скремблированного речевого сигнала от числа K цифровых согласованных с каналом связи сигналов. График 1) построен для случая использования заявленного способа скремблирования, а график 2) для случая использования способа прототипа. Анализируя графики, можно сделать вывод, что при K>10 при использовании заявленного способа отношение сигнал/шум A₀ скремблированного сигнала выше по сравнению со случаем использования способа прототипа. При K>1024 улучшения отношения сигнал/шум A₀ практически не наблюдается, поэтому с учетом реализуемости заявленного способа целесообразно выбирать величину K в диапазоне значений 64^oC1024.

Отношение сигнал/шум A₀ скремблированного речевого сигнала определялось по формуле:

Проведенные экспериментальные исследования подтверждают, что при использовании предлагаемого способа скремблирования аналогового информационного сигнала отсутствуют искажения при передаче по каналу связи вследствие несогласованности частотных параметров сигнала и канала связи.

Устройство скремблирования аналогового сигнала, показанное на фигуре 2, состоит из передающего и приемного узлов. Передающий узел включает аналого-цифровой преобразователь 1, запоминающее устройство 2, блок выбора 3, сумматор 4, блок памяти цифрового маскирующего сигнала 5, блока коммутации 6, блока памяти цифровых согласованных с каналом связи сигналов 7 и цифроаналогового преобразователя 8. Приемный узел включает аналого-цифровой преобразователь 9, сумматор 10, блок памяти цифрового маскирующего сигнала 11 и цифроаналоговый преобразователь 12. Вход аналого-цифрового преобразователя 1 является входом устройства. Выход аналого-цифрового преобразователя 1 соединен с входом запоминающего устройства 2, выход которого подключен к входу цифрового информационного сигнала блока выбора 3. Вход цифрового скремблированного сигнала блока выбора 3 соединен с выходом сумматора 4. Выход блока выбора 3 подключен к входу блока памяти цифровых согласованных с каналом связи сигналов 7. Выход блока памяти цифровых согласованных с каналом связи сигналов 7 соединен с входом блока коммутации 6, выходы которого соединены, соответственно, с вторым входом сумматора 4 и входом цифроаналогового преобразователя 8. Выход блока памяти цифрового маскирующего сигнала 5 подключен к первому входу сумматора 4. Выход цифроаналогового преобразователя 8 подключен к аналоговому каналу связи и, одновременно, является выходом передающего узла устройства. Вход аналого-цифрового преобразователя 9 соединен с аналоговым каналом связи и является входом приемного узла устройства. Выход аналого-цифрового преобразователя 9 подключен к первому входу сумматора 10, второй вход которого соединен с выходом блока памяти цифрового маскирующего сигнала 11. Выход сумматора 10 соединен с входом цифроаналогового преобразователя 12, выход которого является выходом устройства. Аналого-цифровые преобразователи 1 и 9, цифроаналоговые преобразователи 8 и 12, запоминающее устройство 2, блок выбора 3, блок коммутации 6, блок памяти согласованных с каналом связи сигналов 7 и блоки памяти цифровых маскирующих сигналов 5 и 11 снабжены входами управляющих сигналов.

Аналого-цифровые преобразователи 1 и 9 предназначены, соответственно, для преобразования аналогового информационного сигнала в цифровой информационный сигнал и аналогового согласованного с каналом связи сигнала в цифровой согласованный с каналом связи сигнал. В аналого-цифровых преобразователях 1 и 9 выполняются операции временной дискретизации аналоговых сигналов, квантования их по n-уровням и кодирования квантованных отсчетов двоичными числами. Схемы аналого-цифровых преобразователей 1 и 9 идентичны, известны и приведены, например, в книге: В.А.Батушев, В.Н.Вениаминов и др. "Микросхемы и их применение: Справочное пособие". - М.: Радио и связь, 1983, стр. 193-198, рис. 6.15.

Цифроаналоговые преобразователи 8 и 12 идентичны и предназначены, соответственно, для преобразования цифрового согласованного с каналом связи сигнала в аналоговый согласованный с каналом связи сигнал и цифрового восстановленного информационного сигнала в аналоговый восстановленный информационный сигнал. Схемы цифроаналоговых преобразователей известны и приведены, например, в книге: В.А.Батушев, В.Н.Вениаминов и др. "Микросхемы и их применение: Справочное пособие". - М.: Радио и связь, 1983, стр. 185-192, рис. 6.5.

Запоминающее устройство 2 предназначено для записи цифрового информационного сигнала, хранения и его выдачи в блок выбора 3 для сравнения с каждым i-м, где i=1,2,..,K, цифровым скремблированным сигналом. В качестве запоминающего устройства 2 может быть использовано статическое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), схема построения которого известна и приведена, например, в книге: В.А.Батушев, В.Н.Вениаминов и др. "Микросхемы и их применение: Справочное пособие". - М.: Радио и связь, 1983, стр. 175, рис. 5.12. Запоминающее устройство 2 может быть реализовано, например, на микросхеме памяти К537РУ8 (см. В.И.Корнейчук, В.П.Тарасенко "Вычислительные устройства на микросхемах: Справочник." -К.: Техника, 1988, стр.85-87).

Блок выбора 3, показанный на фигуре 3, предназначен для сравнения цифрового информационного сигнала с каждым i-м, где i=1,2,...K, цифровым скремблированным сигналом и для выбора из всех K цифровых скремблированных сигналов наиболее близкого к цифровому информационному сигналу. Блок выбора 3 состоит из вычитателя 3.1, сумматора 3.2, управляемого переключателя 3.3, компаратора 3.4, регистра хранения минимальной суммы 3.5 и мультиплексора 3.6.

Первый вход (вход А) вычитателя 3.1 является входом цифрового информационного сигнала блока выбора 3. Вход цифрового скремблированного сигнала блока выбора 3 является вторым входом (входом Б) вычитателя 3.1. Выход вычитателя 3.1 соединен с первым входом (входом А) сумматора 3.2. Выход сумматора 3.2 соединен в параллель с информационным входом управляемого переключателя 3.3 и своим же вторым входом (входом В). На управляющий вход управляемого переключателя 3.3 подается сигнал управления. Информационный выход управляемого переключателя 3.3 в параллель соединен со вторым входом (вход В) компаратора 3.4 и первым информационным входом (вход Х) мультиплексора 3.6. На второй информационный вход (вход Y) подключены сигналы управления. На управляющий вход (вход S) мультиплексора 3.6 подается сигнал управления. Выход мультиплексора соединен с информационным входом (входом X) регистра хранения минимальной суммы 3.5. Выход регистра хранения минимальной суммы 3.5 подключен ко второму входу (входу А) компаратора 3.4, выход которого соединен с управляющим входом (входом W) регистра хранения минимальной суммы 3.5, а также является выходом блока выбора 3.

Вычитатель 3.1 предназначен для определения разности между цифровыми представлениями отсчетов цифрового скремблированного сигнала и цифрового информационного сигала. Вычитатель 3.1 представляет собой сумматор, работающий в режиме вычитания. Схема вычитателя известна, приведена, например, в книге: П.П.Мальцев и др. "Цифровые интегральные микросхемы: Справочник. -М.: Радио и связь, 1994, стр.76 и он может быть, например, реализован на микросхеме К555ИМ7 (см. В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы". -М.: Радио и связь, 1987, стр.159-161).

Сумматор 3.2 предназначен для суммирования значений разностей между цифровыми представлениями отсчетов цифрового скремблированного сигнала и соответствующими цифровыми представлениями отсчетов информационного сигнала. Схема сумматора известна, приведена в книге: Л.А.Мальцева и др. "Основы цифровой техники". -М. : Радио связь, 1986, стр.53-54, рис.51 и может быть выполнена, например, на микросхеме К155ИМ1 (см. В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы". -М.: Радио и связь, 1987, стр.156).

Управляемый переключатель 3.3, показанный на фигуре 5, предназначен для того, чтобы обеспечить считывание значения с выхода сумматора 3.2 на второй вход компаратора (вход В) при поступлении на управляющий вход управляющих сигналов. По физической сущности управляемый переключатель 3.3 представляет собой элементарный двухпозиционный управляемый переключатель. Схемы управляемых переключателей известны и приведены, например, в книге: В.Л. Шило "Популярные микросхемы КМОП, справочник". -М.: Ягуар, 1993, стр.22.

Компаратор 3.4 предназначен для сравнения значения суммы разностей, полученного с выхода сумматора 3.2 и значения, записанного в регистре хранения минимальной суммы 3.5. Схема компаратора известна, приведена, например, в книге: П.П.Мальцев и др. "Цифровые интегральные микросхемы: Справочник. -М.: Радио и связь, 1994, стр.83 и может быть реализована, например, на микросхеме К555СП1 (см. В. Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы".-М.: Радио и связь, 1987, стр.183).

Регистр хранения минимальной суммы 3.5 предназначен для хранения минимальной суммы полученных в сумматоре 3.2 разностей между цифровыми представлениями отсчетов цифрового скремблированного сигнала и соответствующими цифровыми представлениями отсчетов цифрового информационного сигнала. Схема регистра хранения минимальной суммы 3.5 известна и приведена, например, в книге: В.А.Батушев, В.Н.Вениаминов и др. Микросхемы и их применение: Справочное пособие. -М. : Радио и связь, 1983, стр.134, рис.4.34, и может быть реализована, например, на микросхеме К531ИР19 (см. В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы". -М.: Радио и связь, 1987, стр.120).

Мультиплексор 3.6 является двухвходовым мультиплексором, схема которого известна, приведена в книге: Л.А.Мальцева и др. "Основы цифровой техники". -М.: Радио и связь, 1986, стр.52, рис 48, и может быть реализован, например, на микросхеме К155КП5 (см. В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы". -М.: Радио и связь, 1987, стр.146).

Сумматор 4, показанный на фигуре 2, предназначен для суммирования цифровых согласованных с каналом связи сигналов с цифровым маскирующим сигналом. Схемы сумматоров известны и приведены в книге: Л.А.Мальцева и др. "Основы цифровой техники". -М.: Радио и связь, 1986, стр.53-54, рис.51. Сумматор может быть реализован, например, на микросхеме К155ИМ1 (см.В.Л. Шило "Популярные цифровые микросхемы". -М.: Радио и связь, 1987, стр.156).

Блок коммутации 6, показанный на фигуре 4, предназначен для переключения работы устройства из режима выбора наиболее близкого к цифровому информационному сигналу цифрового скремблированного сигнала в режим выдачи выбранного соответствующего цифровому скремблированному сигналу цифрового согласованного с каналом связи сигнала на вход цифроаналогового преобразователя 8. Блок коммутации 6 содержит первый управляемый переключатель 6.1 и второй управляемый переключатель 6.2. Информационный вход блока коммутации 6 в параллель соединен с информационными входами первого и второго управляемых переключателей 6.1 и 6.2. На управляющие входы первого и второго управляемых переключателей 6.1 и 6.2 подаются управляющие сигналы. Выход первого управляемого переключателя 6.1 и второго управляемого переключателя 6.2 являются, соответственно, первым и вторым информационными выходами блока коммутации 6. Схемы управляемых переключателей известны и приведены в книге: В.Л.Шило "Популярные микросхемы КМОП, справочник". -М.: Ягуар, 1993, стр.22.

Блок памяти цифровых согласованных с каналом связи сигналов 7, показанный на фигуре 6, предназначен для хранения и считывания цифровых согласованных с каналом связи сигналов, выработки адреса соответствующего выбранному цифровому скремблированному сигналу цифрового согласованного с каналом связи сигнала. Блок памяти цифровых согласованных с каналом связи сигналов 7 состоит из генератора адресов сигнала 7.1, регистра хранения адреса 7.2, мультиплексора 7.3 и модуля памяти 7.5. Вход разрешения записи (вход W) регистра хранения адреса 7.2 является входом блока памяти цифровых согласованных с каналом связи сигналов 7. На вход генератора адресов сигнала 7.1 и управляющий вход (вход S) мультиплексора 7.3 подаются управляющие сигналы. Выход генератора адресов сигнала 7.1 соединен в параллель с информационным входом (вход N) регистра хранения адреса 7.2 и вторым информационным входом (вход X2) мультиплексора 7.3. Первый информационный вход (вход X1) мультиплексора 7.3 подключен к выходу регистра хранения адреса 7.2. Выход мультиплексора 7.3 соединен с входом модуля памяти 7.4, выход модуля памяти 7.4 является выходом блока памяти цифровых согласованных с каналом связи сигналов 7.

Генератор адресов сигнала 7.1 предназначен для формирования адреса цифрового согласованного с каналом связи сигнала, считываемого с модуля памяти 7.4 и выработки адреса соответствующего выбранному цифровому скремблированному сигналу цифрового согласованного с каналом связи сигнала. Генератор адресов сигнала 7.1 по физической сущности представляет собой счетчик, схема которого известна, приведена, например, в книге А.А.Сикарев, О.Н.Лебедев "Микроэлектронные устройства формирования и обработки сложных сигналов". -М. : Радио и связь, 1983, с.128, рис.518, и может быть реализована, например, на микросхеме К155ИЕ6 (см. В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы". -М.: Радио и связь, 1987, стр.90-93).

Регистр хранения адреса 7.2 предназначен для хранения адреса соответствующего выбранному цифровому скремблированному сигналу цифрового согласованного с каналом связи сигнала. Схема регистра хранения адреса 7.2 известна, приведена, например, в книге: В.А.Батушев, В.Н.Вениаминов и др. "Микросхемы и их применение: Справочное пособие". -М.: Радио и связь, 1983, стр.134, рис.4.34, и может быть реализована, например, на микросхеме К531ИР19 (см. В. Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы" -М.: Радио и связь, 1987, стр.120).

Схема мультиплексора 7.3 известна, приведена в книге: Л.А.Мальцева и др. "Основы цифровой техники". -М.: Радио и связь, 1986, стр.52, рис.48, и может быть реализована, например, на микросхеме К155КП5 (см. В.Л.Шило "Популярные цифровые микросхемы". -М.: Радио и связь, 1987, стр.146).

Модуль памяти 7.4 представляет собой ПЗУ, схема которого известна, приведена, например, в книге В.А. Батушев, В.Н.Вениаминов и др. "Микросхемы и их применение: Справочное пособие". -М.: Радио и связь, 1983, стр.182, рис. 5.17 и может быть выполнен, например, на микросхемах памяти типа К556РТ5 (см. А. А. Сикарев, О.Н.Лебедев "Микроэлектронные устройства формирования и обработки сложных сигналов". -М.: Радио и связь, 1983, стр.133, табл.5.13).

Блоки памяти цифрового маскирующего сигнала 5 и 11 предназначены для хранения и считывания цифрового маскирующего сигнала в сумматоры 4 и 10 соответственно. По своей физической сущности блоки памяти цифрового маскирующего сигнала 5 и 11 представляют собой ПЗУ, схемы которых известны, приведены в книге: В.А.Батушев, В.Н.Вениаминов и др. "Микросхемы и их применение: Справочное пособие". -М: Радио и связь, 1983, стр.182, рис.5.17, и могут быть выполнены, например, на микросхемах памяти типа К556РТ5 (см. А.А. Сикарев, О. Н.Лебедев "Микроэлектронные устройства формирования и обработки сложных сигналов". -М.: Радио и связь, 1983, стр.133, табл.5.13).

Заявленное устройство скремблирования аналогового сигнала работает следующим образом.

Предварительно в K зон памяти модули памяти 7.4 записывают цифровые согласованные с каналом связи сигналы. Модуль памяти 7.4 представляет собой кодовую книгу, где каждый цифровой согласованный с каналом связи сигнал является образцом аналогового сигнала длины Q отсчетов, согласованным с каналом связи и предварительно преобразованным к цифровому виду посредством аналого-цифрового преобразования. В блоки памяти цифрового маскирующего сигнала 5 и 11 также предварительно записывают идентичные цифровые маскирующие сигналы.

Аналоговый информационный сигнал поступает на вход устройства скремблирования аналогового сигнала, показанного на фигуре 2, и подается на вход аналого-цифрового преобразователя 1. В аналого-цифровом преобразователе 1 аналоговый информационный сигнал в соответствии с частотой дискретизации f_a преобразуется в цифровой информационный сигнал длиной Q отсчетов и с поступлением управляющих сигналов, показанных на фигуре 7(в), цифровой информационный сигнал последовательно записывается в запоминающее устройство 2. По этим же управляющим сигналам, подающимся на управляющий вход (вход S) мультиплексора 3.6, производится запись во все ячейки памяти регистра хранения минимальной суммы 3.5 блока выбора 3 кодовой комбинации "1", что обеспечивает первоначальное заполнение регистра хранения минимальной суммы 3.5 максимальным значением.

С поступлением на вход генератора адресов сигнала 7.1 очередного i-го, где i = 1, 2,... K, управляющего сигнала в моменты времени t_i, показанного на фигуре 7(г), генератор адресов сигнала 7.1 последовательно формирует адреса i-ых цифровых согласованных с каналом связи сигналов. Значения адресов, формируемых генератором адресов сигналов 7.1 под воздействием управляющих импульсов, последовательно увеличивается от 1 до K. При поступлении управляющего сигнала, показанного на фигуре 7(г) на вход (вход S) мультиплексора 7.3 разрешается прохождение сигнала адреса из генератора адресов сигнала 7.1 на вход модуля памяти 7.4. Из модуля памяти 7.4 в соответствии с адресом i-ый цифровой согласованный с каналом связи сигнал с поступлением управляющих сигналов, показанных на фигурах 7(д) и 7(и), считывается на вход блока коммутации 6. Блок коммутации 6 под воздействием управляющих импульсов на первом управляющем входе показанных на фигуре 7(д), поочередно подключает каждый i-ый цифровой согласованный с каналом связи сигнал на второй вход сумматора 4. По этим же управляющим сигналам осуществляется считывание цифрового маскирующего сигнала из блока памяти цифрового маскирующего сигнала 5 на первый вход сумматора 4.

Сумматор 4 на каждом такте своей работы осуществляет сложение цифрового представления j-го, где j = 1,2,...Q, отсчета i-го цифрового согласованного с каналом связи сигнала с соответствующим цифровым представлением отсчета цифрового маскирующего сигнала. Полученное значение цифрового представления j-го отсчета i-го цифрового скремблированного сигнала подается на второй вход (вход В) вычитателя 3.1 блока выбора 3. На первый вход (вход А) вычитателя 3.1 по каждому j-му управляющему сигналу, показанному на фигурах 7(д) и 7(и), поступает цифровое представление j-го отсчета информационного сигнала из запоминающего устройства 2. В вычитателе 3.1 производится вычитание из цифрового представления j-го, где j=1,2,..,Q, отсчета скремблированного сигнала соответствующего ему цифрового представления отсчета информационного сигнала. Сумматор 3.2 осуществляет последовательное сложение полученных величин разностей.

С поступлением управляющего импульса, показанного на фигуре 7(е), на управляемый переключатель 3.3, полученное значение с выхода сумматора 3.2 подается на вход (вход В) компаратора 3.4. На второй вход (вход А) компаратора 3.4 поступает значение, хранящееся в регистре хранения минимальной суммы 3.5. На выходе (выход А≥В) компаратора 3.4 формируется сигнал управления при условии, что сигнал на втором входе (вход В) не больше, чем сигнал на первом входе (вход А). Данный сигнал управления, поданный на вход (вход W) разрешения записи регистра хранения минимальной суммы 3.5, обеспечивает обновление значения регистра хранения минимальной суммы 3.5 сигналом с выхода сумматора 3.2 через управляемый переключатель 3.3. В каждый i-й такт работы блока выбора 3, в регистр хранения минимальной суммы 3.5 записывается новое значение с выхода сумматора 3.2 при условии, что вновь сравниваемое значение меньше, чем хранящееся значение в памяти регистра хранения минимальной суммы 3.5.

Сформированный на выходе компаратора 3.4 сигнал управления одновременно подается на вход разрешения записи (вход W) регистра хранения адреса 7.2 блока памяти цифровых согласованных с каналом связи сигналов 7 и обеспечивает запись i-го значения адреса сигнала с выхода генератора адресов сигнала 7.1 в регистр хранения адреса 7.2. В регистр хранения адреса 7.2 будет записано новое значение адреса при условии, что на выходе компаратора 3.4 блока выбора 3 будет сформирован новый сигнал управления.

Процесс работы устройства скремблирования аналогового сигнала в режиме выбора наиболее близкого к цифровому информационному сигналу i-го цифрового скремблированного сигнала будет продолжаться до тех пор, пока не будут проведены все K цифровых скремблированных сигналов на степень их близости к цифровому информационному сигналу. В момент времени t_посл, показанный на фигуре 7(ж), в регистре хранения минимальной суммы 3.5 будет записана минимальная сумма разностей между цифровыми представлениями отсчетов цифрового информационного сигнала и выбранного цифрового скремблированного сигнала. В регистре хранения адреса 7.2 будет храниться адрес выбранного цифрового скремблированного сигнала.

С поступлением управляющего сигнала, показанного на фигуре 7(ж), на вход управления (вход S) мультиплексора 7.3, значение адреса, записанного в регистре хранения адреса 7.2, будет считано в модуль памяти 7.4, по которому из модуля памяти 7.4 выбранный цифровой согласованный с каналом связи сигнал считывается на информационный вход блок коммутации 6. Блок коммутации 6 под воздействием управляющих сигналов на втором управляющем входе, показанных на фигуре 7(в), подключает выбранный цифровой согласованный с каналом связи сигнал на вход цифроаналогового преобразователя 8. В цифро-аналоговом преобразователе 8 цифровой согласованный с каналом связи сигнал последовательно преобразуется в аналоговый согласованный с каналом связи сигнал и поступает на вход канала связи.

Принятый из канала связи аналоговый согласованный с каналом связи сигнал подвергается аналого-цифровому преобразованию, аналогичному на передаче, в аналого-цифровом преобразователе 9. С выхода аналого-цифрового преобразователя 9 цифровые представления отсчетов цифрового согласованного с каналом связи сигнала поступают на первый вход сумматора 10, на второй вход которого считываются цифровые представления отсчетов цифрового маскирующего сигнала из блока памяти цифрового маскирующего сигнала 11. Сумматор 10 осуществляет сложение цифрового согласованного с каналом связи сигнала с цифровым маскирующим сигналом. Полученное цифровое значение восстановленного цифрового информационного сигнала последовательно подается на вход цифроаналогового преобразователя 12. В цифроаналоговом преобразователе 12 восстановленный цифровой информационный сигнал преобразуется в аналоговый восстановленный информационный сигнал и подается на выход устройства скремблирования аналогового сигнала.

Формула изобретения

1. Способ скремблирования аналогового информационного сигнала, заключающийся в его преобразовании в цифровой информационный сигнал, предварительном формировании цифрового маскирующего сигнала, преобразовании цифрового сигнала в аналоговый и передачи его по каналу связи, преобразовании принятого аналогового сигнала в цифровой и преобразовании восстановленного цифрового информационного сигнала в аналоговый, отличающийся тем, что дополнительно предварительно формируют К, где К > 10, цифровых согласованных по частотным характеристикам с используемым каналом связи сигналов, скремблируют каждый из них путем суммирования с цифровым маскирующим сигналом, сравнивают каждый i-ый, где i = 1,2,...,К, цифровой скремблированный сигнал с цифровым информационным сигналом, среди К цифровых скремблированных сигналов выбирают наиболее близкий к цифровому информационному сигналу, соответствующий выбранному цифровому скремблированному сигналу цифровой согласованный по частотным характеристикам с используемым каналом связи сигнал преобразуют в аналоговый, а после его приема и преобразования в цифровой сигнал восстанавливают цифровой информационный сигнал путем суммирования его с цифровым маскирующим сигналом, причем суммирование цифрового маскирующего сигнала с каждым i-ым цифровым согласованным по частотным характеристикам с использованием каналом связи сигналом и суммирование после передачи по каналу связи цифрового сигнала с цифровым маскирующим сигналом синхронизированы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для сравнения каждого i-го цифрового скремблированного сигнала с цифровым информационным сигналом из каждого цифрового представления отсчета i-го цифрового скремблированного сигнала вычитают соответствующее ему цифровое представление отсчета цифрового информационного сигнала, для каждого i-го цифрового скремблированного сигнала полученные абсолютные величины разностей суммируют, а наиболее близкий цифровой скремблированный сигнал к цифровому информационному сигналу выбирают соответствующий минимальной сумме полученных разностей.

3. Устройство скремблирования аналогового сигнала, содержащее на передающем узле аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, сумматор, первый вход которого подключен к выходу блока памяти цифрового маскирующего сигнала и цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен со входом канала связи, и на приемном узле аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу канала связи, блок памяти цифрового маскирующего сигнала и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что дополнительно на передающем узле введены запоминающее устройство, вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а выход соединен со входом цифрового информационного сигнала введенного блока выбора, вход цифрового скремблирующего сигнала которого подключен к выходу сумматора, блок памяти цифровых согласованных по частотным характеристикам с используемым каналом связи сигналов и блок коммутации, первый выход которого подключен ко второму входу сумматора, а второй соединен со входом цифроаналогового преобразователя, вход блока коммутации соединен с выходом блока памяти цифровых согласованных по частотным характеристикам с используемым каналом связи сигналов, вход которого подключен к выходу блока выбора, а на приемном узле дополнительно введен сумматор, первый и второй входы которого соответственно подключены к выходу аналого-цифрового преобразователя и выходу блока памяти цифрового маскирующего сигнала, а выход соединен со входом цифроаналогового преобразователя, причем запоминающее устройство, блок выбора, блок коммутации, блок памяти цифровых согласованных по частотным характеристикам с используемых каналом связи сигналов, блок памяти цифрового маскирующего сигнала, аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи снабжены входами сигналов управления, на которые поступают сигналы управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8