ПЕРЕДАТЧИК С КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ С ВЫСОКОЙ СТРУКТУРНОЙ СКРЫТНОСТЬЮ ПЕРЕДАВАЕМЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2013 года по МПК H04J13/00 

Изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в системах беспроводного доступа, сухопутной подвижной и спутниковой связи, обладающих высокой структурной скрытностью передаваемых сигналов и помехозащищенностью к внутрисистемным и межсистемным помехам.

Одним из основных требований, предъявляемых к перспективным системам связи, является обеспечение высокой структурной скрытности передаваемых сигналов, препятствующей сторонним лицам перехватывать и контролировать передаваемую информацию в преступных целях.

Известны системы сотовой, беспроводной и спутниковой связи с кодовым разделением каналов, а именно: система сотовой подвижной связи стандарта IS-95 на основе технологии многостанционного доступа с кодовым разделением каналов МДКР (в иностранной терминологии - CDMA); система спутниковой связи «Глобалстар» (США), перспективные системы с МДКР, такие как CDMA-450, CDMA-2000 и WCDMA и спутниковые: SAT-SDMA (Ю.Корея), SW-CDMA (Европейское космическое агентство - ESA) [1, 2], а также устройство [3], которые не в полной мере отвечают этому требованию, допускают возможность сторонним лицам перехватывать и контролировать передаваемую информацию из-за ограниченности ансамбля используемых сигналов, их низкой структурной скрытности, а также наличия и доступности сигнала синхронизации.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является устройство [3] (прототип), в состав которого входят N информационных каналов, каждый из которых включает последовательно соединенные первый кодер, первый перемежитель, первый сумматор по модулю два и первый уплотнитель символов, выход которого является первым выходом информационного канала, последовательно соединенные разделитель, второй кодер, второй перемежитель, второй сумматор по модулю два и второй уплотнитель символов, выход которого является вторым выходом информационного канала, последовательно соединенные генератор кода адреса, первый прореживатель, второй прореживатель, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго уплотнителей символов, выход первого прореживателя соединен с вторыми входами первого и второго сумматоров по модулю два, причем вход генератора кода адреса является первым входом информационного канала, вход разделителя является вторым входом информационного канала, а третьи входы первого и второго уплотнителей символов объединены и являются третьим входом информационного канала, второй выход разделителя соединен с входом первого кодера, К каналов вызова, каждый из которых включает последовательно соединенные первый кодер, первый перемежитель и первый сумматор по модулю два, выход которого является первым выходом канала вызова, последовательно соединенные разделитель, второй кодер, второй перемежитель и второй сумматор по модулю два, выход которого является вторым выходом канала вызова, последовательно соединенные генератор кода адреса и прореживатель, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго сумматоров по модулю два, причем вход генератора кода адреса является первым входом канала вызова, а вход разделителя - вторым входом канала вызова, второй выход разделителя соединен с входом первого кодера, J каналов синхронизации, каждый из которых включает последовательно соединенные кодер и повторитель символов, причем вход кодера является входом канала синхронизации, а выход повторителя символов - выходом канала синхронизации и канал пилот-сигнала, причем N+K+J+1 равно L, где L - общее число каналов передатчика, а также тактовый генератор, выход которого соединен с входом генератора кодов синхронизации и с входом генератора ортогональных кодов, генератор ортогональных М-ичных кодов, вход которого соединен с выходом тактового генератора, 2(n+k) модуляторов, каждый из которых имеет т информационных входов, где n=N/m, a k=К/m, и М опорных входов, где М=2^m, m - основание кода используемого сигнала, а N и К кратны m, (n+k+J+1) формирователь спектра сигнала, каждый из которых включает последовательно соединенные первый сумматор по модулю два, второй сумматор по модулю два, сглаживающий фильтр, перемножитель и сумматор, выход которого является выходом формирователя спектра сигнала, а также последовательно соединенные третий сумматор по модулю два, четвертый сумматор по модулю два, второй сглаживающий фильтр, второй перемножитель, выход которого подключен к второму входу сумматора, причем первый вход первого сумматора по модулю два является первым входом формирователя спектра сигнала, первый вход третьего сумматора по модулю два - вторым входом формирователя спектра сигнала, вторые входы второго и четвертого сумматоров по модулю два объединены и являются третьим входом формирователя спектра сигнала, второй вход первого сумматора по модулю два является четвертым входом формирователя спектра сигнала, второй вход третьего сумматора по модулю два - пятым входом формирователя спектра сигнала, второй вход первого перемножителя - шестым входом формирователя спектра сигнала, а второй вход второго перемножителя - седьмым входом формирователя спектра сигнала, все информационные каналы разбиты на n=N/m групп по m каналов в каждой, первый выход каждого из m информационных каналов каждой из n групп соединен с соответствующим из m входов (2n-1)-ого модулятора, второй выход каждого из m информационных каналов каждой из n групп соединен с соответствующим из m входов 2n-ого модулятора, выход (2n-1)-ого модулятора соединен с первым входом n-ого формирователя спектра сигнала, а выход 2n-ого модулятора соединен с вторым входом n-ого формирователя спектра сигнала, выход n-ого формирователя спектра сигнала соединен с n-ым входом сумматора канальных сигналов, все каналы вызова разбиты на k=К/m групп по m каналов в каждой, первый выход каждого из m каналов вызова каждой из k групп соединен с соответствующим из m входов (2n+2k-1)-ого модулятора, второй выход каждого из m каналов вызова каждой из k групп соединен с соответствующим из m входов (2n+2k)-ого модулятора, выход (2n+2k-1)-ого модулятора соединен с первым входом (n+k)-ого формирователя спектра сигнала, а выход (2n+2k)-ого модулятора соединен с вторым входом (n+k)-ого формирователя спектра сигнала, выход (n+k)-ого формирователя спектра сигнала соединен с (n+k)-ым входом сумматора канальных сигналов, выход каждого из J каналов синхронизации подключен к первому и второму входам соответствующего из (n+k+1)-ого по (n+k+J)-ый формирователей спектра сигналов, выход каждого из (n+k+1)-ого по (n+k+J)-ый формирователей спектра сигналов соединен с соответствующим из (n+k+1)-ого по (n+k+J)-ый входов сумматора канальных сигналов, первый и второй входы (n+k+J+l)-ого формирователя спектра сигнала объединены и соединены с выходом канала пилот-сигнала, а его выход соединен с (n+k+J+1)-ым входом сумматора канальных сигналов, каждый из n выходов генератора ортогональных кодов соединен с третьим входом соответствующего из n формирователей спектра сигнала, каждый из (n+k) выходов генератора ортогональных кодов соединен с третьим входом соответствующего из (n+k) формирователей спектра сигналов, каждый из (n+k+1)-ого по (n+k+J)-ый выходов генератора ортогональных кодов соединен с третьим входом соответствующего из (n+k+1)-ого по (n+k+J)-ый формирователей спектра сигналов, (n+k+J+1)-ый выход генератора ортогональных кодов соединен с - третьим входом (n+k+J+1)-ого формирователей спектра сигнала, первый выход генератора кодов синхронизации соединен с объединенными четвертыми входами всех формирователей спектра сигнала, а его второй выход соединен с объединенными пятыми входами всех формирователей спектра сигнала, первый выход генератора несущей частоты соединен с объединенными шестыми входами всех формирователей спектра сигнала, а его второй выход соединен с объединенными седьмыми входами всех формирователей спектра сигнала, каждый из М выходов генератора ортогональных М-ичных кодов соединен с соответствующим из М объединенных опорных входов всех модуляторов.

Целью настоящего изобретения является повышение структурной скрытности сигналов в перспективных системах связи.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем в себя N информационных каналов, каждый из которых включает последовательно соединенные первый кодер, первый перемежитель, первый сумматор по модулю два и первый уплотнитель символов, выход которого является первым выходом информационного канала, последовательно соединенные разделитель, второй кодер, второй перемежитель, второй сумматор по модулю два и второй уплотнитель символов, выход которого является вторым выходом информационного канала, последовательно соединенные генератор кода адреса, первый прореживатель, второй прореживатель, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго уплотнителей символов, выход первого прореживателя соединен с вторыми входами первого и второго сумматоров по модулю два, причем вход генератора кода адреса является первым входом информационного канала, вход разделителя является вторым входом информационного канала, а третьи входы первого и второго уплотнителей символов объединены и являются третьим входом информационного канала, второй выход разделителя соединен с входом первого кодера, К каналов вызова, каждый из которых включает последовательно соединенные первый кодер, первый перемежитель и первый сумматор по модулю два, выход которого является первым выходом канала вызова, последовательно соединенные разделитель, второй кодер, второй перемежитель и второй сумматор по модулю два, выход которого является вторым выходом канала вызова, последовательно соединенные генератор кода адреса и прореживатель, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго сумматоров по модулю два, причем вход генератора кода адреса является первым входом канала вызова, а вход разделителя - вторым входом канала вызова, второй выход разделителя соединен с входом первого кодера, J каналов синхронизации, каждый из которых включает последовательно соединенные кодер и повторитель символов, причем вход кодера является входом канала синхронизации, а выход повторителя символов - выходом канала синхронизации и канал пилот-сигнала, причем N+K+J+1 равно L, где L - общее число каналов передатчика, а также тактовый генератор, выход которого соединен с входом генератора кодов синхронизации и с входом генератора ортогональных кодов, генератор ортогональных М-ичных кодов, вход которого соединен с выходом тактового генератора, 2(n+k) модуляторов, каждый из которых имеет m информационных входов, где n=N/m, a k=К/m, и М опорных входов, где М=2^m, m - основание кода используемого сигнала, а N и К кратны m, (n+k+J+1) формирователь спектра сигнала, каждый из которых включает последовательно соединенные первый сумматор по модулю два, второй сумматор по модулю два, сглаживающий фильтр, перемножитель и сумматор, выход которого является выходом формирователя спектра сигнала, а также последовательно соединенные третий сумматор по модулю два, четвертый сумматор по модулю два, второй сглаживающий фильтр, второй перемножитель, выход которого подключен к второму входу сумматора, причем первый вход первого сумматора по модулю два является первым входом формирователя спектра сигнала, первый вход третьего сумматора по модулю два - вторым входом формирователя спектра сигнала, вторые входы второго и четвертого сумматоров по модулю два объединены и являются третьим входом формирователя спектра сигнала, второй вход первого сумматора по модулю два является четвертым входом формирователя спектра сигнала, второй вход третьего сумматора по модулю два - пятым входом формирователя спектра сигнала, второй вход первого перемножителя - шестым входом формирователя спектра сигнала, а второй вход второго перемножителя - седьмым входом формирователя спектра сигнала, все информационные каналы разбиты на n=N/m групп по m каналов в каждой, первый выход каждого из m информационных каналов каждой из n групп соединен с соответствующим из m входов (2n-1)-ого модулятора, второй выход каждого из m информационных каналов каждой из n групп соединен с соответствующим из m входов 2n-ого модулятора, выход (2n-1)-ого модулятора соединен с первым входом n-ого формирователя спектра сигнала, а выход 2n-ого модулятора соединен с вторым входом n-ого формирователя спектра сигнала, выход n-ого формирователя спектра сигнала соединен с n-ым входом сумматора канальных сигналов, все каналы вызова разбиты на k=К/m групп по m каналов в каждой, первый выход каждого из m каналов вызова каждой из k групп соединен с соответствующим из m входов (2n+2k-1)-ого модулятора, второй выход каждого из m каналов вызова каждой из k групп соединен с соответствующим из m входов (2n+2k)-ого модулятора, выход (2n+2k-1)-ого модулятора соединен с первым входом (n+k)-ого формирователя спектра сигнала, а выход (2n+2k)-ого модулятора соединен с вторым входом (n+k)-ого формирователя спектра сигнала, выход (n+k)-ого формирователя спектра сигнала соединен с (n+k)-ым входом сумматора канальных сигналов, выход каждого из J каналов синхронизации подключен к первому и второму входам соответствующего из (n+k+1)-ого по (n+k+J)-ый формирователей спектра сигналов, выход каждого из (n+k+1)-ого по (n+k+J)-ый формирователей спектра сигналов соединен с соответствующим из (n+k+1)-ого по (n+k+J)-ый входов сумматора канальных сигналов, первый и второй входы (n+k+J+1)-ого формирователя спектра сигнала объединены и соединены с выходом канала пилот-сигнала, а его выход соединен с (n+k+J+1)-ым входом сумматора канальных сигналов, каждый из n выходов генератора ортогональных кодов соединен с третьим входом соответствующего из n формирователей спектра сигнала, каждый из (n+k) выходов генератора ортогональных кодов соединен с третьим входом соответствующего из (n+k) формирователей спектра сигналов, каждый из (n+k+1)-ого по (n+k+J)-ый выходов генератора ортогональных кодов соединен с третьим входом соответствующего из (n+k+1)-ого по (n+k+J)-ый формирователей спектра сигналов, (n+k+J+1)-ый выход генератора ортогональных кодов соединен с третьим входом (n+k+J+1)-ого формирователей спектра сигнала, первый выход генератора кодов синхронизации соединен с объединенными четвертыми входами всех формирователей спектра сигнала, а его второй выход соединен с объединенными пятыми входами всех формирователей спектра сигнала, первый выход генератора несущей частоты соединен с объединенными шестыми входами всех формирователей, спектра сигнала, а его второй выход соединен с объединенными седьмыми входами всех формирователей спектра сигнала, каждый из М выходов генератора ортогональных М-ичных кодов соединен с соответствующим из М объединенных опорных входов всех модуляторов, в схему устройства внесены следующие изменения:

из него исключены: канал пилот-сигнала, 2(n+k) модулятора, (n+k+J+1) формирователей спектра сигнала, генератор ортогональных М-ичных кодов, генератор кодов синхронизации, генератор ортогональных кодов и соответствующие им связи,

а в схему устройства дополнительно введены:

делитель частоты, вход которого подключен к выходу тактового генератора, генератор нелинейной маскирующей последовательности, вход которого соединен с выходом тактового генератора, генератор нелинейных ортогональных кодов, первый вход которого соединен с выходом тактового генератора, L внутренних кодеров, где L=N+K+J, каждый из которых включает в себя первый и второй кодеры, причем первый вход первого кодера является первым входом внутреннего кодера, а первый вход второго кодера - вторым входом внутреннего кодера, вторые входы первого и второго кодеров объединены и являются третьим входом внутреннего кодера, третьи входы первого и второго кодеров объединены и являются четвертым входом внутреннего кодера, четвертые входы первого и второго кодеров объединены и являются пятым входом внутреннего кодера, L формирователей спектра сигнала канала, каждый из которых включает последовательно соединенные первый сумматор по модулю два, второй сумматор по модулю два, сглаживающий фильтр, первый фазовый модулятор, сумматор и полосовой фильтр, выход которого является выходом формирователя спектра сигнала канала, а также последовательно соединенные третий сумматор по модулю два, четвертый сумматор по модулю два, второй сглаживающий фильтр и второй фазовый модулятор, выход которого подключен к второму входу сумматора, причем первый вход первого сумматора по модулю два является первым входом формирователя спектра сигнала канала, первый вход третьего сумматора по модулю два - вторым входом формирователя спектра сигнала канала, вторые входы второго и четвертого сумматоров по модулю два объединены и являются третьим входом формирователя спектра сигнала канала, второй вход первого сумматора по модулю два является четвертым входом формирователя спектра сигнала канала, второй вход третьего сумматора по модулю два - пятым входом формирователя спектра сигнала канала, второй вход первого фазового модулятора - шестым входом формирователя спектра сигнала, а второй вход второго фазового модулятора - седьмым входом формирователя спектра сигнала канала,

и установлены следующие связи:

выход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с l-ым входом сумматора канальных сигналов, где l принимает значения от 1 до L, первый выход n-ого информационного канала соединен с первым входом n-ого внутреннего кодера, а второй выход n-ого информационного канала - с вторым входом n-ого внутреннего кодера, где n принимает значения от l до N, первый выход k-ого канала вызова соединен с первым входом k-ого внутреннего кодера, а второй выход k-ого канала вызова - с вторым входом k-ого внутреннего кодера, где k принимает значения от N+1 до N+K, выход j-ого канала синхронизации соединен с первым и вторым входами j-ого внутреннего кодера, где j принимает значения от N+K+1 до N+K+J, первый выход l-ого внутреннего кодера соединен с первым входом l-ого формирователя спектра сигнала канала, а второй выход l-ого внутреннего кодера соединен со вторым входом l-ого формирователя спектра сигнала канала, третьи входы всех формирователей спектра сигнала канала объединены и подключены к первому выходу генератора нелинейной маскирующей последовательности, четвертый вход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с l-ым выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, пятый вход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с (L-l+1)-ым выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, шестые входы всех формирователей спектра сигнала канала объединены и соединены с первым выходом генератора несущей частоты, седьмые входы всех формирователей спектра сигнала канала объединены и соединены с вторым выходом генератора несущей частоты, третьи входы всех внутренних кодеров объединены и соединены с выходом делителя частоты, второй выход генератора нелинейной маскирующей последовательности соединен с вторым входом генератора нелинейных ортогональных кодов и с объединенными четвертыми входами всех внутренних кодеров, пятые входы всех внутренних кодеров объединены и соединены с (L+1)-ым выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, выход сумматора канальных сигналов является выходом устройства.

Отличительными признаками предлагаемого устройства являются введенные в схему передатчика новые элементы, а именно: L внутренних кодеров, L формирователей спектра сигнала канала, делитель частоты, генератор нелинейной маскирующей последовательности, генератор нелинейных ортогональных кодов и соответствующие связи между ними, благодаря чему удалось существенно повысить структурную скрытность передаваемых сигналов за счет формирования новой сигнально-кодовой конструкции и реализации скрытой синхронизации в системе связи.

Поскольку совокупность введенных элементов и их связи до даты подачи заявки в патентной и научно-технической литературе не обнаружены, то предлагаемое техническое решение соответствует «изобретательскому уровню».

Структурная схема заявляемого устройства представлена на фиг.1. С целью упрощения схемы на фиг.1 изображены только один n-ый (n=1) информационный канал (ИК), один k-ый (k=1) канал вызова (KB) и один j-ый канал синхронизации (КС) (j=J), а также элементы, которые обеспечивают функционирование устройства и позволяют пояснить работу устройства в целом. На фиг.1 обозначено:

1, 9, 23, 28, 31, 34, 35 - кодер (КД);

2, 10, 24,29 - перемежитель (ПМ);

3, 11, 25, 30, 13, 18, 14, 19 - сумматоры по модулю два (С2);

4, 12 - уплотнитель символов (УС);

5, 22 - разделитель (Р);

6, 26 - генератор кода адреса (ГКА);

7, 8, 27 - прореживатель (П);

15, 20 - сглаживающий фильтр (СгФ);

16, 21 - фазовый модулятор (ФМ);

17 - сумматор (Сум);

32 - повторитель символов (ПС);

33 - полосовой фильтр (ПФ);

36, 37, 38 - внутренний кодер (ВК);

39, 40, 41 - формирователь спектра сигнала канала (ФССК);

42 - сумматор канальных сигналов (СКС);

43 - генератор несущей частоты (ГНЧ);

44 - тактовый генератор (ТГ);

45 - делитель частоты (ДЧ);

46-генератор нелинейной маскирующей последовательности (ГНМП);

47 - генератор нелинейных ортогональных кодов (ГНОК);

ИК (n, n=1) - преобразователь информации (ПИ) первого

информационного канала;

KB (k, k=1) - ПИ первого канала вызова;

КС (j, j=J) - ПИ последнего канала синхронизации.

Работа передатчика. Порядок работы передатчика рассмотрим по структурной схеме, которая изображена на фиг.1.

При рассмотрении работы передатчика будем исходить из следующего:

1. Алгоритм работы преобразователей информации каналов (ИК, KB, КС) заявляемого устройства и устройства-прототипа одинаков.

2. Загруженность каналов передатчика определяется текущим графиком и управляется стандартными средствами базовой станции, например, такими как конвольвер, которые в данном устройстве не рассматриваются.

3. Общее число каналов передатчика равно L=N+K+J, где N - число информационных каналов; К - число каналов вызова; J - число каналов синхронизации. Для уяснения характера обработки информации в передатчике достаточно рассмотреть обработку информации в одном ИК, в одном KB и в одном КС.

4. Период нелинейной маскирующей последовательности Т_мп, вырабатываемой ГНМП (46), соответствует кратному числу периодов последовательностей, вырабатываемых ГНОК (47) Т_гок, т.е. N_мп=2ⁱ Т_гок, где i=1, 2, 3…5. В заявляемом передающем устройстве в явном виде канал пилот-сигнала отсутствует. Фактически же функции канала пилот-сигнала выполняет один из имеющихся L каналов устройства. Этот канал выбирается оператором (администратором) сети и за ним закрепляются функции по решению задачи синхронизации сети. Пусть эти функции закреплены за одним из каналов синхронизации передатчика (КС (j, j=J)).

Тогда сигнал на выходе ФССК (41) в квадратурных составляющих можно представить в виде

$$S\left(t\right)=P_1{P}_{м}cos\left({\omega }_{0}t\right)+P_2{P}_{м}sin\left({\omega }_{0}t\right),\left(1\right)$$

где P₁ и P₂ - ортогональные последовательности, которые поступают на 4 и 5 входы ФССК (41);

Р_м - маскирующая последовательность, поступающая на 3 вход ФССК (41).

Если на приемной стороне этот сигнал возвести в квадрат, то выражение (1) примет вид

$$S^2\left(t\right)=P_1^2{P}_{м}^{2}co{s}^2\left({\omega }_{0}t\right)+P_2^2{P}_{м}^{2}si{n}^2\left({\omega }_{0}t\right)+2P_1{P}_2{P}_{м}^{2}cos\left({\omega }_{0}t\right)sin\left({\omega }_{0}t\right).\left(2\right)$$

Учитывая, что при возведении в квадрат последовательности Р₁, Р₂ и Р_м равняются 1, а 2cosαsinα=sin2α, то выражение (2) будет иметь вид

S²(t)=cos²(ω₀t)+sin²(ω₀t)+P₁P₂2cos(ω₀t)sin(ω₀t)=1+P₃sin(2ω₀t).

Таким образом, после преобразований мы имеем удвоенную несущую, модулированную последовательностью Р₃ и постоянную составляющую. После фильтрации сигнала полосовым фильтром на его выходе останется только последовательность Р₃, которая и является пилот-сигналом, а выбранный канал выполняет функцию канала пилот-сигнала.

Следует заметить, что последовательности P₁, Р₂ и P₃ - это последовательности, принадлежащие одному ансамблю сигналов.

Работа информационного канала. Рассмотрим работу первого ИК (n=1). На первый вход ПИ первого информационного канала (ИК (n, n=1)) поступает информация об адресе абонента, а на второй - информация, которую необходимо передать другому абоненту. Информация, поступающая на 1 и 2 входы ПИ, представляет собой поток двоичных символов. Поток двоичных символов, поступающий на второй вход ПИ первого ИК, разделителем (5) преобразуется в два потока для создания синфазной I и квадратурной Q составляющих (условно в одном потоке следуют четные символы, а в другом - нечетные). С первого выхода разделителя (5) первый поток поступает на вход кодера (9), а с второго выхода второй поток поступает на вход кодера (1). Потоки двоичных символов в кодерах (1) и (9) кодируются избыточным кодом с целью обеспечения возможности исправления ошибок на приемной стороне. С выхода кодера (1) информация поступает на вход перемежителя (2), а с выхода кодера (9) - на вход перемежителя (10). В перемежителях (2) и (10) кодированная информация «перемешивается» таким образом, чтобы исключить возможность группирования ошибок на приемной стороне. С выхода перемежителя (2) информация поступает на первый вход сумматора по модулю два (3), а с выхода перемежителя (10) - на первый вход сумматора по модулю два (11). Поток двоичных символов, содержащий информацию об адресе вызываемого абонента, с первого входа ПИ поступает на вход ГКА (6), который формирует адрес вызываемого абонента и направляет его на вход прореживателя (7). Информация с выхода прореживателя (7) поступает на вторые входы сумматоров по модулю два (3) и (11) и на вход прореживателя (8). В сумматорах по модулю два (3) и (11) в потоки информации, поступающие на их первые входы, с помощью прореживателя (7) «замешивается» информация об адресе абонента, поступающая с ГКА (6). С выхода сумматора по модулю два (3) информационный поток, содержащий уже признак адреса абонента, поступает на первый вход уплотнителя символов (4), а с выхода сумматора по модулю два (11) - на первый вход уплотнителя символов (12). В уплотнителях символов (4) и (12) с помощью информации, поступающей на их вторые входы с выхода прореживателя (8) обеспечивается «замешивание» в информационный поток с адресом абонента дополнительной информации, которая поступает на их третьи входы для управления уровнем излучаемой мощности передатчика абонента. Информация с выхода уплотнителя символов (4) поступает на первый выход ПИ, а информация с выхода уплотнителя символов (12) поступает на второй выход ПИ.

Поток двоичных символов с первого и второго выходов ПИ первого ИК подается соответственно на первый и второй входы ВК (36) первого ИК. Внутренний кодер включает в себя первый (34) и второй (35) кодеры и обеспечивает дополнительную защиту передаваемой информации от интерференционных помех и замираний сигнала. Поток двоичных символов с первого входа ВК (36) поступает на первый вход первого кодера (34), а двоичный поток символов со второго входа ВК (36) - на первый вход второго кодера (35). На третий вход ВК (36), а, следовательно, и на вторые входы кодеров (34) и (35) поступают тактовые импульсы с выхода делителя частоты (45), которые обеспечивают ввод информации в ВК. Частота тактовых импульсов с выхода ДЧ (45) соответствует скорости потока двоичных символов, поступающих с первого и второго выходов ПИ первого ИК на первый и второй входы ВК (36). Со второго выхода ГНМП (46) на четвертый вход ВК (36), а, следовательно, и на третьи входы кодеров (34) и (35), а также на второй вход ГНОК (47) поступают тактовые импульсы, которые осуществляют цикловую синхронизацию ВК (36) и синхронизацию ГНОК (47). Частота следования импульсов цикловой синхронизации определяется периодом нелинейной маскирующей последовательности. На пятый вход ВК (36), а, следовательно, и на четвертые входы кодеров (34) и (35) поступают тактовые импульсы с (L+1)-ого выхода ГНОК (47), которые обеспечивают вывод информации из ВК (36). Частота следования этих тактовых импульсов определяется периодом последовательности, генерируемой ГНОК (47).

Информация с первого выхода ВК (36) подается на первый вход ФССК (39) первого ПК, а со второго выхода ВК (36) - на второй вход ФССК (39) первого ИК.

Информация с первого входа ФССК (39) подается на первый вход сумматора по модулю два (13), а со второго входа ФССК - на первый вход сумматора по модулю два (18). На вторые входы С2 (13) и (18) через четвертый и пятый входы ФССК (39) подаются нелинейные ортогональные кодовые последовательности от ГНОК (47), причем на четвертый вход ФССК (39) подается нелинейная ортогональная кодовая последовательность с первого выхода ГНОК (47), а на пятый вход ФССК (39) - нелинейная ортогональная кодовая последовательность с L-ого выхода ГНОК (47). Информация с выхода С2 (13) подается на первый вход С2 (14), а информация с выхода С2 (18) - на первый вход С2 (19). На вторые входы С2 (14) и (19) ФССК (39) через его третий вход подается нелинейная маскирующая последовательность с первого выхода ГНМП (46).

В С2 (13) и (18) осуществляется модуляция нелинейных ортогональных кодовых последовательностей потоком двоичных символов, поступающим на первый и второй входы ФССК (39) от ВК (36) соответственно, а в С2 (14) и (19) осуществляется сложение нелинейной маскирующей последовательности с модулированными нелинейными ортогональными последовательностями.

Информация с выхода С2 (14) через СгФ (15) поступает на первый вход ФМ (16), ас выхода С2 (19) через СгФ (20) - на первый вход ФМ (21). На вторые входы ФМ (16) и (21) через шестой и седьмой входы ФССК (39) с первого и второго выходов ГНЧ (43) соответственно подаются квадратурные (косинусная (7) и синусная (Q)) составляющие несущей частоты. С выхода ФМ (16) информация поступает на первый вход Сум (17), а с выхода ФМ (21) - на второй вход Сум (17), который обеспечивает линейное сложение квадратурных составляющих. Информация с выхода Сум (17) через ПФ (33), который является выходом ФССК (39), подается на первый вход СКС (42).

В остальных (ЛЧ) ИК происходит аналогичное преобразование информации.

Работа канала вызова. Рассмотрим работу первого KB (k=1). На первый вход ПИ первого канала вызова (KB (k, k=1)) поступает информация об адресе абонента, а на второй - информация, из которой формируется сигнал вызова. Информация, поступающая на 1 и 2 входы ПИ KB, представляет собой поток двоичных символов. Поток двоичных символов, поступающий на второй вход ПИ KB, разделителем (22) преобразуется в два потока для создания синфазной I и квадратурной Q составляющих (условно в одном потоке следуют четные символы, а в другом - нечетные). С первого выхода разделителя (22) первый поток поступает на вход кодера (28), а с второго выхода разделителя (22) второй поток поступает на вход кодера (23). Потоки двоичных символов в кодерах (23) и (28) кодируются избыточным кодом с целью обеспечения возможности исправления ошибок на приемной стороне.

С выхода кодера (23) информация поступает на вход перемежителя (24), а с выхода кодера (28) - на вход перемежителя (29). В перемежителях (24) и (29) кодированная информация «перемешивается» таким образом, чтобы исключить возможность группирования ошибок на приемной стороне. С выхода перемежителя (24) информация поступает на первый вход сумматора по модулю два (25), а с выхода перемежителя (29) - на первый вход сумматора по модулю два (30). Поток двоичных символов, содержащий информацию об адресе вызываемого абонента, с первого входа ПИ KB поступает на вход ГКА (26), который формирует адрес вызываемого абонента и направляет его на вход прореживателя (27). Информация с выхода прореживателя (27) поступает на вторые входы сумматоров по модулю два (25) и (30). В сумматорах по модулю два (25) и (30) в потоки информации, поступающие на их первые входы, с помощью прореживателя (27) «замешивается» информация об адресе абонента, поступающая с ГКА (26). С выхода сумматора по модулю два (25) информационный поток, содержащий уже признак адреса абонента, поступает на первый выход ПИ KB, а с выхода сумматора по модулю два (30) - на второй выход ПИ КВ. Поток двоичных символов с первого и второго выходов ПИ первого KB подается соответственно на первый и второй входы ВК (37) первого KB, а информация с первого и второго выхода ВК (37) первого KB подается соответственно на первый и второй входы ФССК (40) первого KB, а информация с выхода ФССК (40) первого KB подается на (N+1)-ый вход СКС (42). Процесс обработки информации в ВК (37) первого KB и в ФССК (40) первого KB аналогичен процессу, рассмотренному в ВК (36) и ФССК (39) первого ИК, за исключением того, что четвертый вход ФССК (40) первого KB соединен с (N+1)-ым выходом ГНОК (47), а пятый вход ФССК (40) первого KB соединен с (L-N)-ым выходом ГНОК (47).

В остальных каналах вызова происходит аналогичное преобразование информации.

Работа канала синхронизации. Рассмотрим работу последнего КС (j=J). На вход ПИ канала синхронизации (КС (j, j=J)) поступает служебная информация, которая представляет собой поток двоичных символов. Эта информация с входа канала поступает на вход кодера (31), в котором осуществляется ее избыточное кодирование с целью обеспечения возможности исправления ошибок на приемной стороне.

С выхода кодера (31) информация поступает на вход повторителя символов (32), который обеспечивает доведение значения скорости потока двоичных символов на выходе ПИ КС до скорости потока двоичных символов на выходе ПИ ИК и ПИ КВ. С выхода повторителя символов (32) поток двоичных символов поступает на выход ПИ КС, а с выхода ПИ КС подается одновременно на первый и второй входы ВК (38) J-ого КС, а информация с первого и второго выхода ВК (38) J-ого КС подается соответственно на первый и второй входы ФССК (41) J-ого КС, а информация с выхода ФССК (41) J-ого КС подается на (N+K+J)-ый вход СКС (42).

Процесс обработки информации, в ВК (38) и в ФССК (41) J-ого КС аналогичен процессу, рассмотренному в ВК (36) и ФССК (39) первого ИК, за исключением того, что четвертый вход ФССК (41) J-ого КС соединен с L-ым выходом ГНОК (47), а пятый вход ФССК (40) J-ого КС соединен с первым выходом ГНОК (47).

В остальных каналах синхронизации происходит аналогичное преобразование информации.

Сигналы с выходов всех ФССК линейно складываются в СКС (42), с выхода которого сигнал подается на усилитель мощности (не показан).

Сравнительная оценка структурной скрытности сигналов в заявляемом устройстве и прототипе. Структурную скрытность сигналов обычно оценивают или размером ансамбля сигналов заданной длительности, или временем, необходимым для раскрытия их структуры. Учитывая, что временная характеристика оценки структурной скрытности сигналов является неоднозначной, поскольку, с одной стороны, она зависит от технических возможностей диагностической аппаратуры на момент времени оценки, а с другой стороны, от размера, ансамбля оцениваемых сигналов, то сравнительную оценку структурной скрытности сигналов, используемых в заявляемом устройстве и прототипе, проведем путем сравнения размера ансамбля используемых ими сигналов.

При оценке структурной скрытности прототипа будем исходить из следующих фактов:

1. В устройстве-прототипе используется только одна пара кодов синхронизации, реализованных на базе линейной кодовой последовательности. Возведение принимаемого сигнала в квадрат на приемной стороне позволяет:

устранить переданные ортогональные последовательности кодов синхронизации в принимаемом сигнале;

получить новую кодовую последовательность, принадлежащую ансамблю переданных передатчиком кодов синхронизации, причем мощность этой кодовой последовательности равна сумме мощностей, приходящихся на каждый групповой канал.

2. Для раскрытия структуры любой линейной кодовой последовательности длиной М=2^m достаточно правильно определить 2m элементов этой последовательности, где m - разрядность регистра.

3. Фазовый спектр последовательности ортогональных кодов во всех каналах, кроме канала пилот-сигнала, будет инверсно изменяться под воздействием передаваемой информации, а фазовый спектр пилот-сигнала будет постоянным из-за отсутствия модуляции. Это дает возможность выделить ортогональную кодовую последовательность пилот-сигнала, а затем определить весь ансамбль ортогональных кодов.

4. В каждом канале присутствует только одна ортогональная кодовая последовательность из ансамбля линейных последовательностей А, генерируемых генератором ортогональных кодов.

С учетом изложенного выше, число операций для раскрытия структуры кода синхронизации при разрядности регистра генератора кодов синхронизации m=7 и размере ансамбля линейных кодовых последовательностей А=18 (при m=7 максимальный размер ансамбля линейных последовательностей составляет 18 [4, с.30]) составит

A2m=18_*2_*7=252,

а для раскрытия структуры ортогональных кодов при разрядности регистра генератора ортогональных кодов m=7 и размере ансамбля линейных кодовых последовательностей А=18 составит A2m=18_*2_*7=252 операции.

Тогда, общее число операций для раскрытия структуры сигналов, используемых в устройстве-прототипе, будет равно сумме операций, необходимых для раскрытия структуры последовательности кода синхронизации и для раскрытия структуры последовательности ортогональных кодов, и составит 504 операции.

При оценке структурной скрытности заявляемого устройства будем исходить из следующих фактов:

1. Возведение принимаемого сигнала в квадрат на приемной стороне приведет к ликвидации нелинейной маскирующей последовательности и выделению всего ансамбля нелинейных ортогональных кодов. Учитывая, что в заявляемом устройстве все каналы равноправны, мощность передатчика распределена равномерно по всем каналам (ортогональным кодам), во всех каналах присутствует информационная модуляция ортогональных нелинейных кодовых последовательностей, выделить однозначно какую-либо кодовую последовательность (при малой мощности, приходящейся на каждую из них) возможно только посредством подбора (методом перебора), что требует значительных временных затрат.

2. В каждом канале присутствуют две нелинейные ортогональные кодовые последовательности из ансамбля нелинейных последовательностей А, генерируемых генератором нелинейных ортогональных кодов.

3. Для раскрытия структуры любой нелинейной кодовой последовательности длиной М=2^m необходимо определить все 2^m элементов этой последовательности, где т - разрядность регистра.

4. Размер ансамбля нелинейных кодовых последовательностей А зависит от разрядности регистра т и определяется выражением [4, с.29]

$$A=2^{2^{2m-1}-m}.$$

С учетом изложенного выше, число операций для раскрытия структуры двух нелинейных последовательностей ортогонального кода одного канала при разрядности регистра генератора нелинейных ортогональных кодов m=7 и размере ансамбля каждой нелинейной кодовой последовательности в канале А=2⁵⁷ (при m=7 максимальный размер ансамбля нелинейных последовательностей составляет 2⁵⁷ [4, с.30]) составит A_1*A_2*2^m=2⁵⁷*2^57*2⁷=2¹²¹.

При оценке числа операций для раскрытия структуры нелинейной маскирующей последовательности, следует иметь в виду, что ее сначала необходимо каким-либо способом выделить и что в каждом квадратурном канале ее длина превосходит длину нелинейной ортогональной кодовой последовательности в 2ⁱ раза, где i=1, 2, 3, ….

Пусть i=3. В этом случае число операций для раскрытия структуры нелинейной маскирующей последовательности по сравнению числом операций, необходимых для раскрытия структуры двух нелинейных последовательностей ортогонального кода дополнительно возрастет в 2ⁱ раз (в нашем случае в 8 раз)

Сравнивая численные значения потребных операций для раскрытия структуры сигналов прототипа и заявляемого устройства можно сделать однозначный вывод, что задача раскрытия структуры сигнала заявляемого передатчика является весьма проблематичной.

Методы создания и варианты технической реализации генератора ортогональных нелинейных кодовых последовательностей (40) и генератора нелинейной маскирующей последовательности (41) представлены в [4, 5].

Источники информации

1. Новые стандарты широкополосной радиосвязи на базе технологии W-CDMA. М.: Международный центр научно-технической информации, 1999, (стр.38-58).

2. Vijay К. Garg. IS-95 CDMA and cdma2000 Cellular/PCS Systems Implementation. Pretice Hall, PTR, 2000.

3. Патент на изобретение №2287904, приоритет изобретения 04.02.2005 г., опубликовано: 20.11.2006 г., Бюл. №32 (прототип).

4. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами / Под ред. Г.И. Тузова. - М.: Радио и связь, 1985. - 264 с.

5. Бельтюков В.В., Сивов В.А. Ортогональные сигналы на основе полных кодовых колец и их корреляционные свойства. - Радиотехника и электроника, 1982, т.27, №9, с.1733-1738.

Изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в системах беспроводного доступа, сухопутной подвижной и спутниковой связи, призванных функционировать в условиях радиоэлектронной борьбы. Технический результат - повышение структурной скрытности сигналов в перспективных системах связи. Для этого в известный передатчик (патент №2287904) с кодовым разделением каналов дополнительно введены в схему передатчика делитель частоты, генератор нелинейной маскирующей последовательности, генератор нелинейных ортогональных кодов, а в схему каждого канала внутренний кодер и формирователь спектра сигнала канала и соответствующие связи между ними для формирования новой сигнально-кодовой конструкции и реализации скрытой синхронизации в системе связи, что и позволило существенно повысить структурную скрытность передаваемых сигналов. 1 ил.

Передатчик с кодовым разделением каналов с высокой структурной скрытностью передаваемых сигналов, в состав которого входят N информационных каналов, каждый из которых включает последовательно соединенные первый кодер, первый перемежитель, первый сумматор по модулю два и первый уплотнитель символов, выход которого является первым выходом информационного канала, последовательно соединенные разделитель, второй кодер, второй перемежитель, второй сумматор по модулю два и второй уплотнитель символов, выход которого является вторым выходом информационного канала, последовательно соединенные генератор кода адреса, первый прореживатель, второй прореживатель, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго уплотнителей символов, выход первого прореживателя соединен с вторыми входами первого и второго сумматоров по модулю два, причем вход генератора кода адреса является первым входом информационного канала, вход разделителя является вторым входом информационного канала, а третьи входы первого и второго уплотнителей символов объединены и являются третьим входом информационного канала, второй выход разделителя соединен с входом первого кодера, К каналов вызова, каждый из которых включает последовательно соединенные первый кодер, первый перемежитель и первый сумматор по модулю два, выход которого является первым выходом канала вызова, последовательно соединенные разделитель, второй кодер, второй перемежитель и второй сумматор по модулю два, выход которого является вторым выходом канала вызова, последовательно соединенные генератор кода адреса и прореживатель, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго сумматоров по модулю два, причем вход генератора кода адреса является первым входом канала вызова, а вход разделителя - вторым входом канала вызова, второй выход разделителя соединен с входом первого кодера, J каналов синхронизации, каждый из которых включает последовательно соединенные кодер и повторитель символов, причем вход кодера является входом канала синхронизации, а выход повторителя символов - выходом канала синхронизации, а также тактовый генератор, генератор несущей частоты и сумматор канальных сигналов, отличающийся тем, что общее число каналов передатчика равно L, где L=N+K+J, в схему каждого ℓ-го канала, где ℓ принимает значения от ℓ до L, дополнительно введены внутренний кодер, который включает в себя первый и второй кодеры, причем первый вход первого кодера является первым входом внутреннего кодера, а первый вход второго кодера - вторым входом внутреннего кодера, вторые входы первого и второго кодеров объединены и являются третьим входом внутреннего кодера, третьи входы первого и второго кодеров объединены и являются четвертым входом внутреннего кодера, четвертые входы первого и второго кодеров объединены и являются пятым входом внутреннего кодера, формирователь спектра сигнала канала, который включает последовательно соединенные первый сумматор по модулю два, второй сумматор по модулю два, сглаживающий фильтр, первый фазовый модулятор, сумматор и полосовой фильтр, выход которого является выходом формирователя спектра сигнала канала, а также последовательно соединенные третий сумматор по модулю два, четвертый сумматор по модулю два, второй сглаживающий фильтр и второй фазовый модулятор, выход которого подключен к второму входу сумматора, причем первый вход первого сумматора по модулю два является первым входом формирователя спектра сигнала канала, первый вход третьего сумматора по модулю два - вторым входом формирователя спектра сигнала канала, вторые входы второго и четвертого сумматоров по модулю два объединены и являются третьим входом формирователя спектра сигнала канала, второй вход первого сумматора по модулю два является четвертым входом формирователя спектра сигнала канала, второй вход третьего сумматора по модулю два - пятым входом формирователя спектра сигнала канала, второй вход первого фазового модулятора - шестым входом формирователя спектра сигнала канала, а второй вход второго фазового модулятора - седьмым входом формирователя спектра сигнала канала, а в схему передатчика дополнительно введены делитель частоты, вход которого подключен к выходу тактового генератора, генератор нелинейной маскирующей последовательности, вход которого соединен с выходом тактового генератора, генератор нелинейных ортогональных кодов, первый вход которого соединен с выходом тактового генератора, при этом выход ℓ-го формирователя спектра сигнала канала соединен с ℓ-м входом сумматора канальных сигналов, первый выход k-го информационного канала соединен с первым входом n-го внутреннего кодера, а второй выход k-го информационного канала - с вторым входом j-го внутреннего кодера, где n принимает значения от ℓ до N, первый выход j-го канала вызова соединен с первым входом k-го внутреннего кодера, а второй выход k-го канала вызова - с вторым входом k-го внутреннего кодера, где k принимает значения от N+1 до N+K, выход j-го канала синхронизации соединен с первым и вторым входами j-го внутреннего кодера, где j принимает значения от N+K+1 до N+K+J, первый выход ℓ-го внутреннего кодера соединен с первым входом ℓ-го формирователя спектра сигнала канала, а второй выход ℓ-го внутреннего кодера соединен с вторым входом ℓ-го формирователя спектра сигнала канала, третьи входы всех формирователей спектра сигнала канала объединены и подключены к первому выходу генератора нелинейной маскирующей последовательности, с которого подается нелинейная маскирующая последовательность, четвертый вход ℓ-го формирователя спектра сигнала канала соединен с ℓ-м выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, пятый вход ℓ-го формирователя спектра сигнала канала соединен с (L-ℓ+1)-м выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, шестые входы всех формирователей спектра сигнала канала объединены и соединены с первым выходом генератора несущей частоты, седьмые входы всех формирователей спектра сигнала канала объединены и соединены с вторым выходом генератора несущей частоты, третьи входы всех внутренних кодеров объединены и соединены с выходом делителя частоты, второй выход генератора нелинейной маскирующей последовательности, с которого подаются тактовые импульсы, осуществляющие цикловую синхронизацию, причем частота следования этих импульсов определяется периодом нелинейной маскирующей последовательности, соединен с вторым входом генератора нелинейных ортогональных кодов и с объединенными четвертыми входами всех внутренних кодеров, пятые входы всех внутренних кодеров объединены и соединены с (L+1)-м выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, выход сумматора канальных сигналов является выходом устройства.