Способ передачи информации с внутрисимвольной псевдослучайной перестройкой рабочей частоты

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 ППРЧ, а также повышение скрытности и помехозащищенности. Для этого способ предполагает разнесение символов на независимые частотные элементы, каждый из которых передается на своей частоте в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью. 4 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.

Наиболее эффективным способом для достижения повышенной скрытности 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 [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. М.: «Радио и связь», 2000].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ, описанный в патенте №2231220 от20.06.2004г.[прототип]. В этом случае на передающем конце радиолинии осуществляют перестройку передатчика 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. 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.

Недостатком прототипа является неэффективное использование мощности передатчика. Кроме того, с увеличением числа одновременно используемых каналов вероятность подавления передаваемых символов увеличивается.

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 состоит в том, что на передающей стороне полезная информация разбивается на символы (несколько бит), которые, в свою очередь, разносятся на независимые частотные элементы (субсимволы), 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.

Работа способа осуществляется следующим образом.

На передающей стороне от источника сообщений поступают информационные блоки фиксированной длины (символы), для каждого передаваемого символа в соответствии с псевдослучайной последовательностью выбирают набор частот f_k, k=0…K-1, и в результате формируют частотно-временную матрицу. Возможный вид такой матрицы изображен на фиг.1 для случая К=4, в соответствие которой ставятся комбинации бит. При этом каждый частотный элемент (субсимвол) представляет собой определенную фазомодулированную кодовую последовательность из выбранного ансамбля M=2^m ортогональных последовательностей (например, последовательности Уолша, М-последовательности). Эта последовательность одинакова для каждого субсимвола в пределах символа и соответствует дополнительной битовой комбинации символа. На приемной стороне при приеме очередного символа производят поиск всех кодовых последовательностей на всех возможных для данного символа частотах f_k, k=0…K-1. В результате принятому символу ставят в соответствие комбинацию бит, передаваемую получателю сообщения. Для данного 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.

Она содержит:

1 - источник сообщений;

2 - блок выбора кодовой последовательности;

3 - блок заполнения частотно-временной матрицы;

4 - переключатель;

5 - генератор псевдослучайных чисел;

6 - набор возможных частот;

7 - модулятор.

Устройство работает следующим образом. От источника сообщений 1 поступают информационные блоки фиксированной длины из L=3 бит-символы. В соответствие одному из бит символа в блоке выбора кодовой последовательности 2 ставится определенная кодовая последовательность, а в соответствии с двумя другими битами в блоке заполнения частотно-временной матрицы 3 определяется схема переключения. Одновременно с этим посредством работы генератора псевдослучайных чисел 5 из набора возможных частот 6 выбираются четыре возможные частоты f_k, k=0…3, сообщаемые модулятору 7. Выбранная в блоке 2 кодовая последовательность через переключатель 4, управляемый в соответствии со схемой переключения, полученной в блоке 3, поступает поочередно на один из входов модулятора 7. Причем переключение входов модулятора 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).

Структурная схема приемного устройства показана на фиг.3.

Она содержит:

1 - устройство установления и поддержания тактовой синхронизации;

2, 3, 4, 5 - устройства задержки;

6 - устройство формирования гипотез;

7 - генератор псевдослучайных чисел;

8 - набор возможных частот;

9 - решающее устройство;

10 - получатель сообщения.

Приемное устройство работает следующим образом. Принимаемый сигнал поступает на устройство установления и поддержания тактовой синхронизации 1, откуда поступает на устройства задержки 2, 3, 4, 5, причем на выходе блока 2 сигнал соответствует нулевому субсимволу, то есть интервалу T0, на выходе блока 3 - T1, на выходе блока 4 - T2, на выходе блока 5 - T3. Каждый субсимвол поступает на входы устройства формирования гипотез 6, который настроен на определенные частоты из набора возможных частот 8, в соответствии с генератором псевдослучайных чисел 7. Набор из восьми гипотез на выходах блока 6 поступает на решающее устройство 9, где принимается решение о принятом символе и соответствующей битовй комбинации, передаваемой получателю сообщения 10.

Возможный вариант блока формирования гипотез 6 изображен на фиг.4. Он содержит:

1.1, 1.2…8.4 - корреляторы;

9 - устройство возведения в квадрат модуля;

10 - блок умножения на весовой коэффициент;

11 - сумматор.

Данное устройство функционирует следующим образом. С входов j=0…3 сигнал поступает на корреляторы 1.1, 1.2…8.4, причем корреляторы настроены на определенную кодовую последовательность P_M(t), M=1, 2 и определенную частоту f_k, k=0…3. Настройка корреляторов связана с номером входа - j, j=0…3 и номером гипотезы на выходе - h, h=0…7 следующим образом:

номер частоты: k=(h+j)mod4;

номер кодовой последовательности: $$M=\left[\frac{h}{4}\right]+1$$ ,

где […]- оператор округления в меньшую сторону.

В результате коэффициенты на выходе корреляторов имеют вид:

$$V_{j,h}={\displaystyle \underset{0}{\overset{T}{\int }}{S}_{T_j}}\left(t\right)\cdot \exp \left(i\cdot 2\pi \cdot f_k\cdot t\right)\cdot P_M\left(t\right)dt$$ ,

где $$S_{T_j}$$ - сигнал, поступающий с j-го входа.

Значения модуля коэффициентов корреляции V_j,h возводятся в квадрат в блоке 9, после чего в блоке умножения на весовой коэффициент 10 умножаются на коэффициенты $$\frac{1}{A_{j,h}}$$ , где

$$A_{j,h}={\displaystyle \sum _{l=1}^3{\left|V_{\left(j+l\right)\mathrm{mod}\mathrm{4,}\left(4-h-2\right)\mathrm{mod}(4\cdot (\left[\frac{h}{4}\right]+1))}\right|}^2}$$ .

Данные весовые коэффициенты вводятся для того, чтобы учесть влияние шумовой составляющей. Результаты перемножения:

$$Z_{j,h}=\frac{{\left|V_{j,h}\right|}^2}{A_{j,h}}$$

поступают на соответствующие сумматоры 11. Выходы сумматоров есть выходы устройства формирования гипотез.

Рассчитанные таким образом решающие функции имеют вид:

$$H_h={\displaystyle \sum _{j=0}^3{Z}_{j,h},h=\mathrm{0...7}}$$

Решающее устройство 9 приемного устройства (фиг.3) принимает решение в пользу той гипотезы, для которой значение решающей функции H_h максимально, после чего выдает соответствующую комбинацию бит, передаваемую получателю сообщения 10.

Положительным результатом способа является повышенная помехозащищенность за счет быстрой перестройки частоты по псевдослучайному закону, а также повышенная разведзащищенность за счет распределения мощности сигнала в полосе, связанной как с перестройкой несущей частоты, так и с модуляцией несущей определенной кодовой последовательностью. Кроме того, использование кодовых последовательностей позволяет увеличить скорость передачи информации.

Способ передачи информации с внутрисимвольной псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, состоящий 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, отличающийся тем, что 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.