СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ В РАДИОЛИНИИ СО СКАЧКООБРАЗНЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ Российский патент 2006 года по МПК H04B1/713 

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

Известно устройство по пат. РФ 2216370, Н 04 В 1/713, БИПМ №30, 27.10.2003 «Способ передачи дискретной информации в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты», в котором на передающем конце делят входной сигнал на блоки, перестраивают частоту передатчика в соответствии с кодом двоичного вектора псевдослучайной последовательности, модулируют частоту передатчика и излучают сигнал в пространство. На приемном конце принимают сигнал одновременно на всех частотах, преобразовывают сигнал на промежуточную частоту, усиливают, демодулируют и подают сигнал на оконечное устройство. Недостатком этого способа является то, что он не позволяет достичь высокой структурной и информационной скрытности передаваемых цифровых сигналов.

Для защиты передаваемой информации по радиолиниям необходимо затруднять или полностью исключать возможность выделения модулирующего информационного сигнала потенциальным 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 сложные широкополосные сигналы с псевдослучайной перестройкой рабочих частот. При этом цифровой сигнал, подлежащий передаче по радиоканалу, делится на блоки (пакеты), содержащие n элементарных символов, затем каждым пакетом осуществляется модуляция соответствующей несущей частоты, которая назначается кодом псевдослучайной последовательности и излучается в пространство. Однако в настоящее время современная элементная база позволяет создать разведприемные устройства, которые способны одновременно на всех рабочих (несущих) частотах осуществлять прием радиосигналов, используя анализаторы спектра сигналов с высокой разрешающей способностью ширины полосы спектра передаваемых сигналов.

Таким образом, передача пакетов информационных сигналов на разных несущих частотах не позволяет достичь высокой структурной и информационной скрытности передаваемых цифровых сигналов.

Кроме этого, при передаче пакетов (блоков), содержащих n элементарных символов, в приемном устройстве ширина полосы пропускания полосовых фильтров должна быть в n раз больше, чем полоса пропускания полосовых фильтров при передаче только несущих частот каждой в течение времени, равного длительности кодовой комбинации (пакета). То есть не обеспечивается высокая помехоустойчивость приема информационных сигналов.

Наиболее близким к предлагаемому способу передачи дискретной информации в радиолинии со скачкообразным изменением несущей частоты является способ формирования и обработки сигнала в приемнике, описанный в книге В.И. Борисова, В.М. Зинчука, А.Е. Лимарева, Н.П. Мухина, В.Н. Шестопалова «Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты», издательство «Радио и связь», 2000 г., Москва, стр.24, 30, иллюстрируемый рис.1.7а и рис.1.13, принятый за прототип.

Способ-прототип заключается в следующем.

В передатчике последовательность информационных символов входного сигнала делится на пакеты, содержащие n символов, которыми затем осуществляется модуляция несущих частот, задаваемыми в соответствии с кодами псевдослучайных последовательностей ПСП, с последующим излучением в пространство.

В приемнике модулированные сигналы несущих частот переносятся на промежуточные частоты и затем осуществляется прием сигналов одновременно на всех частотах, согласно кодам ПСП, выбор того канала, по которому производилась передача, демодуляция и подача информационного сигнала на оконечное устройство.

Однако такой способ передачи сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты не исключает перехвата сигнала информации разведприемником. Кроме того, обязательным условием применения сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты является детерминированность псевдослучайной последовательности радиоимпульсов, то есть их несущих частот и временного положения, что требует на приемной стороне системы радиосвязи обеспечить частотную и временную синхронизацию сигналов. Это приводит к значительному усложнению радиоприемного устройства.

Недостатком способа-прототипа является малая степень помехоустойчивости, структурной и информационной скрытности, а также сложность приемного устройства, предназначенного для осуществления способа-прототипа.

Предлагаемый способ позволяет существенно повысить информационную, структурную скрытность и помехоустойчивость передачи цифрового сигнала, а также значительно упрощает построение приемного устройства системы радиосвязи.

Для устранения указанных недостатков в способе передачи дискретной информации в радиолинии со скачкообразным изменением несущей частоты, включающем на передающей стороне преобразование входного цифрового сигнала в сигналы двоичных кодовых комбинаций постоянной длительности, содержащих n символов, равной , где ƒ_T - частота дискретизации передаваемого цифрового сигнала, передачу соответствующих сигналов несущих частот, на приемной стороне - прием сигналов несущих частот, их преобразование в сигналы промежуточных частот, демодуляцию и формирование информационного цифрового сигнала, согласно изобретению сигналы двоичных кодовых комбинаций с помощью шифратора преобразуют в сигналы зашифрованных кодовых комбинаций путем замены каждой двоичной кодовой комбинации на другую двоичную кодовую комбинацию в соответствии с заданным законом шифрования, затем каждой зашифрованной кодовой комбинации присваивают соответствующий номер несущей частоты, которую излучают в пространство в течение времени, равного ее длительности T_K, принимают сигналы несущих частот, усиливают и преобразуют в сигналы промежуточных частот, которые выделяют с помощью полосовых узкополосных фильтров, ширина полосы пропускания которых равна , где Т_K - длительность зашифрованной кодовой комбинации, с последующей демодуляцией, в результате которой получают видеоимпульсы, с помощью которых с устройства памяти считывают соответствующие зашифрованные кодовые комбинации, преобразуемые дешифратором в кодовые комбинации передаваемого цифрового сигнала, в результате суммирования которых принимают передаваемый цифровой сигнал.

Предлагаемый способ заключается в следующем. На передающей стороне из входного цифрового сигнала формируется периодическая последовательность видеоимпульсов, частота следования которых равна тактовой частоте передаваемого цифрового сигнала , где Т - период повторения тактовых импульсов. Затем полученная периодическая последовательность видеоимпульсов преобразуется в периодическую последовательность видеоимпульсов с периодом повторения, равным длительности кодовой комбинации T_K=nT, где n - значность двоичного кода, то есть число импульсов кодовой комбинации. При помощи полученной периодической последовательности видеоимпульсов, входной цифровой сигнал преобразуется в сигналы двоичных кодовых комбинаций постоянной длительности, равной Т_K=nT, содержащих n элементарных символов. С помощью шифратора они преобразуются в сигналы зашифрованных кодовых комбинаций в соответствии с заданным законом шифрования. Каждой зашифрованной кодовой комбинации присваивается соответствующий номер несущей частоты, которая излучается в пространство вместо сигнала зашифрованной кодовой комбинации в течение времени, равного ее длительности. На приемной стороне входные сигналы несущих частот усиливаются и преобразуются в сигналы промежуточных частот. Сигналы промежуточных частот выделяются с помощью полосовых фильтров, ширина полосы пропускания которых равна , Т_K - длительность зашифрованной кодовой комбинации, с последующей демодуляцией, в результате которой образуются видеоимпульсы. При помощи полученных видеоимпульсов с устройства памяти считываются соответствующие зашифрованные кодовые комбинации, которые преобразуются дешифратором в кодовые комбинации передаваемого цифрового сигнала. В результате суммирования дешифрованных кодовых комбинаций принимают передаваемый цифровой сигнал.

Схема устройства для осуществления предлагаемого способа передачи цифрового сигнала в радиолинии со скачкообразным изменением рабочих частот приведена на фиг.1.

На фиг.1а - схема передающего устройства, где:

1 - источник цифрового сигнала;

2 - блок формирования периодической последовательности видеоимпульсов, частота следования которых равна тактовой частоте передаваемого цифрового сигнала;

3 - блок формирования периодической последовательности видеоимпульсов, период повторения которых равен длительности кодовой комбинации;

4 - блок формирования кодовых комбинаций;

5 - блок шифрования кодовых комбинаций;

6 - перестраиваемый синтезатор частот;

7 - опорный генератор частоты;

8 - усилитель мощности.

На фиг.1б - схема приемного устройства, где обозначено:

1 - блок усиления и преобразования входных сигналов в сигналы промежуточных частот;

2 - широкополосный фильтр промежуточной частоты;

3¹, 3², ...3^K, ...3^N - узкополосные полосовые фильтры рабочих частот;

4¹, 4², ...4^K, ...4^N - демодуляторы;

5 - устройство памяти зашифрованных кодовых комбинаций;

6 - дешифратор;

7 - сумматор.

Устройство содержит передающую и приемную стороны. На передающей стороне - последовательно соединенные источник цифрового сигнала 1, блок формирования периодической последовательности видеоимпульсов 2, частота следования которых равна тактовой частоте передаваемого цифрового сигнала, блок формирования периодической последовательности видеоимпульсов 3, период повторения которых равен длительности кодовой комбинации и блок формирования кодовых комбинаций 4, n выходов которого соединены с соответствующими входами блока шифрования кодовых комбинаций 5, n выходов которого соединены с соответствующими входами перестраиваемого синтезатора частот 6, выход которого соединен с входом усилителя мощности 8, выход которого соединен с передающей антенной. Кроме того, выход опорного генератора частоты 7 соединен со входами перестраиваемого синтезатора частот 6 и усилителя мощности 8. На приемной стороне содержит последовательно соединенные блок усиления и преобразования входных сигналов в сигналы промежуточных частот 1 и широкополосный фильтр промежуточной частоты 2, а также N линеек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных узкополосного полосового фильтра рабочих частот 3^K и демодулятора 4^K. При этом входы N узкополосных полосовых фильтров рабочих частот 3¹-3^N соединены с выходом широкополосного фильтра промежуточной частоты 2. Выходы N демодуляторов 4¹-4^N соединены с соответствующими входами устройства памяти зашифрованных кодовых комбинаций 5, N выходов которого соединены с соответствующими входами дешифратора 6, N выходов которого соединены с соответствующими входами сумматора 7, выход которого является выходом устройства. Причем вход блока усиления и преобразования входных сигналов в сигналы промежуточных частот 1 подсоединен к приемной антенне.

Работа устройства происходит следующим образом. На передающей стороне (фиг.1а) с выхода источника цифрового сигнала 1 цифровой сигнал поступает на вход блока 2 формирования периодической последовательности видеоимпульсов, в котором из приходящего цифрового сигнала формируется периодическая последовательность видеоимпульсов, частота следования которых равна тактовой частоте (частоте дискретизации) передаваемого цифрового сигнала , где Т - период повторения тактовых импульсов. Затем с выхода блока 2 полученная периодическая последовательность видеоимпульсов поступает на вход блока 3, в котором эта последовательность импульсов преобразуется в периодическую последовательность видеоимпульсов с периодом повторения, равным длительности кодовой комбинации Т_K=nT, где n - значность двоичного кода, то есть число импульсов кодовой комбинации. Полученная периодическая последовательность видеоимпульсов с выхода блока 3 поступает на вход блока 4 формирования кодовых комбинаций, на другой вход которого подается цифровой сигнал с выхода блока 1 источника цифрового сигнала. В блоке 4 осуществляется формирование двоичных кодовых комбинаций длительностью Т_K=nT, которые с n выходов блока 4 подаются на соответствующие входы блока 5 шифрования кодовых комбинаций, в котором осуществляется шифрование поступающих кодовых комбинаций цифрового сигнала, то есть каждая поступающая двоичная кодовая комбинация цифрового сигнала заменяется на другую двоичную кодовую комбинацию в соответствии с заданным законом шифрования. Таким образом полученные зашифрованные кодовые комбинации с выходов блока 5 поступают на соответствующие входы перестраиваемого синтезатора частот 6, на другой вход которого поступает сигнал опорной частоты с выхода опорного генератора частоты 7. В перестраиваемом синтезаторе частот 6 каждой зашифрованной кодовой комбинации присваивается соответствующий номер промежуточной рабочей частоты, для этого двоичные значения зашифрованных кодовых комбинаций в перестраиваемом синтезаторе частот 6 преобразуются в десятичные значения, которым по заданному закону присваиваются соответствующие десятичные значения промежуточных рабочих частот, сигналы которых с выхода перестраиваемого синтезатора частот поступают на вход усилителя мощности 8, на опорный вход которого подается сигнал опорной частоты с выхода опорного генератора частот 7. В усилителе мощности 8 сигналы промежуточных частот преобразуются в сигналы несущих частот, которые излучаются в пространство каждая в течение времени, равного длительности зашифрованных кодовых комбинаций Т_K=nT.

Таким образом осуществляется передача по радиоканалу только несущих частот вместо исходного цифрового сигнала, что практически полностью исключает возможность перехвата сигнала информации потенциальным разведприемником и обеспечивается структурная и информационная скрытность передаваемого цифрового сигнала.

На приемной стороне (фиг.1б) входные сигналы несущих частот в блоке 1 усиливаются и преобразуются в сигналы промежуточных частот, а затем поступают на вход широкополосного фильтра промежуточных частот 2, с выхода которого они поступают на входы соответствующих узкополосных полосовых фильтров рабочих частот 3¹, 3², ...3^K, ...3^N, ширина полосы пропускания каждого из которых равна: , где T_K - длительность зашифрованных кодовых комбинаций. Затем с выходов узкополосных полосовых фильтров 3¹, 3², ...3^K, ...3^N сигналы поступают на соответствующие входы демодуляторов 4¹, 4², ...4^K, ...4^N, в которых осуществляется демодуляция радиочастотных сигналов рабочих частот и формирование видеоимпульсов длительностью T_K, равной длительности зашифрованных кодовых комбинаций. Сформированные таким образом видеоимпульсы с выходов демодуляторов 4¹, 4², ...4^K, ...4^N поступают на соответствующие входы устройства памяти зашифрованных кодовых комбинаций 5, в котором заранее записан весь ансамбль зашифрованных кодовых комбинаций. Затем с помощью этих видеоимпульсов с устройства памяти 5 осуществляется считывание соответствующих зашифрованных кодовых комбинаций, которые с выходов устройства памяти 5 поступают на соответствующие входы дешифратора 6, где они преобразуются в соответствующие кодовые комбинации исходного передаваемого цифрового сигнала. В результате полученные кодовые комбинации передаваемого цифрового сигнала с выходов дешифратора 6 поступают на соответствующие входы сумматора 7, на выходе которого образуется передаваемый цифровой сигнал.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает использование в приемном устройстве для демодуляции сигнала узкополосных полосовых фильтров с шириной полосы пропускания в n раз меньшей (n - число импульсов кодовой комбинации) по сравнению со способом-прототипом, в котором кодовые комбинации передаются непосредственно по радиоканалу. Это позволяет в n раз увеличить отношение сигнал/шум на входе демодулятора сигналов, что приводит к повышению помехоустойчивости передачи системы в целом.

Техническим результатом является повышение структурной, информационной скрытности и помехоустойчивости передаваемых цифровых сигналов, а также упрощение приемного устройства, предназначенного для осуществления предлагаемого способа.

Технический результат достигается тем, что сигналы двоичных кодовых комбинаций с помощью шифратора преобразуют в сигналы зашифрованных кодовых комбинаций путем замены каждой двоичной кодовой комбинации на другую двоичную кодовую комбинацию в соответствии с заданным законом шифрования, затем каждой зашифрованной кодовой комбинации присваивают соответствующий номер несущей частоты, которую излучают в пространство в течение времени, равного ее длительности T_K, принимают сигналы несущих частот, усиливают и преобразуют в сигналы промежуточных частот, которые выделяют с помощью полосовых узкополосных фильтров, ширина полосы пропускания которых равна , где T_K - длительность зашифрованной кодовой комбинации, с последующей демодуляцией, в результате которой получают видеоимпульсы, с помощью которых с устройства памяти считывают соответствующие зашифрованные кодовые комбинации, преобразуемые дешифратором в кодовые комбинации передаваемого цифрового сигнала, в результате суммирования которых принимают передаваемый цифровой сигнал.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть в системах радиосвязи. Технический результат - повышение помехоустойчивости, структурной и информационной скрытности, а также упрощение приемного устройства, который достигается за счет того, что сигналы двоичных кодовых комбинаций с помощью шифратора преобразуют в сигналы зашифрованных кодовых комбинаций, путем замены каждой двоичной кодовой комбинации на другую двоичную кодовую комбинацию в соответствии с заданным законом шифрования, затем каждой зашифрованной кодовой комбинации присваивают соответствующий номер несущей частоты, которую излучают в пространство в течение времени, равного ее длительности Т_K, принимают сигналы несущих частот, усиливают и преобразуют в сигналы промежуточных частот, которые выделяют с помощью полосовых узкополосных фильтров, ширина полосы пропускания которых равна , где Т_K - длительность зашифрованной кодовой комбинации, в результате которой получают видеоимпульсы, с помощью которых с устройства памяти считывают соответствующие зашифрованные кодовые комбинации, преобразуемые дешифратором в кодовые комбинации передаваемого цифрового сигнала, суммируя которые принимают передаваемый цифровой сигнал. 2 ил.

Способ передачи дискретной информации в радиолинии со скачкообразным изменением несущей частоты, включающий на передающей стороне преобразование входного цифрового сигнала в сигналы двоичных кодовых комбинаций постоянной длительности, содержащих n символов, равной

где f_Т - частота дискретизации передаваемого цифрового сигнала, передачу соответствующих сигналов несущих частот, на приемной стороне - прием сигналов несущих частот, их преобразование в сигналы промежуточных частот, демодуляцию и формирование информационного цифрового сигнала, отличающийся тем, что сигналы двоичных кодовых комбинаций с помощью шифратора преобразуют в сигналы зашифрованных кодовых комбинаций путем замены каждой двоичной кодовой комбинации на другую двоичную кодовую комбинацию в соответствии с заданным законом шифрования, затем каждой зашифрованной кодовой комбинации присваивают соответствующий номер несущей частоты, которую излучают в пространство в течение времени, равного ее длительности Т_К, принимают сигналы несущих частот, усиливают и преобразуют в сигналы промежуточных частот, которые выделяют с помощью полосовых узкополосных фильтров, ширина полосы пропускания которых равна

где Т_K - длительность зашифрованной кодовой комбинации,

с последующей демодуляцией, в результате которой получают видеоимпульсы, с помощью которых с устройства памяти считывают соответствующие зашифрованные кодовые комбинации, преобразуемые дешифратором в кодовые комбинации передаваемого цифрового сигнала, в результате суммирования которых принимают передаваемый цифровой сигнал.