ГЕНЕРАТОР АНСАМБЛЯ СИГНАЛОВ Российский патент 2001 года по МПК H03K3/84 

Изобретение относится к технике формирования частотно-временных сигналов (ЧВС) и может быть использовано в специальных системах связи для повышения помехозащищенности передачи информации.

Известные регулярные методы построения ансамбля ЧВС, полученные на основе теории чисел [1, 2] , которые, с одной стороны, используют таблицу простых чисел и их наименьших первообразных корней, а с другой стороны, связаны с большими объемами трудоемких вычислений, выполняемых неалгоритмизированными способами. Кроме того, методы построения элементов ЧВС связаны с оценкой величины корня θ^m+r , где m - номер ЧВС, r - номер временного интервала ЧВС, которая при θ ≥ 5 и (m+r) ≥ 100 оказывается настолько большой, что с ней трудно оперировать даже с применением самых современных ЭВМ.

Недостаток известного устройства состоит в недостаточной структурной скрытности формируемых частотно-временных сигналов и малом объеме ансамбля генерируемых сигналов.

Наиболее близким к заявляемому генератору является устройство формирования ансамбля частотно-временных сигналов /Авторское свидетельство N 362437, H 03 K 3/80, 1972/. К недостаткам данного устройства также относятся недостаточная структурная скрытность формируемых сигналов и малый объем ансамбля генерируемых сигналов.

Заявляемое изобретение направлено на повышение структурной скрытности генерируемых частотно-временных сигналов за счет увеличения ансамбля сигналов.

Подобная задача возникает при разработке помехозащищенных специальных систем связи с использованием частотно-временных сигналов для передачи информации.

Построение устройства базируется на следующих теоретических основах.

Если f(x) - первообразный неприводимый полином [3] степени n над полем GF(p), то расширенное поле Галуа GF(pⁿ) представляет собой множество, состоящее из всевозможных полиномов степени не выше (n-1):
α_i(x) = γ_n-1•x^n-1+γ_n-2•x^n-2+...+γ₁•x+γ_0,
где γ_n-1,γ_n-2,...,γ_1,γ₀ может быть любым из p элементов простого поля GF(p).

Элемент расширенного поля α_i(x), имеющий максимально возможный период, называется первообразным элементом расширенного поля GF(pⁿ). Если обозначить первообразный элемент буквой θ, то степени θ⁰,θ¹,θ²,...,θ^(p**n)-2 различны и пробегают все ненулевые элементы расширенного поля GF(pⁿ).

Поэтому первообразный элемент θ расширенного поля является образующим элементом мультипликативной группы поля G:
G = {θ⁰,θ¹,θ²,...,θ^(p**n)-2} (1)
Так как

то мультипликативная группа G(pⁿ-1) расширенного поля GF(pⁿ) - циклична.

Если θ - первообразный элемент расширенного поля GF(pⁿ), то все степени θ^k, где k и (pⁿ-1) - взаимно простые числа, также являются первообразными элементами этого расширенного поля. Таких чисел k имеется Φ(pⁿ-1), где Φ(^*) - функция Эйлера. Функция Эйлера Φ(k) определена для всех целых положительных k и представляет собой число чисел ряда 0, 1,..., (k -1) взаимно простых с k. Таким образом, в расширенном поле GF(pⁿ) имеется Φ(pⁿ-1) первообразных элементов и Φ(pⁿ-1)/n первообразных неприводимых полиномов.

Регулярный метод построения больших систем ЧВК на основе мультипликативной группы G(pⁿ-1) расширенного поля Галуа GF(pⁿ) можно записать в виде следующего рекуррентного правила:
α_js(m, r)≡θ(mjs

^+r)(modd f_s(x),p), (3)
а с учетом выражений (1) и (2) может быть переписано в виде:
α_js(m, r+1)≡α_js(m,r)•θ_js(modd f_s(x),p), (4)
где α_js(m, r+1) - последующее значение элемента ЧВС для j-го образующего элемента и s-го первообразного неприводимого полинома;
α_js(m,r) - предыдущее значение элемента ЧВС для j-го образующего элемента и s-го первообразного неприводимого полинома;
α_js(m,l) - первое значение элемента ЧВС для j-го образующего элемента и s-го первообразного неприводимого полинома α_js(m,l) = m = 1 - (pⁿ-1);
θ_js - образующий элемент ансамбля ЧВС с объемом V_js = pⁿ-1;
f_s(x) - s-й первообразный неприводимый полином;
m = 1 - (pⁿ-1), m - номер ЧВС (номер строки);
r = 1 - (pⁿ-1), r- номер временного сдвига ЧВС (номер столбца);
s - количество первообразных неприводимых полиномов f(x) степени n, s = 1÷Φ(pⁿ-1)/n;
j - количество образующих элементов ансамбля ЧВС, j = 1÷Φ(pⁿ-1);
Φ(^*) - функция Эйлера;
V_js = (pⁿ-1) - ансамбль ЧВС для j-го образующего элемента θ_js и s-го первообразного неприводимого полинома f_s(x), p - простое число.

Сущность изобретения состоит в том, что от известного устройства формирования частотно-временных сигналов, содержащего последовательно соединенные дешифратор и блок высокочастотных генераторов, генератор тактовых импульсов, входную шину "От источника сообщения", выходы блока высокочастотных генераторов являются выходами генератора ансамбля сигналов, предлагаемый генератор ансамбля сигналов отличается тем, что повышение структурной скрытности частотно-временных сигналов достигается за счет введения первого счетчика, второго счетчика, третьего счетчика, четвертого счетчика, первого регистра, второго регистра, блока умножения по двойному модулю (modd f(x), р), первого блока памяти, второго блока памяти, шина "Начальная установка", причем выход генератора тактовых импульсов соединен с синхронизирующими входами первого и второго регистров, блока умножения по двойному модулю (modd f(x), р) и со счетным входом первого счетчика, выход переполнения которого соединен со счетным входом второго счетчика, выход переполнения которого соединен со счетным входом четвертого счетчика, выход переполнения которого соединен со счетным входом третьего счетчика, информационный выход второго счетчика соединен с первыми информационными входами первого и второго регистров, информационный выход третьего счетчика соединен с информационным входом первого блока памяти, информационный выход четвертого счетчика соединен с первым информационным входом второго блока памяти, информационный выход которого соединен со вторым информационным входом блока умножения по двойному модулю (modd f(x), р), информационный выход первого блока памяти соединен с первым информационным входом блока умножения по двойному модулю (modd f(x), р) и вторым информационным входом второго блока памяти, информационный выход второго регистра соединен с третьим информационным входом блока умножения по двойному модулю (modd f(x), р), информационный выход которого соединен со вторыми информационными входами второго регистра и первого регистра, информационный выход первого регистра соединен с информационным входом дешифратора, шина "Начальная установка" соединена со входами установки в исходное состояние первого, второго, третьего и четвертого счетчиков, первого и второго регистров, входная шина "От источника сообщения" соединена с третьим информационным входом второго регистра, а также с информационными входами второго, третьего и четвертого счетчиков.

Структурная электрическая схема генератора ансамбля сигналов представлена на фиг. 1, на фиг. 2 представлены эпюры напряжений на выходе соответствующих блоков, поясняющие принцип работы генератора, в табл. 1 приведен ансамбль ЧВС, генерируемый данным устройством.

Генератор ансамбля сигналов содержит блок 1 высокочастотных генераторов 1₁ - 1_d, дешифратор 2, генератор 3 тактовых импульсов, первый счетчик 4, второй счетчик 5, первый регистр 6, блок умножения 7 по двойному модулю (modd f(x), р), второй регистр 8, третий счетчик 9, первый блок памяти 10, второй блок памяти 11, четвертый счетчик 12, входная шина "От источника сообщения" 13 и шина "Начальная установка" 14.

Генератор ансамбля сигналов работает следующим образом.

Ансамбль ЧВС, формируемый предлагаемым устройством, приведен в табл. 1 для простого числа p = 3 и n = 2, причем каждый элемент ЧВС, представленный в таблице, переводится в десятичное число по правилу:

1=1, 2=2, x=3, x+1=4, x+2=5, 2x=6, 2x+1=7, 2x+2=8.

Первый блок памяти 10 используется для хранения всех первообразных неприводимых полиномов, а второй блок памяти 11 используется для хранения всех образующих элементов ЧВС для заданных чисел p и n.

В исходном состоянии по сигналу с шины "Начальная установка" младшие разряды первого счетчика 4, второго счетчика 5, третьего счетчика 9, четвертого счетчика 12, первого регистра 6, второго регистра 8 (фиг. 2, б, в, д, г, к, з,) записывается значение единицы, а все остальные разряды устанавливаются в нулевое состояние. Таким образом, в первый счетчик 4, который считает количество элементов в ЧВС (номер столбца), запишется значение r = 1, во второй счетчик 5, который считает номера ЧВС, запишется значение m = 1, а в первый регистр 6 и во второй регистр 8 запишется первое значение ЧВС α₁₁(1,1) = 1 (фиг. 2, к, з).

Под действием единицы s = 1 (фиг. 2, д), считываемой с третьего счетчика 9 на информационный вход первого блока памяти 10, выбирается значение первого первообразного неприводимого полинома f₁(x) = x²+x+2 (фиг. 2, е) и на каждом такте работы устройства данное значение поступает на первый информационный вход блока умножения 7 по двойному модулю (modd f(x), р).

Под действием единицы j = 1 (фиг. 2, г), считываемой с четвертого счетчика 12 на первый информационный вход второго блока памяти 11, а также под действием значения первого первообразного неприводимого полинома f₁(x) = x²+x+2 (фиг. 2, е) поступающего на второй информационный вход второго блока памяти 11, выбирается значение первого образующего элемента θ₁₁ = x (фиг. 2, ж) и на каждом такте работы устройства поступает на второй информационный вход блока умножения по двойному модулю (modd f(x), р).

Под действием каждого тактового импульса с выхода генератора 3 тактовых импульсов (фиг. 2, а) содержимое первого регистра 6 поступает на информационный вход дешифратора 2 (фиг. 2, л), который включает определенный высокочастотный генератор (1₁ - 1_d) блока 1 высокочастотных генераторов (фиг. 2, м), в результате чего генерируется фиксированная частота, соответствующая элементу α_js(m,r) ЧВС. В блоке умножения 7 по двойному модулю (modd f(x), р) (фиг. 2, и), выполняющем умножение по модулю первообразного неприводимого полинома f(x) и простого числа p, на каждом такте работы устройства умножается значение предыдущего элемента α_js(m,r) ЧВС, записанного во втором регистре 8 на значение образующего элемента θ₁₁ = x (фиг. 2, ж), записанного во втором блоке памяти 11. Результат умножения, т.е. значение последующего элемента α_js(m,r+1) ЧВС (фиг. 2, и), с выхода блока умножения 7 по двойному модулю (modd f(x), р) записывается во второй регистр 8 и в первый регистр 6. Первый счетчик 4 подсчитывает количество элементов ЧВС (временной интервал). При поступлении (pⁿ-1)-го тактового импульса, что соответствует формированию одного ЧВС (одна строка), импульс переполнения с выхода первого счетчика 4 поступает на счетный вход второго счетчика 5 (фиг. 2, в), увеличивая его содержимое на единицу m = 2. Значение нового номера ЧВС (m = 2) (фиг. 2, к, з) из второго счетчика 5 записывается в первый регистр 6 и во второй регистр 8 (фиг. 2, г), после чего начинается процесс формирования второй строки ансамбля ЧВС (см. табл. 1).

При поступлении во второй счетчик 5 (pⁿ-1) импульсов, что соответствует формированию ансамбля V_js = (pⁿ-1) ЧВС для данного образующего элемента θ₁₁ = x и первообразного неприводимого полинома f₁(x) = x²+x+2, на выходе второго счетчика 5 появится импульс переполнения (фиг. 2, г), который поступает на счетный вход четвертого счетчика 12 и увеличивает его значение на единицу. Данное значение j = 2 (фиг. 2, г) поступает на первый информационный вход второго блока памяти 11, на второй информационный вход которого продолжает действовать значение первого первообразного неприводимого полинома f₁(x) = x²+x+2 и выбирается значение второго образующего элемента θ₂₁ = 2x+2 (фиг. 2, ж), а второй счетчик 5 устанавливается в исходное состояние.

При поступлении m•r•j = (pⁿ-1)•(pⁿ-1)•Φ(pⁿ-1) тактовых импульсов на выходе устройства будет сформирован ансамбль ЧВС V_j1 для всех образующих элементов по первому первообразному неприводимому полиному f₁(x) = x²+x+2.

При поступлении (pⁿ-1)•(pⁿ-1)•Φ(pⁿ-1) тактовых импульсов на выходе четвертого счетчика 12 импульс переполнения поступает на счетный вход третьего счетчика 9, увеличивая его содержимое на единицу s = 2 (фиг. 2, д), и данное значение поступает на информационный вход первого блока памяти 10 и считывается значение следующего первообразного неприводимого полинома f₂(х) = x²+2x+2 на первый информационный вход блока умножения 7 по двойному модулю (modd f(x), р) и на второй информационный вход второго блока памяти 11, т.е. в блоке умножения 7 по двойному модулю (modd f(x), р) вычисления будут происходить по модулю второго первообразного неприводимого полинома f₂(x) = x²+2x+2 и простого числа р. Счетчики 4, 5, 12 переходят в исходное состояние.

Под действием m = 1 и s = 2 во втором блоке памяти 11 выбирается значение первого образующего элемента θ₁₂ = x для второго первообразного неприводимого полинома f₂(x) = x²+2x+2 и начинается процесс сформирования ансамбля ЧВС для всех образующих элементов по второму первообразному неприводимому полиному (см. табл. 1 второй столбец).

Если устройство используется для передачи конкретного сообщения, то с входной шины "От источника сообщения" во второй счетчик 5 и соответственно в первый регистр 6 и второй регистр 8 запишется номер ЧВС, в третий счетчик 9 запишется номер образующего элемента, в четвертый счетчик 12 запишется номер первообразного неприводимого полинома, что обеспечит формирование конкретного ЧВС, соответствующего передаваемому сообщению.

Для р = 3 и n = 2 устройство позволяет сгенерировать ансамбль V₁ (см. табл. 1) с количеством L = (pⁿ-1) = 8 элементов в ЧВС равный

S - количество первообразных неприводимых полиномов f(x) степени n, s = 1÷Φ(pⁿ-1)/n;
J - количество образующих элементов, j = 1÷Φ(pⁿ-1);
L - количество элементов в ЧВС.

Известное устройство позволяет генерировать ансамбль ЧВС с объемом, равным V₂ = 8.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить объем ансамбля частотно-временных сигналов в 8 раз, что позволяет повысить структурную скрытность ансамбля частотно-временных сигналов.

Список литературы
1. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами /Г.И. Тузов, В. А. Сивов, В. И. Прытков и др.; Под ред. Г.И. Тузова. - М.: Радио и связь, 1985. - 264 с.: с. 29-30.

2. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.: с. 136-141.

3. Свердлик М.Б. Оптимальные дискретные сигналы. М.: Сов. Радио, 1975, - 200 с.

Изобретение относится к технике формирования частотно-временных сигналов (ЧВС) и может быть использовано в специальных системах связи для повышения помехозащищенности передачи информации. Технический результат заключается в повышении структурной скрытности генерируемых частотно-временных сигналов за счет увеличения ансамбля сигналов. Технический результат достигается за счет того, что в генератор ансамбля сигналов, содержащий последовательно соединенные дешифратор и блок высокочастотных генераторов, генератор тактовых импульсов, входную шину "От источника сообщения", введены первый счетчик, второй счетчик, третий счетчик, четвертый счетчик, первый регистр, второй регистр, блок умножения по двойному модулю (modd f(x), р), первый блок памяти, второй блок памяти, шина "Начальная установка". 1 табл., 2 ил.

Генератор ансамбля сигналов, содержащий последовательно соединенные дешифратор и блок высокочастотных генераторов, генератор тактовых импульсов, входную шину "От источника сообщения", выходы блока высокочастотных генераторов являются выходами генератора ансамбля сигналов, отличающийся тем, что в него введены первый счетчик, второй счетчик, третий счетчик, четвертый счетчик, первый регистр, второй регистр, блок умножения по двойному модулю (modd f(x), р), первый блок памяти, второй блок памяти, шина "Начальная установка", причем выход генератора тактовых импульсов соединен с синхронизирующими входами первого и второго регистров, блока умножения по двойному модулю (modd f(x), р) и со счетным входом первого счетчика, выход переполнения которого соединен со счетным входом второго счетчика, выход переполнения которого соединен со счетным входом четвертого счетчика, выход переполнения которого соединен со счетным входом третьего счетчика, информационный выход второго счетчика соединен с первыми информационными входами первого и второго регистров, информационный выход третьего счетчика соединен с информационным входом первого блока памяти, информационный выход четвертого счетчика соединен с первым информационным входом второго блока памяти, информационный выход которого соединен со вторым информационным входом блока умножения по двойному модулю (modd f(x), р), информационный выход первого блока памяти соединен с первым информационным входом блока умножения по двойному модулю (modd f(x), р) и вторым информационным входом второго блока памяти, информационный выход второго регистра соединен с третьим информационным входом блока умножения по двойному модулю (modd f(x), р), информационный выход которого соединен со вторым информационным входом второго регистра и вторым информационным входом первого регистра, информационный выход которого соединен с информационным входом дешифратора, шина "Начальная установка" соединена со входами установки в исходное состояние первого, второго, третьего и четвертого счетчиков, первого и второго регистров, входная шина "От источника сообщения" соединена с третьим информационным входом второго регистра, а также с информационными входами второго, третьего и четвертого счетчиков.