Способ передачи дискретных сообщений с расширенной системой синхронизируемого шифрования и устройство для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК H03M7/00 H04B1/00 

Область техники. Изобретение относится к области радиотехники, средствам вычислительной техники, связи и системам помехоустойчивой скрытной передачи дискретных сообщений при наличии шумов с использованием конечного множества шумоподобных сигналов (ШПС).

Уровень техники. Известен способ передачи информации [1], в котором широкополосной несущей является случайный процесс, модулируемый путем изменения многомерной функции распределения вероятностей в соответствии с информационным сигналом. Принятая несущая на приемной стороне демодулируется путем измерения упомянутой многомерной функции распределения вероятностей. Недостатком способа является отсутствие возможности энергетически скрытной передачи информации и отсутствие оптимального обнаружения и различения сигналов при наличии (на фоне) шумов, следовательно, не обеспечена передача сигналов оптимальным образом.

Известен способ скрытной передачи информации [2]. Полезный сигнала преобразуется в двоичный код и посредством первого хаотического генератора формируется исходный детерминированный хаотический сигнал, осуществляется модуляция параметров хаотического сигнала этим полезным цифровым сигналом. Принятый сигнал воздействует на два хаотических генератора, которые выбраны с возможностью обеспечения обобщенной синхронизации с первым хаотическим генератором. Полезный сигнал нарушает синхронизацию одного из генераторов, что позволяет после вычитания сигналов первого и второго генераторов определить наличие этого полезного цифрового сигнала. Сигнал первого хаотического генератора перед передачей по каналу связи суммируют с шумовым сигналом генератора шума, существенно превышающим уровень сигнала самого хаотического генератора. Энергетическая скрытность обеспечивается. Недостатком способа является отсутствие возможности оптимального обнаружения и различения сигналов при наличии шумов оптимальным образом.

Известен способ приемопередачи дискретных информационных сигналов [3]. В способе реализовано отображение подлежащих передаче символов на возмущение физической среды и обнаружение этих возмущений в сигнально-шумовой смеси на приемной стороне, в качестве формируемых возмущений используются отрезки периодических колебаний протяженностью равной протяженности символов, передаваемых через среду распространения непосредственно либо используемые в качестве модулирующих сигналов. На приемной стороне сигнально-шумовую смесь разделяют на участки, производят оценку псевдоспектра полученных участков сигнально-шумовой смеси и в случае обнаружения псевдоспектрального пика выносят решение о наличии на данном участке переданного символа. Недостатком способа является отсутствие возможности энергетически скрытной передачи данных по каналу связи, так как сигналы для анализа псевдоспектра на приемной стороне должны иметь достаточный уровень. Кроме того не обеспечена передача сигналов оптимальным образом из-за отсутствия оптимального обнаружения и различение сигналов при наличии шумов.

Известна когерентная система передачи информации [4]. В качестве ШПС с широким спектром используется конечное множество хаотических сигналов. Система содержит передающую и приемную стороны. На передающей стороне формируются хаотические сигналы, перемножаемые с информационной последовательностью так, что каждый бит передается своим отрезком хаотического сигнала, при этом требуется синхронизация этих сигналов на передающей и приемной сторонах. Копии хаотических сигналов для выделения информационной последовательности формируются с диска на приемной стороне. Обеспечена скрытность структуры сигналов. Недостатком аналога является необходимость обеспечения синхронизма хаотических сигналов на приемной и передающей сторонах, что требует использования сигналов достаточного уровня, но это приводит к отсутствию энергетической скрытности работы системы. Синхронизация требует также затрат времени, что снижает быстродействие системы, так как необходимо использовать ШПС с широким спектром, но чем шире спектр, тем больше время обнаружения и синхронизации. В данном случае когерентность системы означает лишь наличие синхронизации хаотических сигналов на передающей и приемной сторонах и не обеспечивает оптимальность обработки сигналов (обнаружение и различение) при наличии шумов. Отсутствует возможность варьирования несущих сигналов на передающей стороне.

Аналогом выбран также способ передачи дискретных сообщений и система для его осуществления [5, с. 16, 17]. Способ состоит в том, что на интервале, соответствующем входному сигналу равному "1", формируется код Баркера (КБ), а на интервале, где сигнал источника информации (ИИ) равен "0" используется инвертированный по фазе КБ. В результате получается последовательность ШПС в виде КБ (каждый из них инвертирован либо нет), переносящая информационные символы. Промодулированные колебания излучаются в пространство (физическую среду канала связи). В приемнике реализуется синхронный прием. После окончания поиска последовательности КБ и вхождения в синхронизм формируется информационная последовательность в виде двоичных символов, которая передается на выход, получателю информации (ПИ).

Система построена и работает на основании изложенного способа. Двоичные информационные символы переносятся на КБ. Полученные сигналы усиливаются по мощности усилителем и через антенну излучаются в пространство (передаются по каналу связи). Дальнейшая работа системы изложена в способе.

Недостатками способа и системы является необходимость поиска и синхронизации сигналов в передатчике и приемнике, что снижает быстродействие системы в целом. Перед передачей сигналов сообщения требуется затратить время на подготовку, причем, чем выше энергетическая скрытность системы, тем меньше мощность сигнала на входе, тем большее время обнаружения требуется для поиска и синхронизации сигналов [5, с. 9]. Вместе с этим не эффективно используется рабочая полоса частот. Главным недостатком следует считать отсутствие возможности варьирования кодов ШПС.

Прототипом выбран способ и система [6]. Способ состоит в том, что последовательность импульсов длительностью Т, соответствующих двоичным числам ("1" и "0"), поступающих на вход от ИИ, группируется в блоки. Каждому блоку ставится в соответствие один из заранее выбранных ШПС, обладающих необходимыми корреляционными свойствами. Как и в аналоге [5], здесь создается и передается на приемную часть последовательность ШПС. Каждый из сигналов этой последовательности идентифицируется и запускает соответствующие блок двоичных сигналов. Эти выходные сообщения передаются ПИ. Система в прототипе построена и работает на основании изложенного способа и содержит преобразователь входных дискретных сообщений, генератор ШПС, канал связи, согласованные фильтры, решающие устройства, формирователь выходных дискретных сообщений. Недостатками способа и системы прототипа является отсутствие возможности оперативного варьирования кодов ШПС на временных интервалах в широких пределах.

В системах передачи дискретных сообщений элементами сообщений являются логические "1" и "0", а в вычислительных системах данные представляются в виде байтов, для чего применяют импульсы разной полярности "±1".

Краткое изложение сущности заявленных способа и устройства. Пусть на входе системы, для примера, имеются элементы дискретных сообщений в виде логических " 1" либо "0". Существует g=2 различных ШПС (обозначены S₁, S₂) для каждого из которых уровень боковых пиков (УБП) автокорреляционной функции (АКФ) не более положительного числа R, а значения УБП взаимной корреляционной функции (ВКФ) этих ШПС не более положительного числа W. Каждому импульсу "1" ставится в соответствие S₁, а любому импульсу "0" - S₂. Эти ШПС энергетически скрытно, оптимальным способом передаются на приемник. С помощью двух согласованных фильтров (СФ) переданные по каналу связи (КС) сигналы различаются [5, с. 158, 159] благодаря наложенным ограничениям на УБП АКФ и ВКФ. На выходах разных СФ и пороговых устройств формируются импульсы, обозначающие, что приемником приняты сигналы S₁ либо S₂. Эти импульсы запускают соответственно либо формирователь "1" либо формирователь "0" и на выходе приемника воспроизводятся переданные для получателя сигналы.

Этот подход применим для случая, когда входное дискретное сообщение разбивается на группы, блоки, например, по восемь импульсов (стандартные байты). Каждому блоку в виде байта соответствует одно из чисел 0, …, 255 (всего g1=256 числовых значений для всех элементов системы кодирования). Требуется использовать g=256 ШПС (обозначены как S₁, S₂, …, S_g) с указанными ограничениями на УБП, которые взаимнооднозначно сопоставлены блокам в виде байтов с теми же числовыми значениями. Это реализуется блоком коммутаторов, который осуществляет подключение импульсов запуска к входам формирователей ШПС в соответствии с ключами шифрования кодов. Полученные ШПС энергетически скрытно, оптимальным способом, передаются на приемную часть, где происходит обнаружение и различение принятых сигналов на фоне шумов в силу ограничений на УБП АКФ и ВКФ. С помощью блока переключателей, управляемого ключами дешифрования, осуществляется подключение сигналов распознавания ШПС к формирователям выходных дискретных сообщения, в результате реализуется восстановление соответствующих байтов, которые передаются ПИ.

Требуемые для работы g=256 ШПС выбираются из более обширного списка (формуляра) подходящих сигналов, включающего сигналов. Правило выбора требуемого количества сигналов из числа имеющихся в формуляре определяет порядок шифрования кодов, задаваемый пользователем.

Вместе с этим указанные операции реализуются на ограниченных временных интервалах, названных слотами. Соответствие между числовым значением блока и номером ШПС из определенного набора (формуляра), который ставится ему в соответствие, задается правилом (кодом шифрования), определяемым пользователем. На разных слотах блокам задаются различные номера ШПС, реализуется кодирование номеров кодов. На приемной стороне так же в течение слота осуществляется указанная процедура восстановления дискретных сообщений. Формирование ключей шифрования и дешифрования синхронизируется при запуске заявленного устройство. Интервалы постоянства ключей (слоты) выбираются достаточно короткими, возможный доступ к данным на одном из слот не означает наличие доступа на других слотах, длительности которых непостоянны и фактически также могут кодироваться.

Таким образом, обеспечена скрытная передача с повышенным быстродействием благодаря отсутствию необходимости в синхронном приеме сигналов, конструкция упрощается из-за отсутствия системы поиска сигналов.

Первоначально требуется выбрать символы и определить их количество g1 в системе кодирования. В общем случае в заявленном способе элементы дискретных сообщений могут группироваться не только по одному или по восемь, но и на произвольное количество импульсов g2, причем (округление в большую сторону до ближайшего целого числа), где g1 - количество символов в системе кодирования, g2 - количество элементов (импульсов, бит) дискретных сообщений в блоках.

Скрытность передачи сигналов означает [5, с. 8, 9], что требуется использовать специальные методы и устройства для обнаружения факта передачи сигналов при наличии шумов, а также нужно измерять основные параметры сигналов. Оптимальность обработки сигналов при наличии шумов остается справедливой и в условиях наличия широкого круга помех (узкополосных, импульсных, структурных) [5, с. 7].

В качестве ШПС могут использоваться, например, R-коды [7, 8] и сигналы на их основе, являющиеся разновидностью ФМС.

Некоторые сведения о R-кодах и ансамблях. Необходимые сведения представлены в прототипе [6]. ФМС на основе кодов, у которых АКФ в области боковых пиков изменяется в пределах ±R (0≤R≤N-1, R-целое), названы сигналами R-го рода (ФМС-R) [7]. Множество из g кодов соответствующее таким сигналам, названо R-кодами (это бинарные коды, у которых АКФ в области боковых пиков изменяется в пределах ±R, то есть R - наибольшее допустимое значение боковых пиков модуля АКФ). Для немногочисленных КБ R=1. Наибольшее значение модуля АКФ таких N-элементных кодов обозначено u_m и u_m=N, относительный уровень боковых пиков АКФ равен B₁=R/N. База ФМС равна В=N, энергия сигнала Е_с прямо пропорциональна N, то есть u_m пропорционально Е_с. Признаком шумоподобности сигнала является верность условия, что база велика (В>>1) [5]. Пары кодов характеризуются наибольшим значением модуля ВКФ, обозначенным W(1≤W≤N-1, W - целое). Справедливо:

ФМС-R на основе бинарных R - кодов являются импульсными сигналами. Для оптимального обнаружения и различения между собой этих кодов и сигналов при наличии шумов используются известные способы и схемы (СФ и корреляторы) [5].

Некоторые совокупности ШПС обладают определенными свойствами, которые позволяют рассматривать их совместно, как ансамбли для построения алфавитов. В работах [9-11] рассмотрены вопросы нахождения R-кодов.

Символом Т обозначена длительность каждого из N радиоимпульсов ФМС-R. Начальные фазы могут быть равны 0 или π (180°), а коды принято представлять последовательностью коэффициентов соответственно (+1,-1), например, (1,-1,-1,-1,-1,1) для N=6; R=2. В общем случае начальные фазы радиоимпульсов могут быть равны ϕ₀+0, когда коэффициент кода равен (+1), или ϕ₀+π, в случае, когда коэффициент кода равен (-1), где ϕ₀ - фиксированная составляющая указанной начальной фазы (главное, что разность фаз равна 0 или π).

Далее сигналами на основе бинарных кодов считаются такие ШПС, которые состоят из радиоимпульсов, с начальными фазами равными (ϕ₀+0) либо (ϕ₀+π), причем на изменения амплитуд и частот радиоимпульсов ограничения не накладываются, а введены ограничения на УБП АКФ и ВКФ.

Ансамблем названо множество кодов с введенными ограничениями на УБП АКФ и ВКФ. Например, для кодов с R=3, N=30, W≤29, g=256:

Ограничения на УБП АКФ и ВКФ сформулированы аналитически [7, 8]. В моменты t_k=k⋅Т, где k=1, …, N-1, отсчитываемые от начала АКФ (k=0), величины модуля АКФ принимают экстремальные или нулевые значения и при k=N равны N.

Значения модуля ВКФ пар кодов ансамбля с индексами "х" и "у" рассмотрены в моменты t_k=k⋅Т, отсчитываемые от начала ВКФ. Коды ансамбля с ограничениями на УБП АКФ и ВКФ представлены в [7-11] и в прототипе [6].

Коды ансамбля с указанными корреляционными свойствами являются частным случаем ШПС, обозначены S₁, S₂, …, S_g и вырабатываются генератором ШПС. Параметры N, R, W и g взаимозависимы.

При передаче дискретных сообщений в информатике и компьютерной технике каждый байт соответствует определенному символу системы кодирования. Если каждому символу и соответственно байту поставить в соответствие код из ансамбля, то получится алфавит.При использовании известной системы кодирования ASCII (American Standard Code for Information Interchange-стандартный код информационного обмена) [12], состоящей из g1=256 символов, требуется ансамбль кодов такой же численности g=g1 [9-11]. Символам соответствуют числовые значения, изменяющиеся от 0 до 255. В общем случае для системы кодирования из g1 символов требуется использовать элементов (бит, импульсов) в каждом блоке. Для системы кодирования из двух символов (g1=2) блок состоит из единственного элемента (g2=1), принимающего два значения, требуется ансамбль из двух кодов. Система кодирования может определять также соответствие уровней произвольного сигнала в определенные моменты времени и их кодовые значения в виде байтов или блоков.

Пользователь (получатель) может создать систему кодирования по своему усмотрению, включив туда в качестве элементов не только разнообразные символы, но и их сочетания, например, слоги, слова, предложения, мультимедийные файлы.

Некоторые термины, использованные для упрощения описания.

Алфавит - взаимно-однозначное соответствие между элементами системы кодирования и кодами или сигналами, составляющими ансамбль.

Ансамбль - множество бинарных кодов или импульсных сигналов на их основе, для которых введены ограничения на УБП АКФ (R) и ВКФ (W).

Сигналы на основе бинарных кодов - это импульсные сигналы, состоящие из радиоимпульсов, начальные фазы которых равны (ϕ₀+0) либо (ϕ₀+π), где ϕ₀ - фиксированная составляющая указанной начальной фазы, причем на изменения амплитуды и частоты радиоимпульсов требования не накладываются, для них введены ограничения на УБП АКФ и ВКФ. Если амплитуды и частоты постоянны, то имеются ансамбли ФМС-R.

Блок - набор конечного числа элементов дискретного сообщения.

Линганум - заданная пользователем функция (правило, таблица), определяющая взаимно-однозначное соответствие между множествами чисел (0; 1; …; g1-1) и множеством символов выбранной системы кодирования. ASCII - частный случай линганума.

Слот - временной интервал, для которого задаются ключи шифрования, дешифрования и прочие сигналы управления.

Формуляр - набор кодов, для которого задано взаимно-однозначное соответствие целых чисел по порядку от 1 до g3 и кодов ансамбля, например, при g3=259.

Функциональная группа - множество однотипных по назначению элементов, например, группа линий (линий групповой связи), проводников входов/выходов, устройств, выполняющих одинаковые операции (функции).

Перенумерование блоков (байтов) - изменение порядка следования элементов (бит), например, логических единиц и нулей, либо положительных и отрицательных логических единиц, входящих в блок (байт) так, чтобы числовое значение, определяемое элементами блока (байта), стало равным назначенному числу (ключу).

Замечание. Элементами дискретных сообщений, составляющих блоки, могут быть, логические единицы и нули, либо положительные и отрицательные логические единицы. Числовые значения блоков определяются последовательностью элементов, которые рассматриваются в качестве цифр двоичной системы исчисления, причем, если элементами выбраны положительные и отрицательные логические единицы, то при подсчете числовых значений блока отрицательные логические единицы заменяются на нули.

Сортировка - операция преобразования одной конечной последовательности числовых значений в другую так, что индексы порядковых номеров элементов исходной последовательности уменьшаются на единицу и меняются местами с значениями элементов этой последовательности, порядковые номера новой числовой последовательности увеличиваются на единицу и элементы полученной последовательности со своими измененными порядковыми номерами расставляются в порядке возрастания этих номеров.

Сортировка используется для определения линганума восстановления дискретных сообщений и ключей дешифрования исходя из вида линганума и ключей шифрования, что позволяет при дешифровании использовать такие же операции и схемы.

Порядок сортировки определяется тем, что величины первоначальной последовательности надо поменять на новые, а также учесть, что эти величины и их индексы различаются на единицу (например, в ASCII индексы варьируются как 1, 2, 3, …, а числовые значения символов изменяются по возрастанию 0, 1, 2, …). Для этого величины индексов первоначальной последовательности перед указанной заменой уменьшаются на единицу, а индексы новой последовательности должны быть увеличены на единицу.

Пример проведения однооперационной (однократной) сортировки. Задана первоначальная последовательность , записанная с учетом порядкового номера и значения элементов, с использованием знака соответствия "→". То есть (порядковый номер (первоначальное значение → новое значение)): Возможна иная запись: (элементов g1=6, а их значения изменяются от 0 до g1-1=5). Сортировка для определения искомой последовательности: уменьшение индекса порядкового номера на единицу - замена местами индексов и значений - увеличение индексов новой последовательности на единицу - расстановка элементов в порядке возрастания индексов - Иная запись через знак соответствия для проведения проверки: Видна однозначная взаимосвязь полученного результата с первоначальной последовательностью, представленной выше через знак соответствия (перенумерования) "→".

Первоначальная последовательность определяет операцию установления взаимно-однозначного соответствия конечного множества числовых значений (элементов последовательности) и набора индексов, использованных для нумерации.

Для второго примера считаем, что есть g3=10 чисел от 0 до g3-1 (то есть 0, …, 9), из которых выбирается g1=6 различных значений и создается, к примеру, последовательность (индексы изменяются от 1 до g1=6). Через знак соответствия это можно представить в виде: Операции сортировки: то есть Сверка элементов подтверждают верность результата операции сортировки. Значения индексов последовательности, полученной после сортировки, изменяются в более широких пределах, от 1 до g3=10, некоторые значения элементов вводить не требуется, хотя их общее количество (g1=6) неизменно. Это можно записать так, что индексы g1 элементов изменяются в интервале Элементы с пропущенными индексами не задаются, подразумевается наличие пробела.

Представление операции шифрования путем перенумерования байтов. Осуществляется операция, связанная с изменением нумерации кодов ШПС, используемых для передачи данных. Система кодирования может быть разной на варьируемых слотах, число элементов обозначено g1_d, d=1, 2, …, D. Шифрование номеров заключается в том, что по некоторому известному пользователю правилу на любом d-м слоте выбирается лишь часть кодов (g3 - количество кодов или сигналов на их основе в формуляре, который одинаков для всех слот, d=1, 2, …, D). Устанавливается взаимно-однозначное соответствие между этой частью выбранных из ϕ₀рмуляра кодов (они далее передаются по каналу связи) и блоками (байтами) дискретных сообщений. В результате задается порядок соответствия значений блоков (байтов) и номеров кодов из ϕ₀рмуляра, что конкретизируется ключами шифрования номеров кодов:

последовательность варьируемых значений в двоичном и десятичном представлении (выписаны первые два и последний блоки) для любого из d=1, 2, …, D слот, каждое значение в скобках является одним из целых положительных чисел от 0 до (g3-1), используемым при составлении этой последовательности лишь однажды (g1_d - количество символов в выбранной на d-м слоте системе кодирования, например, для четырех слот:

- последовательность ключей шифрования систем кодирования для различных слот;

- окончание d-го слота длительностью

- последовательность ключей шифрования длительностей слот;

t_D - сумма Λ_d длительностей всех D слот;

g2_d - количество бит в блоке на d-м слоте;

g3 - количество кодов или сигналов на их основе в формуляре;

t₀, t_D - начальное и конечное значения первого и последнего слота. Для двоичной системы представления принимают значения логических "1" или "0" и задают в (1) i-й бит j-го блока ключей шифрования кодов на d-м слоте. На фиг. 1(a) графически представлены слоты различной длительности для ключей шифрования сообщений и номеров кодов. Введено обозначение: g1_m - наибольшее количество элементов среди выбранных систем кодирования (в данном выше примере g1_m=g1₃=256). Если на всех слотах используется одна система кодирования, то g1=g1_d, d=1, 2, …, D.

Часть чисел, определяющих номера кодов, остаются неиспользованными (из возможных g3 значений номеров кодов из ϕ₀рмуляра применяется лишь величин по количеству символов в системе кодирования). Для двоичной системы счета задает i-й бит j-го байта на d-м слоте. По аналогии с примером для индексы элементов в формулах (1) для каждого слота изменяются от 1 до g1_d; максимальное числовое значение может быть равным (g3-1).

Значения последовательности M(t) произвольно задаются пользователем, ϕ₀рмируются одноименным генератором, определяют величины ключей шифрования номеров кодов ШПС, которые передаются на вход канала связи.

Введено обозначение входных данных для каждого d-го слота:

входные данные в двоичной и десятичной системе (записаны первые два блока). Для любого слота выходные данные после восстановления обозначены:

выходные данные в двоичной и десятичной системах (приведены первые два блока).

Эти значения можно получить посредством ключей дешифрования в результате сортировки ключей шифрования по изложенным выше правилам.

Полученные на приемной стороне ШПС обнаруживаются и ϕ₀рмируются индивидуальные для каждого кода сигналы распознавания, которые переключаются по ключам дешифрования и с помощью ϕ₀рмирователя выходных дискретных сообщений реализуется регенерирование соответствующих блоков (байт), зашифрованных ключами шифрования M(t). Эти блоки обозначены следующим образом:

блоки дискретных сообщений после операции шифрования номеров кодов на d-м слоте в двоичной и десятичной системах, записаны первые два блока (байта);

i, j, d - индексы нумерации бит, байтов, слот.

Элементы Х°, как и ключи шифрования кодов в формуле (1), принимают значения целых положительных чисел из интервала причем все они различны. Значения последовательности Х° являются исходными сигналами процедуры восстановления дискретных сообщений посредством ϕ₀рмирователя выходных дискретных сообщений. Операция шифрования свершается согласно ключам шифрования по правилам:

где - индексы нумерации блоков и слот;

- значение j-го блока входных дискретных сообщений на d-слоте;

- значение j-го блока после шифрования номеров кодов на d-слоте;

- последовательность значений ключей, ϕ₀рмируемых генератором ключей шифрования кодов на d-слоте;

g1_d - количество символов в выбранной системе кодирования на d-слоте;

g3 - количество выбранных шумоподобных сигналов, размещенных в формуляре.

Выражение (5) определяет операцию шифрования (выбора пользователем) номеров кодов.

На приемной стороне для каждого слота элементы последовательности не только определяю номера входов блока переключателей, но также обуславливают порядок операции переключения входов ϕ₀рмирователя выходных дискретных сообщений согласно ключам дешифрования. Ключи дешифрования, например, можно задать в виде элементов последовательности:

последовательность варьируемых значений ключей дешифрования в двоичном и десятичном представлении (выписаны первые два и последний блоки) для любого из d=1, 2, …, D слот, каждое значение в скобках является одним из целых положительных чисел от 0 до (g1_d-1), используемым при составлении последовательности один раз;

g1_d - количество символов в выбранной системе кодирования на d-м слоте;

- момент времени окончания d-го слота длительностью

- последовательность ключей шифрования длительностей слот;

t'_D –сумма длительностей всех D слот;

t'₀, t'_D - начальное и конечное значения первого и последнего слота.

Для двоичной системы представления элементы в (6) задают i-й бит j-го байта для d-го слота. На фиг. 1(а, б) графически представлены слоты различной длительности для ключей шифрования и дешифрования номеров кодов. Часть чисел, определяющих номера кодов, остаются неиспользованными (из возможных g3 значений номеров из ϕ₀рмуляра применяется g1=g≤g3 величин по количеству символов в системе кодирования). По аналогии с приведенным примером для индексы элементов изменяются от 1 до g1_d; максимальное числовое значение может быть равным (g3-1), наибольшая величина индекса равна g1_d. Верно соотношение:

Дешифрование реализовано посредством устройства управления переключателями и блока переключателей. Значения M(t) произвольно задаются пользователем и определяют величины ключей шифрования номеров кодов, для получения которых применен одноименный генератор. Ключи дешифрования M'(t) определяются в результате сортировки ключей шифрования, ϕ₀рмируются соответствующим генератором. Представленные соотношения позволяют реализовать приведенные ниже в способе операции ϕ₀рмирования выходных дискретных сообщений через ключи дешифрования. Выходные сигналы заявленного устройства на d-м слоте получаются с учетом ϕ₀рмул (1), (6) по правилам:

или

операции дешифрования на d-м слоте путем замены числовых значений, где - индекс нумерации блоков (байтов) и слот;

- значение j-го блока (байта) до дешифрования номеров кодов на d-м слоте; - значение j-го блока (байта) выходных дискретных сообщений на d-м слоте;

- последовательность значений ключей дешифрования на d-м слоте.

Замечание. Система названа расширенной, так как есть возможности выбора для любого d-го слота количество g1_d ШПС из большего числа кодов ϕ₀рмуляра.

Для реализации операций способа используются элементы заявленного устройства, имеющие несколько входов либо выходов, для которых с целью удобства изложения введена следующая нумерация. Блок коммутаторов - первые входы соединены с выходами преобразователя входных дискретных сообщений; вторая группа входов соединена с функциональными группами выходов блока управления коммутаторами; Блок переключателей - первые входы соединены с выходами решающего устройства; вторая группа входов соединена с функциональными группами выходов блока управления переключателями; Программатор слот - первый выход тот, что соединен с первым выходом генератора слот и третьим выходом синхронизатора; второй выход тот, что соединен с вторым выходом генератора слот и вторым выходом синхронизатора, а первый выход синхронизатора подключен к входу генератора слот.

Сущность изобретения. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение способа и устройства для его осуществления, является обеспечение дополнительной защищенности дискретных сообщений от внешних воздействий при их передаче по каналу связи. Поставленная задача решается за счет того, что в способ передачи дискретных сообщений с расширенной системой синхронизируемого шифрования, которые состоят из элементов в виде логических единиц и нулей, либо из положительных и отрицательных логических единиц, включающий на передающей стороне группирование последовательно следующих элементов входного дискретного сообщения в блоки и преобразование одного вида блоков дискретного сообщения в шумоподобный сигнал и преобразование элементов иного вида блоков этого дискретного сообщения в другой шумоподобный сигнал, передачу этой последовательности сигналов по каналу связи, осуществление приемопередачи шумоподобных сигналов с последующим проведением на приемной стороне операции их согласованной фильтрации, сравнение полученного сигнала с пороговым уровнем, как новые признаки введены такие операции, как

выбор последовательности длительностей слот

выбор g1_d разных элементов систем кодирования дискретных сообщений для каждого слота, составляющих последовательность элементы каждой из систем кодирования дискретных сообщений нумеруются числовым значением α_d, которое может изменяться от нуля до (g1_d-1),

создание блоков из дискретных сообщений слота, каждый блок имеет длительность Т_б, в нем размещается по g2_d элементов дискретных сообщений, где с округлением в большую сторону до ближайшего целого числа или

задание параметру g2_d величины, равной количеству элементов в блоке входного шифрованного дискретного сообщения или сообщения с избыточным кодированием, при этом где

введение соответствия между числовым значением α_d каждого элемента выбранной системы кодирования и каждым вариантом набора сгруппированных в блоки элементов дискретных сообщений,

выбор g3≥g1 разных шумоподобных сигналов, уровень боковых пиков автокорреляционной и взаимной корреляционной функций которых не более положительных чисел R и W соответственно, где R и W - числа, меньшие наибольшего значения u_m модуля автокорреляционных функций этих шумоподобных сигналов,

нумерация выбранных шумоподобных сигналов последовательно целыми числами от 1 до g3 и расположение их в формуляре,

составление ключей шифрования номеров кодов для каждого слота в виде последовательности так что значение А любого элемента этой последовательности, задаваемое пользователем, равно уменьшенному на единицу порядковому номеру одного из шумоподобных сигналов из ϕ₀рмуляра, А является одним из целых положительных чисел от 0 до (g3-1), которое используется лишь однажды, g1_d - количество символов в системе кодирования на d-м слоте, g3 - количество шумоподобных сигналов в формуляре, определение ключей дешифрования для каждого слота в виде элементов последовательности любое значение которой является одним из целых положительных чисел от 0 до (g1_d-1), используемым лишь однажды, причем

элементы последовательности М' получены так, что порядковые номера j-x элементов последовательности ключей шифрования уменьшаются на единицу и меняются местами с значениями элементов этой последовательности, порядковые номера этой новой созданной числовой последовательности увеличиваются на единицу и элементы полученной последовательность со своими измененными порядковыми номерами расставляются в порядке возрастания этих номеров,

установление для каждого слота взаимно-однозначного соответствия между любым блоком входных дискретных сообщений с числовым значением α_d и одним из шумоподобных сигналов из ϕ₀рмуляра с номером обозначенным S_A+1,

расположение каждого из выбранных шумоподобных сигналов в пределах интервала Т_б, следующего за интервалом, где расположен блок, которому поставлен в соответствие подобающий для рассматриваемого слота шумоподобный сигнал,

создание последовательности из выбранных указанным образом шумоподобных сигналов S_A+1, которая соответствует последовательности блоков из сгруппированных на рассматриваемом слоте элементов входных дискретных сообщений,

передача последовательности шумоподобных сигналов, соответствующей каждому слоту, через среду распространения канала связи непосредственно либо с использованием в качестве модулирующих сигналов,

осуществление согласованной фильтрации принятой последовательности, соответствующей любому слоту всеми g3 различными оптимальными фильтрами, каждый из которых согласован с одним из шумоподобных сигналов, включенных в ϕ₀рмуляр, сравнение для каждого слота выходных сигналов согласованных фильтров с соответствующим пороговым уровнем U_п, который должны быть меньше наибольших значений на выходе согласованных фильтров, когда на входе фильтра имеется ШПС, с которым согласован этот фильтр, вместе с тем пороговые уровни U_п выбираются больше наибольшего из чисел R и W,

проверка превышения каждым сигналом, полученным после выполнения согласованной фильтрации принятых ШПС, относящихся к рассматриваемому слоту и имеющим А+1-й порядковый номер в формуляре, значения соответствующего порогового уровня U_п и в случае такого превышения

формирование сигналов распознавания имеющих значение "1" и индекс А+1, где индекс определяет порядковый номер А+1 принятого на рассматриваемом слоте шумоподобного сигнала, при этом, все прочие значения сигналов распознавания равны "0", составление последовательности сигналов распознавания принятых блоков на рассматриваемом слоте, при этом каждый из сигналов распознавания является элементом последовательности всех сигналов распознавания шумоподобных сигналов из формуляра,

изменение в соответствии с ключами дешифрования значений и индексов сигналов распознавания являющихся элементами на один из сигналов со значением "1" и индексом С+1, являющимся элементом последовательности также С - измененное в соответствии с ключами дешифрования значение уменьшенного на единицу номера шумоподобного сигнала, вместе с этим замена в соответствии с ключами дешифрования величин индексов А на значения С определяет значения выходных дискретных сообщений для получения которых

составляется последовательность целых положительных чисел

элементы которой соответствуют ключам шифрования:

где - индексы нумерации блоков и слот;

- значение j-го блока входных дискретных сообщений на d-слоте;

- значение уменьшенного на единицу номера шумоподобного сигнала, поставленного в соответствие j-му блоку после шифрования номеров кодов на d-слоте;

- последовательность значений ключей шифрования кодов на d-слоте;

g1_d - количество символов в выбранной системе кодирования на d-слоте;

g3 - количество выбранных шумоподобных сигналов, размещенных в формуляре, осуществление синхронизации операций ϕ₀рмирования ключей шифрования блоков L_d, ключей шифрования номеров кодов и ключей дешифрования на каждом d-м слоте с учетом режима работы, так чтобы t₀=t'_D,

реализуется проведение на каждом слоте восстановления блока дискретных сообщений путем изменения расположения элементов последовательности так что целые положительные числа Х°, заменяются на заданные ключами дешифрования целые положительные числа, что определяет величины последовательности элементов выходных дискретных сообщений Х_вых, которые выбирается так, что если - индекс нумерации блоков, - ключи дешифрования для каждого d-го слота, а также выполняется передача восстановленных на любом слоте дискретных сообщений на выход.

Предложенный способ проиллюстрирован рисунками на фиг.1-3.

Пояснение на примере. Пусть имеется входной блок с числовым значением α=20, которому в соответствии с ключами шифрования кодов ставится в соответствие десятый ШПС из формуляра. После согласованной фильтрации ϕ₀рмируется сигнала распознавания шумоподобного сигнала с номером А+1=10, на десятом входе переключателя. Переключатель по ключам дешифрования трансϕ₀рмирует сигнал десятого входа на свой двадцать первый выход, с которого запускается блок дискретных сообщений, соответствующий значению α=20 (номера выхода больше значения на единицу), то есть блоки элементов входного дискретного сообщения однозначно восстанавливается на выходе. Подсчет числовых значений блоков, состоящих из элементов "±1", возможен, если логическую "-1" заменить на ноль.

Замечания: 1) При наличии сигнала распознавания по ключам дешифрования кодов возможна реализация перекоммутации входов ϕ₀рмирователей выходные дискретных сообщений, которые ϕ₀рмируют выходные сигналы, либо допустимо ϕ₀рмирование нерасшифрованных дискретных сообщений, которые перенумеруются в выходные сообщения по ключам дешифрования. В заявленной системе изложен первый подход; 2) Шифрование кодов означает шифрование выбора номеров ШПС из ϕ₀рмуляра; 3) Синхронизируемость системы означает осуществление требуемой одновременности ϕ₀рмирования ключей шифрования и дешифрования на всех слотах по сигналам программатора слот.

Решение задачи, на достижение которой направлено изобретение, реализуется за счет того, что устройство для осуществления способа передачи дискретных сообщений с расширенной системой синхронизируемого шифрования содержит преобразователь входных дискретных сообщений, генератор шумоподобных сигналов, канал связи, согласованный фильтр, решающее устройство, ϕ₀рмирователь выходных дискретных сообщений, вместе с тем

выход генератор шумоподобных сигналов подключен к входу канала связи, выход которого соединен с входом согласованного фильтра, выход согласованного фильтра подсоединен к входу решающего устройство, вход преобразователя входных дискретных сообщений соединен с входом заявленного устройства, выход ϕ₀рмирователя выходных дискретных сообщений соединен с выходом заявленного устройства, генератор шумоподобных сигналов ϕ₀рмирует различные шумоподобные сигналы, уровень боковых пиков автокорреляционной и взаимной корреляционной функций которых не более положительных чисел R и W соответственно, где R и W - числа, меньшие наибольшего значения u_m модуля автокорреляционных функций шумоподобных сигналов,

как новые признаки введены

блок коммутаторов, блок управления коммутаторами, генератор ключей дешифрования, генератор ключей шифрования кодов, блок переключателей, блок управления переключателями, программатор слот, причем

преобразователь входных дискретных сообщений содержит g1_m выходов, которые соединены соответственно с тем же количеством входов первой функциональной группы входов блока коммутаторов, вторая функциональная группа входов блока коммутаторов соединена с функциональной группой выходов блока управления коммутаторами, функциональная группа входов этого блока соединена с выходами генератора ключей шифрования кодов, функциональные группы выходов блока коммутаторов соединены с функциональной группой входов генератора шумоподобных сигналов, выходы согласованного фильтра составляют функциональную группу из g3 выходов, подключенных к такому же количеству входов решающего устройства, все g3 выходов решающего устройства подключенных к такому же количеству входов первой функциональной группы входов блока переключателей, вторая функциональная группа входов блока переключателей соединена с функциональной группой выходов блока управления переключателями, функциональная группа входов блока управления переключателями соединена с выходами генератора ключей дешифрования, функциональные группы выходов блока переключателей соединены с функциональной группой входов ϕ₀рмирователя выходных дискретных сообщений, при этом

первый выход программатора слот подключен к входу генератора ключей дешифрования, второй выход программатора слот соединен с входом генератора ключей шифрования кодов, g3 - количество введенных в ϕ₀рмуляр шумоподобных сигналов, g1_m - наибольшее количество элементов среди выбранных систем кодирования, кроме того генератор ключей шифрования кодов ϕ₀рмирует для каждого слота сигналы, соответствующие элементам последовательности (1),

генератор ключей дешифрования ϕ₀рмирует сигналы, соответствующие элементам ϕ₀рмулы (6) и находятся в результате сортировки последовательности (1),

формирователь выходных дискретных сообщений по сигналам блока переключателей Х° воспроизводит значения j-го блока (байта) выходных дискретных сообщений на каждом слоте где исходя из условий (7),

генератор шумоподобных сигналов представляет собой функциональную группу из g=g3 ϕ₀рмирователей кодов ансамбля шумоподобных сигналов или сигналов на их основе, у которых уровень боковых пиков автокорреляционной функции каждого сигнала не превышает R<u_m - наибольшее значение модуля автокорреляционных функций этих шумоподобных сигналов, уровень боковых пиков взаимной корреляционной функции каждого шумоподобного сигнала со всеми другими (g3-1) генерируемыми для каждого слота сигналами не превосходит W<u_m, R и W - положительные числа, вместе с тем,

все g3 входов ϕ₀рмирователей кодов ансамбля шумоподобных сигналов или сигналов на их основе являются входами функциональной группы этих ϕ₀рмирователей, выходы ϕ₀рмирователей кодов ансамбля шумоподобных сигналов или сигналов на их основе соединены параллельно и составляют выход функциональной группы этих формирователей;

блок коммутаторов содержит функциональную группу из g1_m коммутаторов, первые входы которых соединены с соответствующими входами первой функциональной группы входов блока коммутаторов, вторые входы этих коммутаторов представляют фукциональные группы, каждая из которых имеет g3 входов, подключенных к соответствующим входам вторых функциональных групп входов блока коммутаторов, все g3 выходов каждого из коммутаторов составляют функциональные группы и подключены к выходам блока коммутаторов;

блок управления коммутаторами содержит функциональную группу из g1_m ϕ₀рмирователей управления, входы которых соединены с входами блока управления коммутаторами (они связаны с соответствующими выходами генератора ключей шифрования кодов), выходы каждого ϕ₀рмирователя управления образуют функциональную группу из g3 выходов, соединенных с соответствующими выходами блока управления коммутаторами; согласованный фильтр представляет собой функциональную группу из g3 согласованных фильтров, входы которых соединены параллельно, импульсные отклики каждого из согласованных фильтров оптимальны одному из различных сигналов генератора шумоподобных сигналов, входы и выходы согласованных фильтров являются входами и выходами функциональной группы этих фильтров;

решающее устройство для анализа выходных сигналов каждого согласованного фильтра представляет собой функциональную группу из g3 решающих устройств, входы и выходы которых являются входами и выходами функциональной группы; блок переключателей содержит функциональную группу g3 переключателей, первые и вторые входы которых соединены с первой и второй группой входов блока переключателей, g1_m выходов каждого переключателя образуют функциональную группу выходов, соединенных с соответствующими выходами блока переключателей;

блок управления переключателями содержит функциональную группу g3 преобразователей управления, входы которых соединены с входами блока управления переключателями, выходы преобразователей управления составляют g3 функциональных групп, в каждой из которых имеется g1_m выходов, соединенных с выходами блока управления переключателями;

преобразователь входных дискретных сообщений содержит логическое устройство преобразователя и сопрягающее устройство преобразователя, вход сопрягающего устройства преобразователя соединен с входом заявленного устройства, выход сопрягающего устройства подключен к входу логического устройства преобразователя, выходы которого представляют собой функциональную группу g1_m выходов, соединенных с выходами преобразователя входных дискретных сообщений;

формирователь выходных дискретных сообщений содержит восстановитель элементов дискретных сообщений и сопрягающее устройство формирователя, входы восстановителя элементов дискретных сообщений соединены с функциональной группой g1_m входов формирователя выходных дискретных сообщений, выход восстановителя элементов дискретных сообщений подключен к входу сопрягающего устройства формирователя, выход которого соединен с выходом формирователя выходных дискретных сообщений и является выходом заявленного устройства;

программатор слот содержит генератор слот и синхронизатор, первый выход синхронизатора соединен с входом генератора слот, второй и третий выходы синхронизатора подключены соответственно к второму и первому выходам генератора слот и образуют выходы программатора слот.

Представленная совокупность существенных признаков позволяет получить технический результат и достичь цели изобретения, которые заключаются в повышении защищенности передачи дискретных сообщений за счет шифрования номеров кодов, используемых для передачи блоков по каналу связи на различных временных интервалах (слотах), в обеспечении энергетически скрытной и оптимальной передачи дискретных сообщений, в том числе при наличии шумов и помех.

Из структурной схемы устройства (фиг. 4) следует, что входным дискретным сообщениям (2) посредством ключей шифрования кодов (1), (6) ставятся во взаимнооднозначное соответствие ШПС, удовлетворяющие определенным корреляционным условиям. ШПС передаются по КС 5 на приемную сторону системы, где оптимальным образом обнаруживаются и распознаются, в результате формируются соответствующие сигналы распознавания. По этим сигналам происходит восстановление блоков (формула (3)) посредством ключей дешифрования (формула (6)) по правилам (7)), соответствующих входным сигналам (2).

Перечень фигур графического изображения.

Фиг. 1 - ключи шифрования и дешифрования на слотах разной длительности.

Фиг. 2 - рисунки, поясняющие способ передачи дискретных сообщений с шифрованием кодов в частном случае.

Фиг. 3 - рисунки, поясняющие способ передачи дискретных сообщений с шифрованием кодов в общем случае.

Фиг. 4 - структурная схема заявленного устройства.

Расшифровака обозначений: 1. Преобразователь входных дискретных сообщений; 2. Блок коммутаторов; 3. Блок управления коммутаторами; 4.Генератор ключей шифрования кодов; 5. Генератор ШПС; 6. Канал связи; 7. Согласованный фильтр; 8. Решающее устройство; 9. Блок переключателей; 10. Формирователь выходных дискретных сообщений; 11. Генератор ключей дешифрования; 12. Блок управления переключателями; 13. Программатор слот; 14. Сопрягающее устройство преобразователя; 15. Логическое устройство преобразователя; 16. Первый коммутатор; 17. k-й коммутатор, k=2, …, g1_m-1; 18. g1_m-й коммутатор; 19. Первый формирователь управления; 20. k-й формирователь управления, k=2, …, g1_m-1; 21. g1_m-й формирователь управления; 22. Первый переключатель; 23. k-й переключатель, k=2, …, g3-1; 24. g3-й переключатель; 25. Восстановитель элементов дискретных сообщений; 26. Сопрягающее устройство формирователя; 27. Первый преобразователь управления; 28. k-й преобразователь управления, k=2, …, g3-1; 29. g3-й преобразователь управления; 30. Генератор слот; 31. Синхронизатор.

Фиг. 5 - таблица значений ЛФ преобразователя.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

1. Логические функции, сортировка последовательностей.

1.1 Логическая функция преобразователя.

Способ и заявленное устройство позволяют передать входные сигналы (2) по каналу связи и получить выходные сигналы (3), что требует использовать логическую функцию (ЛФ), которая составлена на основании таблица истинности (фиг. 5) по правилам [13, с. 31; 14, с. 18]. Передача дискретных сообщений в частности базируется на использовании ЛФ преобразователя, управляющего работой логического устройства преобразователя. Получены соотношения и таблица значений, использованные при описании работы системы передачи дискретных сообщений. Рассмотрена ЛФ преобразователя входных дискретных сообщений, операции верны для всех слот, индекс слот не указан.

Для определенности, в частном случае, выбран вариант группировки дискретных сообщений по восемь элементов (побайтный вариант), что соответствует системе ASCII (g1=256). Представлена ЛФ, позволяющая при изменении числовых значений байтов от 0 до 255, получить на выходе значения логической "1" лишь для единственного набора этих числовых значений. Для ЛФ преобразователя, в котором использована эта ЛФ, такой результат означает, что из всех g1 выходов единичный сигнал для каждого байта с различным числовым значением формируется лишь на одном из выходов, а на всех других выходах он равен нулю. Полученный на одном из выходов сигнал запускает требуемый формирователь генератора ШПС.

ЛФ преобразователя состоит из компонент которые требуется использовать для получения импульсов запуска генератора ШПС. Каждому входному блоку (байту) соответствует число, которое обозначено Требуется получить импульс (соответствующие значения ЛФ отмечены на фиг. 5 как "1") только на выходе из всех имеющихся g1=256 выходов (значение и номер по порядку различаются на единицу), а на остальных выходах должно формироваться значение "0". Полученный сигнал позволяет далее с помощью генератора ШПС сформировать только ШПС из всех возможных g1=256 вариантов. То есть, если на входе имеется байт, например, соответствующий десятичному числу 184, то ЛФ позволит сформировать импульс "1" лишь на выходе, что позволяет получить требуемый 185-й ШПС из формуляра.

В таблице фиг. 5 введены обозначения: - аргументы из формул (2), j - индекс варьирования по строкам; - компоненты ЛФ этих аргументов, причем значение ЛФ равно "1" только для набора аргументов а для остальных вариантов сигнал равен "0". Для простоты указано лишь несколько числовых значений. В первой колонке - номера по порядку, в колонках два… десять - десятичные величины а и двоичные числовые значения бит множества байтов, соответствующие символам системы ASCII. В других колонках - требуемые значения ЛФ.

Если сигнал есть на первом выходе устройства, реализующего ЛФ, то на всех других выходах функция и сигнал равны нулю, если сигнал на втором выходе, то на всех других выходах сигнал равен нулю и так далее ( лишь для n-го байта, n=l, …, g1). Применяя известные правила [13, с. 31; 14, с. 18], получим компоненты ЛФ. Например:

где j=1, 2, … - индекс нумерации байтов;

символ (*) - операция инверсии.

Если подставить двоичные значения чисел из колонок 3…10 фиг. 5 последовательно, например, для j=1,185,256 (то есть, когда α и в формулы (8), то получим соответственно в первом случае (другие компоненты равны нулю), во втором варианте (прочие компоненты нулевые), для третьего набора отлична от нуля лишь Эти величины определяют ЛФ управления формирователями ШПС, которая используется в логическом устройстве преобразователя.

В общем случае, как указано в способе, в любом блоке дискретных сообщений каждого слота содержится g2 элементов (импульсов), для передачи требуется g=g1 ШПС из формуляра, рассмотренные ЛФ будут содержать такое же количество компонент.

1.2 Операция сортировки.

При восстановлении данных применяются ключи дешифрования (6), числовые значения которого являются результатом проведения сортировки ключей шифрования (1). Вариант операции, справедливой для любого слота (индекс слота фиксирован и не указан), представлен на примере:

Например, элемент j=55 из (9), равный десятичному числу M_55,d=54 (значения и индексы в исходной последовательности различаются на единицу), перенумеруется в число 250. Справедлива также запись:

Восстановление путем дешифрования происходит в обратном порядке. Требуется первые и вторые числа поменять местами (либо изменить направление стрелок знака соответствия "→") и провести сортировку (перестановку, изменение порядка записи) этих пар чисел так, чтобы ставшими после перестановки первыми числа (левые) возрастали.

На основании изложенной процедуры сортировки получим пошаговые результаты выполнения операций построения последовательности без индекса d:

- уменьшение индексов j на единицу;

- замена индексов и значений местами;

- увеличение индексов в новой последовательности на единицу и расстановка элементов по возрастанию индексов.

Следовательно, ключи дешифрования без указания индекса слот имеют вид:

Показана общая процедура сортировки для построения ключей дешифрования (10). В частном случае последовательностям М_d и M'_d, соответствуют ключи шифрования (9) и дешифрования (10) для d-го слота. В случае блоков, когда g1≤g3 (например, g1=256, g3=259) все операции проводятся аналогично для всех слот.

2. Пример формуляра ШПС.

Приведен пример формуляра, в качестве ШПС избраны ФМС в виде R - кодов и сигналов на их основе, например, причем коды с номерами 1…256 представлены в прототипе [6], а в данном расширенном формуляре указанные коды изложены выборочно и к ним добавлены коды с номерами 257…259.

Наибольшее значение АКФ любого сигнала определяется его энергией [5]. В тоже время модули пиковых значений ВКФ всегда меньше наибольшего значения АКФ. Это позволяет посредством операции согласованной фильтрации выбранного (внесенного в формуляр) множества любых различающихся по параметрам ШПС [5] осуществить их обнаружение и различение. Применительно к ФМС, в частности, к R - кодам и сигналам на их основе, так как R<N, W<N, различные коды представленного формуляра составляют ансамбль с параметрами N, R, W и требования по корреляционным свойствам кодов выполняются. Это позволяет путем анализа УБП АКФ и ВКФ различить друг от друга коды и сигналы на их основе и восстановить переданные по каналу связи дискретные сообщения. Целесообразно использовать ансамбли кодов и сигналов на их основе с максимально низкими значениями УБП АКФ и ВКФ [7, 8].

3. Описание способа и устройства.

3.1 Способ передачи дискретных сообщений.

Представлены отличия прототипа и заявленного способа. На фиг.2 (а-в) представлен простейший пример демонстрации заявленного способа для случая, когда блок состоит из одного элемента (g1=2, g2=l), импульсы дискретных сообщений имеют длительность Т и Т_б=Т. Числовые значения блоков равны α=0 или 1. На фиг.2 (а) имеются элементы входных дискретных сообщений, на фиг.2 (б) - поставленные им с соответствие сигналы, на фиг.2 (в) изображены главные пика АКФ (без боковых пиков) использованных кодов с указанием из максимальных значений. Условно показаны уровни боковых пиков АКФ, ВКФ, порогового уровня в виде прямых линий. Если элемент дискретного сообщения равен "1", ему в соответствие ставится S₁, когда на входе "0", то формируется S₂. Выбор ШПС происходит с учетом выполнения ограничения на УБП АКФ и ВКФ. Последовательность ШПС после передачи по КС подвергается операции согласованной фильтрации. Полученные при проведении операций согласованной фильтрации S₁ применительно к S₁ и согласованной фильтрации S₂ по отношению к S₂. Значения главных пиков обозначены соответственно U_mi и Um2. При проведении операций согласованной фильтрации S₁ применительно к S₂ и согласованной фильтрации S₂no отношению к S₁ формируются ВКФ, значения пиков которых всегда меньше U_mi и U_пa.

Операции сравнения с пороговым значением и проверка превышения этих значений иллюстрируются с использованием рисунка фиг.2 (в). Там условно изображено соответствие уровней параметров R, W, U_п. Пороговые значения выбраны в соответствии с заявленным способом (max(R, W)<U_п<min(Umi,U_m2)).

Сигналы, полученные после операции согласованной фильтрации S i или S₂ по отношению к S₁ или S₂, сравниваются с пороговыми значениями. Фиксируется отсутствие либо наличие превышения значений этими сигналами уровня пороговый значений, в случае превышения порога формируется сигнал Dj, D2 распознавания соответственно S₁ или S₂. Реализуется перекоммутация входов и выходов блока переключателей в соответствии с ключами дешифрования, так что по полученным сигналам запускается формирователь элементов " 1" или "0" и генерируется выходное дискретное сообщение, идентичное входному (фиг.2 (а)).

На фиг.3 даны рисунки, иллюстрирующие заявленный способ в общем случае. Сгруппированные по g2 элементы входного дискретного сообщения, составляют блоки длительностью Т_б=g2-T, g2=1,2,8,… (фиг.3 (а)). Указаны значения "0" или "1" каждого элемента, начиная с младших разрядов, так что любой байт соответствует числу а, где 0<а<(g1-1). Устанавливается взаимно-однозначное соответствие между байтами, характеризуемыми числом а и одним из шумоподобных сигналов из формуляра посредством ключей шифрования (одно из значений в общем случае обозначено А). Каждому блоку, характеризуемому значением а, сопоставляется число А, которое определяет ШПС, имеющий порядковый номер или индекс равный А+1. Для выбранной системы кодирования избирается g1 кодов из представленных в формуляре g3 кодов. Все указанные действия относятся к любому слоту. В пределах последующего после установления номера ШПС интервала длительностью Т_б формируется сигнал Sa+i, порядковый номер которого определяет вид кода или сигнала на его основе.

Например, если ключи шифрования равны последовательности целых чисел и если не учитывать многоточие, то для последовательности, представленной на фиг.3 (а) и записанной в общепринятом виде со старших разрядов, имеем 010011 Юг, α=78. Тогда для случая А=78 требуется использовать код из формуляра под номером 79.

Способ и система могут использоваться также в случае, кода на вход подаются дискретные сообщения с избыточным кодированием или предварительно зашифрованные дискретные сообщения, например, путем блочного симметричного или асимметричного шифрования, либо зашифрованные любым другим способом. Тогда считается, что группирование элементов дискретных сообщений в блоки уже проведено и g2 выбирается равным количеству элементов во входных блоках, следовательно, g1=2^a, где α=g2.

Далее осуществляются операции, изложенные при описании частного случая реализации заявленного способа (когда g1=2, g2=1), то есть: передача по каналу связи, сравнение сигналов, полученных после согласованной фильтрации с пороговыми значениями, проверка превышения этих пороговых значений, формирование сигнала распознавания, по которому в соответствии с взаимной однозначностью блоков и ШПС восстанавливаются элементы дискретных сообщений, проводится дешифрование и формируется идентичный входному блок дискретных сообщений, направляемый на выход получателю. Указанные операции проводятся на любом слоте согласно изложенному порядку.

3.2 Устройство передачи дискретных сообщений.

Структурная схем представлена на фиг.4, ранее приведена расшифровка составляющих схему элементов, при этом

выход генератор шумоподобных сигналов 3 подключен к входу канала связи 5, выход которого соединен с входом согласованного фильтра 6, выход согласованного фильтра 6 подсоединен к входу решающего устройство 7, вход преобразователя входных дискретных сообщений 1 соединен с входом заявленного устройства, причем, преобразователь входных дискретных сообщений 1 содержит g1_m выходов, которые соединены соответственно с тем же количеством входов первой функциональной группы входов блока коммутаторов 2, вторая функциональная группа входов блока коммутаторов 2 соединена с функциональной группой выходов блока управления коммутаторами 4, функциональная группа входов этого блока соединена с выходами генератора ключей шифрования кодов 9, функциональные группы выходов блока коммутаторов 2 соединены с функциональной группой входов генератора шумоподобных сигналов 3, все g3 выходов согласованного фильтра 6 составляют функциональную группу, все g3 выходов решающего устройства 8 подключены к такому же количеству элементов первой функциональной группы входов блока переключателей 9, вторые функциональные группы входов которого соединены с g1_m группами выходов блока управления переключателями 12, в каждой из указанных групп выходов блока управления 12 содержится g3 элементов, все g3 входов блока управления переключателями 12 соединены с соответствующими выходами генератора ключей дешифрования 11,

функциональные группы выходов всех g3 переключателей блока 9 соединены с g1_m функциональных групп входов формирователя выходных дискретных сообщений 10, выход которого является выходом заявленного устройства,

первый выход программатора слот 13 подключен к входу генератора ключей дешифрования 11, второй выход программатора слот 13 соединен с входом решающего устройства 8, где g1_m -наибольшее количество символов в выбранных для разных слот систем кодирования, g3-количество кодов в формуляре, при этом

блок коммутаторов 2 содержит функциональную группу из g1_m коммутаторов условно пронумерованных 16,17,18, первые входы каждого из коммутаторов соединены с соответствующими входами первой функциональной группы входов блока коммутаторов 2, вторые входы этих коммутаторов представляют функциональные группы, каждая из которых имеет g3 входов, подключенных к соответствующим входам вторых функциональных групп входов блока коммутаторов 2;

блок управления коммутаторами 4 содержит функциональную группу из g1_m формирователей управления условно пронумерованных 19, 20, 21, входы которых соединены с входами блока управления коммутаторами 3 (они связаны с соответствующими выходами генератора ключей шифрования кодов 4), выходы каждого формирователя управления 19, 20, 21 образуют функциональную группу из g3 выходов, соединенных с соответствующими выходами блока управления коммутаторами;

блок переключателей 9 содержит функциональную группу из g3 переключателей 22, 23, 24, входы которых соединены с первой и второй группой входов блока переключателей 9, выходы каждого переключателя образуют функциональные группы из g1_m выходов, соединенные с соответствующими выходами блока переключателей 9; блок управления переключателями 12 содержит функциональную группу из g3 преобразователей управления 27, 28, 29, входы которых соединены с g3 входами блока управления переключателями 12, выходы преобразователей управления составляют g3 функциональных групп, каждая из которых состоит из g1_m выходов, которые соединенных с выходами блока управления переключателями 12;

формирователь выходных дискретных сообщений 10 содержит восстановитель элементов дискретных сообщений 25 и сопрягающее устройство формирователя 26, все g1_m входов восстановителя элементов дискретных сообщений 25 соединены с входами формирователя выходных дискретных сообщений 10, выход восстановителя элементов дискретных сообщений 25 подключен к входу сопрягающее устройство формирователя 26, выход которого соединен с выходом формирователя выходных дискретных сообщений 10, выход формирователя 10 является также выходом заявленного устройства;

согласованный фильтр 6 представляет собой функциональную группу из g3 отдельных согласованных фильтров, входы которых соединены параллельно, импульсные отклики каждого из согласованных фильтров оптимальны одному из различных сигналов генератора шумоподобных сигналов, входы и выходы группы отдельных согласованных фильтров составляют функциональные группы входа и выхода согласованного фильтра 6; решающее устройство 7 для анализа выходных сигналов каждого согласованного фильтра представляет собой функциональную группу из g3 решающих устройств, входы и выходы которых являются входами и выходами функциональной группы; преобразователь входных дискретных сообщений 1 содержит сопрягающее устройство преобразователя 14 и логическое устройство преобразователя 15, вход сопрягающего устройства преобразователя 14 соединен с входом заявленного устройства, выход сопрягающего устройства 14 подключен к входу логического устройства преобразователя 15,

выходы которого представляют собой функциональную группу g1_m выходов, соединенных с выходами преобразователя входных дискретных сообщений 1; программатор слот 13 содержит генератор слот 30 и синхронизатор 31, первый выход синхронизатора 31 соединен с входом генератора слот 30, второй и третий выходы синхронизатора 31 подключены сообразно к второму и первому выходам генератора слот 30 и составляют выходы программатора слот (фиг.4).

4. Состав и работа отдельных элементов (узлов) заявленного устройства.

Элементы 1 -5 схемы на фиг.4 составляют передающую часть (сторону), узлы 7-12 той же схемы причислены к восстанавливающей части (стороне), обе части соединены посредством КС и программатора слот 13 в заявленное устройство.

4.1 Преобразователь входных дискретных сообщений. Пусть первоначально осуществлен выбор систем кодирования и известны их элементы и их количество. Преобразователь входных дискретных сообщений (ПВДС) 1 предназначен для выполнения операций, указанных в заявленном способе передачи дискретных сообщений, а именно: группирование последовательно следующих элементов входных дискретных сообщения в блоки по g2 элементов (импульсов, бит), где g2=log2 g1 (округление в большую сторону до ближайшего целого числа); формирование импульсов запуска для генератора ШПС 5, а также для согласования ЛУ преобразователя 15 с каналом связи, по которому на вход системы передачи дискретных сообщений поступают элементы этих сообщений (например, согласование сопротивлений и формы представления дискретных сообщений).

ПВДС 1 состоит из логического устройства преобразователя 15 и сопрягающего устройства преобразователя 14. ЛУ преобразователя 15 реализует ЛФ управления формирователями ШПС согласно соотношению (8).

Сопрягающее устройство преобразователя 14 предназначено для выполнения нескольких функций. Прежде всего это управление группированием последовательно следующих элементов дискретного сообщения в блоки по g2 элементов. Для этого, в частности, может быть применен тактовый генератор импульсов, следующих с периодом длительностью Т_б. Он может быть выполнен на элементах аналоговой или дискретной схемотехники [13-15], входить в состав сопрягающего устройства преобразователя 14. Импульсы дискретных сообщений через сопрягающее устройство преобразователя 14 поступают во входной регистр ЛУ преобразователя 15, заполняют все его g2 ячеек. По импульсам тактового генератора, фиксирующего окончание интервала времени заполнения всех ячеек входного регистра, задаются размеры блоков. Также в логическом устройстве преобразователя 15 (согласно ЛФ преобразователя типа (8)) выполняются операции преобразования сигналов входного блока (байта), поступающих из регистра, в импульс запуска генератора ШПС 5. По импульсам тактового генератора регулируются начало и окончание блоков, количество элементов в блоке, дальнейшие действия по трансформации блоков.

Сопрягающее устройство преобразователя 14 предназначено также для согласования ЛУ преобразователя 15 с линией связи, по которой на вход заявленного устройства от источника подаются входные сигналы дискретных сообщений, или для согласования формы представления входных сообщений, либо для применения известных правил, которые требуется реализовать для работоспособности ЛУ преобразователя 14. Согласование формы сообщений может заключаться, например, в преобразовании последовательной передачи блоков в виде байтов в параллельное следование байтов или в использовании некоторых протоколов, стандартов передачи/приема данных. Применяются элементы аналоговой и дискретной схемотехники. Согласование сопротивлений с помощью сопрягающего устройства преобразователя 14 позволяет энергетически эффективно и без искажений передать на ПВДС 1 сигналы входных сообщений. В несогласованных линиях связи возможны искажения данных [15, с. 29-32]. Они могут быть снижены путем применения устройства согласования [15, с. 32-40] или стандартов ввода/вывода данных [15, с. 43-53], что также относится к функции сопрягающего устройства. Сопрягающее устройство преобразователя 14 может быть выполнено на пассивных или активных элементах [13-15] (транзисторах, микросхемах), в виде универсальной последовательной шины USB. Все варианты обеспечивают одинаковый технический результат.

ЛУ преобразователя 15 реализует ЛФ разновидности (8). Назначение преобразователя состоит в том, что комбинация входных сигналов (элементов блоков, битов входного байта) преобразуется в другую совокупность сигналов, требуемую для проведения операций формирования ШПС. Рассмотренные операции справедливы для любого слота.

Для конкретизации изложения, также как в формулах (8), выбрано g1=256. Компоненты ЛФ являются произведением аргументов, которые входят в него с инверсией либо без нее. На входе ЛУ преобразователя 15 имеется регистр из g1_m ячеек, подключенных к ветвям, которые состоят из перемножителей, формирующих произведение g2 сигналов из ячеек регистр, входящих в него с инверсией либо без нее (в зависимости от вида ЛФ типа (8)). Подключение инверторов к перемножителям выполняется при изготовлении и неизменно, сигналы управления не требуются. Инвертор может быть построен на элементах "НЕ". В результате каждая ветвь схем позволяет получить одну из компонент ЛФ

(8). Результаты перемножения подаются на g1_m выходов ЛУ преобразователя 15 в виде результата воздействия ЛФ на входные сигналы.

ЛУ преобразователя 15 может быть построено на логических элементах "И", "ИЛИ", "НЕ" [13,14] или в виде программируемой логической матрицы (ПЛИС) [14, 15 с. 494, 534] или ее разновидности, либо на новом типе ПЛИС, который может быть создан в будущем. Все варианты обеспечивают один и тот же технический результат.

Работа ПВДС 1 на примере случая, когда g2=8 и блоки являются байтами. Входные элементы дискретных сообщений в виде байтов поступают на вход сопрягающего устройства преобразователя 14, обеспечивающего эффективную передачу сигналов на ЛУ преобразователя 15, которое преобразует байты в соответствии с ЛФ преобразователя. Это позволяет получить на одном из выходов заявленного устройства сигнал запуска, который передается на блок коммутаторов 2 и далее на генератор ШПС 5. В дальнейшем по этому сигналу формируется один из ШПС формуляра, задаваемый ключами шифрования кодов. Например, если последовательность этих ключей является последовательностью целых чисел, следующий одни за другим, то номер взаимно-однозначно соответствует строкам 3-10 таблицы фиг.5, где даны числовые значения байтов в двоичном виде, также j=А+1- номер по порядку нумерации кода ансамбля в формуляре. Генерируется требуемый ШПС Sa+i согласно заявленному способу, что и надо получить. Подобные операции выполняются на любом слоте.

4.2 Блок коммутаторов. Для перенаправления сигналов запуска на соответствующие входы генератора ШПС 5 в соответствии с ключами шифрования кодов используется блок коммутаторов 2. Коммутаторы блока 2 условно обозначены на схеме фиг.4 как 16, 17, 18. Какой из выходов каждого коммутаторов, входящих в блок коммутаторов 2, является активным, зависит от сигналов управления, поступающих на вторую группу входов каждого из коммутатора, группы выходов блока управления коммутаторами 3.

Каждый из коммутаторов блока коммутаторов 2 может состоять, например, из функциональной группы g3 электронных ключей (по количеству выходов коммутатора), первые входы которых соединены параллельно и составляют вход коммутатора. Вторые (управляющие) входы электронных ключей соединены с вторыми входами каждого коммутатора блока 2. Все g3 выходов каждого из электронных ключей составляют функциональную группу и являются выходами каждого коммутатора.

В рабочем режиме в зависимости от сигналов управления, поступающих на все коммутаторы блока коммутаторов 2, каждый выходной сигнал запуска формирователей кодов подключается к одному из входов генератора ШПС 5. В результате создаются кодированные сигналы, поставленные во взаимное однозначное соответствие с запускающими (тактовыми) импульсами, вырабатываемыми ПВДС 1. Например, сигнал с первого выхода ПВДС 1 может быть подключен к любому, но единственному входу генератора ШПС 5 в соответствии с ключами шифрования номеров кодов. Подобные операции выполняются на любом слоте. Коммутаторы блока коммутаторов 2 могут быть выполнены на элементах аналоговой и цифровой схемотехники [13,14] или на ПЛИС [14,15, с. 494, 534] или ее вариантах. Все варианты обеспечивают один и тот же технический результат.

4.3 Блок управления коммутаторами. Для создания сигналов управления режимами работы блока коммутаторов 2 применен блок управления 3, его работа определяется выходными сигналами генератора ключей шифрования кодов 4.

Блок управления коммутаторами 3 состоит из формирователей управления (на фиг.4 они условно обозначены 19,20, 21), входы которых подключены к соответствующим входам блока управления коммутаторами 3, а выходы всех формирователей управления соединены с соответствующими выходами блока управления коммутаторами 3. Формирователи управления могут быть выполнены, например, в виде логических устройств управления. Каждый из таких формирователей управления реализует ЛФ, подобные по виду и сущности выражению (8). Формирователи управления выполняют те же функции, что ЛУ преобразователя 15. В результате только на одном из выводов выходных функциональных групп каждого из формирователей управления (фиг.4) формируется выходной сигнал, а на всех иных выводах указанных выходных функциональных групп он отсутствует. Эти сформированные сигналы поступают на соответствующие выходы блока управления 3. Это обеспечивает замыкание электронных ключей блока коммутаторов 2 таким образом, чтобы обеспечить требуемое, задаваемое ключами шифрования кодов взаимное однозначное соответствие входных блоков (байтов) и сигналов генератора ШПС 5. Подобные операции выполняются на любом слоте.

Блок управления коммутаторами 3 может быть построен, например, на логических элементах "И", "ИЛИ", "НЕ" [13, 14], выполнен в виде ПЛИС [14, 15, с. 494, 534] или ее разновидности либо варианта ПЛИС, который может быть создан в будущем. Сигналы управления ПЛИС позволяют реализовать должные ЛФ. Все варианты выполнения обеспечивают один и тот же технический результат.

4.4 Генератор ключей шифрования кодов. Формирование сигналов, соответствующих элементам M(t) формулы (1), обеспечивается генератором ключей шифрования кодов 4, который подобен генератору ключей дешифрования 11. Устройство может быть выполнено на элементах дискретной схемотехники, например, на регистрах сдвига с отводами [5], так что к соответствующим отводам подключены инверторы, что позволяет получить на сумматоре сигналы от всех отводов требуемую числовую комбинацию элементов (бит), то есть нужные байты ключей шифрования кодов.

Возможен вариант выполнения в виде запоминающего устройства, в которое записаны все требуемые сигналы и из которого они могут быть извлечены. Эти сигналы являются выходными для генератора ключей шифрования кодов 4, который также может быть выполнен в виде ПЛИС [14,15, с. 494, 534] или ее разновидности либо варианта, который может быть создан в будущем. Сигналы управления ПЛИС позволяют реализовать должные ЛФ, получить требуемые последовательности байтов. Указанные особенности справедливы для любого слота, обеспечивается один и тот же технический результат.

4.5 Генератор ШПС. Для формирования ШПС с порядковыми номерами из формуляра, задаваемыми ключами шифрования кодов (1), использован генератор ШПС 5.

В целях конкретизации выбран ФМС в виде R - кодов. Коды ансамбля и сигналы на их основе удовлетворяют корреляционным требованиям и соответствуют порядковым номерам х=А+1 в формуляре, где А - числовые значения, задаваемые ключами шифрования кодов. Все выходы формирователей подключены к сумматору, выход которого является выходом генератора ШПС 5.

Генератор ШПС 5 является совокупностью g3 формирователей кодов ансамбля с индивидуальными входами. Формируется один из кодов ансамбля. Все выходы формирователей подключены к сумматору, выход которого является выходом генератора ШПС 5. Формирователи могут быть построены на микросхемах [5, рис. 3.11, с. 47 пример для КБ, с. 357] или в виде устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ) [16, 18]. Устройства на ПАВ - надежные, энергонезависимые и микроминиатюрные устройства.

В рабочем режиме на одном из индивидуальных входов формирователей генератора ШПС 5 поступает импульс запуска от блока коммутаторов 2, а на всех других входах такой импульс отсутствует. Один из g3 формирователей откликается соответствующим кодом, появляющимся на выходе генератора ШПС 5. В итоге каждому байту ставится во взаимно-однозначное соответствие требуемый код ансамбля или сигнал на основе этого кода, представленного в формуляре. Коды передаются по КС 6 для дальнейшего преобразования в восстанавливающей части заявленного устройства.

Возможно формирование кодов ансамбля в виде, пригодном для передачи последовательности широкополосных сигналов по каналу связи непосредственно либо в качестве модулирующих сигналов несущих колебаний, тогда генератором ШПС 5 реализуется дополнительная функция модуляции (выработать сигналы на основе выбранных кодов на требуемой несущей частоте). Устройства на ПАВ позволяют сразу получить сигналы на основе выбранных кодов ансамбля для передачи по КС 6 на несущей частоте в достаточно широком диапазоне частот.

Генератор ШПС 5 может быть выполнен в виде запоминающего устройства, в которое записаны и из которого могут быть извлечены все требуемые сигналы. Эти сигналы являются выходными для указанного генератора. Генератор ШПС 5 может быть выполнен в виде ПЛИС [14,15, с. 494, 534] или ее разновидности. Тогда выходной сигнал определяется соответствующей логической функцией управления работой ПЛИС. Подобные операции выполняются на любом слоте.

4.6 Канал связи. Для осуществления передачи ШПС (R - кодов ансамбля или сигналов на их основе) в восстанавливающую часть заявляемого устройства используется КС 5. Согласно [16, с. 189] канал связи (аналогичный термин - линия связи) представляет собой совокупность технических средств и физическую среду, обеспечивающих распространение сигналов сообщений. Технические средства могут включать модулятор (например, смеситель с усилителем), передатчик (например, усилители и антенны), приемник (например, преобразователь частоты с усилителем), демодулятор. Физические среды: твердая, жидкая, газообразная, вакуум. Различают каналы в виде линии электрической связи (проводной и радиосвязи), звуковой (акустической) и световой (оптической) связи.

Дискретные сообщения могут передаваться при использовании электромагнитных волн, распространяющихся через провода, кабели, волноводы, световоды, в воздушном и безвоздушном пространстве, посредством витой пары, волоконно-оптического кабеля (ВОК), коаксиального кабеля, радиоканала наземной либо спутниковой связи [17].

Примером твердой физической среды являются звукопроводы поверхностных и объемных акустических волн из, например, пьезокварца и ниобата лития. Длина звуко-проводов невелика, но они практически нечувствительны к внешним воздействиям, исключая прямое физическое разрушение. Устройства на объемных и поверхностных акустический волнах для звуковых (акустических) КС 6 изложены в [18].

Звуковые (акустические) линии связи в жидкой среде рассмотрены в [19], указаны особенности звукоподводной связи. КС 6 как линии световой оптической связи представлены в [20]. Вспомогательное оборудование (преобразователи, усилители, антенны) здесь не рассмотрено. Все варианты КС 6 обеспечивают один и тот же технический результат.

4.7 Согласованный фильтр. Для обнаружения и различения ШПС, используется СФ 7, который представляет собой функциональную группу, состоящую из g3 оптимальных согласованных фильтров [5, с. 26] для каждого кода или сигнала, формируемого генератором ШПС 5 и внесенного в формуляр. Возможный вариант схемы СФ 7 может состоять из ветвей с параллельно соединенными входами. Любая ветвь включает СФ для одного из кодов ансамбля (х=1,…, g3, например g3=259) из формуляра. СФ в ветвях нумеруются так же, как сами коды, функциональная группа имеет один вход и g3 выходов.

Фильтры могут быть реализованы на микросхемах [5, с. 48, рис. 3.13, с. 366, рис. 22.5] либо на ПАВ-устройствах [5, с. 357, рис. 21], [16,18].

Вход функциональной группы фильтров соединен с КС 6 (фиг.4), а его выходы связаны с g3 входами решающего устройства 8. На все параллельные ветви подается входной сигнал, поступивший с КС 6. На выходе СФ соответствующей ветви будет формироваться сигнал АКФ того кода, который был использован для передачи соответствующего байта. АКФ представляет собой две области боковых пиков, между которыми имеется главный пик с высоким уровнем сигнала. На всех выходах прочих СФ имеется сигнал ВКФ, который может иметь несколько пиков, но наибольший из них всегда ниже главного пика АКФ (фиг.2). Необходимо использовать ансамбли кодов с низким уровнем пиков ВКФ, что повышает качество различения кодов, то есть разных символов системы кодирования. Сигналы с выхода блока далее анализируются в решающем устройстве 8.

4.8 Решающее устройство. Выходные сигналы блока фильтров СФ 7 сравниваются с пороговым уровнем в решающем устройстве 8, имеющем g3 входов и столько же выходов. Решающее устройство (РУ) 8 применено для анализа выходных сигналов каждого согласованного фильтра и представляет собой функциональную группу, состоящую из g3 частных решающих устройств. Входы и выходы РУ 8 подключены к входам и выходам функциональных групп.Сигнал каждого фильтра функциональной группы СФ 7 поступает на вход соответствующей ветви с частным решающим устройством. Далее вырабатывается сигнал распознавания в случае, когда сигнал на входе ветви РУ 8 превосходит установленный порог U_п, что означает поступление на вход блока СФ 7 кода с определенным номером по формуляру, согласованного с СФ данной ветви. Сигналы распознавания кодов обозначенынапример, g=g3=259. Для каждого байта дискретных сообщений на любом слоте один из g1_d сигналов распознавания равен, например, "1", а все другие равны "0". РУ 8 формирует конкретные сигналы распознаванияпринятого шумоподобного сигнала на А+1-м выходе соответствующего СФ.

В качестве порогового устройства сравнения может быть использована схема дифференциального каскада или цифровой компаратор [14]. Порог должен быть установлен выше уровня R боковых пиков АКФ и наибольшего значения W всех ВКФ кодов, но ниже уровня главного пика АКФ всех кодов ансамбля. Тем самым обеспечена реакция лишь на пики АКФ, без отклика на сигналы ВКФ. В результате в рабочем режиме различаются коды формуляра и далее полученные сигналы передаются на блок переключателей 9.

Работа РУ 8 на d-м слоте состоит в том, что когда на один из его входов поступает сигнал из СФ 7, срабатывает пороговое устройство и формируется один из g1_d сигналов (например, импульс) обнаружения и распознаванияконкретного кода из

формуляра и соответственно блока (байта) благодаря их взаимной однозначности. Конкретнее, справедливотак как количество сигналов распознавания на d-м слоте равно g1_d. Сигнал распознавания подается на соответствующий выход РУ 8 и далее (фиг.4) для восстановления байта (блока) выходного дискретного сообщения.

4.9 Блок переключателей. Перенумерование индексов сигналов распознавания реализуется согласно заявленному способу блоком переключателей 9 путем изменения номеров выходов для входных сигналов распознавания. Для реализации операции восстановления взаимно-однозначного соответствия между кодами (сигналами на их основе) и байтами (блоками) имеется блок переключателей 9, осуществляющий подключение соответствующих выходов РУ 8 к требуемым входам формирователя выходных дискретных сообщений 10. Эти действия реализованы благодаря тому, что блок переключателей 9 содержит функциональную группу из к=1,g3 переключателей (часть из них на фиг.4 обозначена числами 22, 23,24). Переключатели могут быть выполнены, например, в виде электронных ключей [11 -14], первые (сигнальные) входы которых соединены с одним из соответствующих входов блока переключателей 9. Вторые (управляющие) входы электронных ключей подключены к одной из вторых функциональных групп входов блока переключателей 9. Выходы каждого электронного ключа соединены с выходами групп выходов каждого переключателя блока 9.

4.10 Формирователь выходных дискретных сообщений. Для восстановления блоков (байтов), соответствующих обнаруженным и распознанным посредством СФ 7 и РУ 8 кодам или сигналам на их основе, принятым по КС 6 и перекоммутированным блоком переключателей 9, применен формирователь (по существу это восстановитель) элементов выходных дискретных сообщений (ФВДС) 10. Операция восстановления однозначно реализуема, так как имеется взаимно-однозначное соответствие блоков (байтов) и ШПС.

Пусть блоки соответствуют байтам. ФВДС 10 восстанавливает выходные байты, адекватные поступившим на вход заявленного устройства. Восстановленные байты являются выходными дискретными сообщениями (3).

Схема возможного варианта ФВДС 10 может включать g1_d параллельных ветвей, каждая из которых состоит из формирователя байтов выбранной системы кодирования. Например, первая ветвь состоит из формирователя первого байта с числовым значением нуль, вторая ветвь - второго байта с числовым значением один и так до последней 256-ой ветви для формирования 256-го байта, соответствующего числу 255, когда g1=256. Числовые значения байтов выбранной для примера системы кодирования представлены в колонках (3… 10) на фиг.4 в двоичной системе исчисления. Каждая ветвь активизируется соответствующим этой ветви сигналом с выхода блока переключателей 9 (фиг.4). Операции выполняются элементом 25 схемы на фиг.4.

Каждый формирователь байтов является генератором одного из всевозможных блоков (байтов), которые состоят из элементов (логических "1", "0" или "±1") и образуют наборы импульсов восстановленного байта. Сопрягающее устройство 26 аналогично такому же устройству, изложенному в п. 4.1.

Формирователи всевозможных байтов могут быть выполнены на элементах дискретной схемотехники, например, на регистрах сдвига с отводами [6, с. 47,48]. К надлежащим отводам подключены инверторы, что позволяет получить на сумматоре сигналов от всех отводов требуемую комбинацию элементов, бит. ФВДС 10 может быть выполнен в виде постоянного запоминающего устройства, содержащего значения всех блоков, каждый из которых извлекается при наличии сигналов с выхода блока переключателей 9.

В рабочем режиме из РУ 8 на один из входов ФВДС 10, например h-й, поступает сигнал с выхода блока переключателей 9, который запускает формирователь импульсов этой ветви. В результате формируется набор элементов (бит), соответствующих h-му блоку восстановленных сообщений. Благодаря взаимно-однозначному соответствию вида входных блоков и кодов из формуляра, восстановленные блоки следуют в том же порядке, в каком они были в входном дискретном сообщении. Восстановленные блоки (байты) далее передаются на выход заявленной системы.

ФВДС 10 может быть выполнен также в виде ПЛИС [14, 15, с. 494, 534] или ее разновидности, либо нового варианта, который возможно будет создан позже. Сигналы управления позволяют реализовать требуемые последовательности блоков, все варианты реализации обеспечивают одинаковый технический результат.

4.11 Генератор ключей дешифрования. Для формирования сигналов, соответствующих ключам дешифрования в формуле (6), используется генератор ключе дешифрования 11. Сигналы представляют набор байт, соответствующих j -м элементам в выражении (6), например, в двоичной системе.

Генератор 11 может быть выполнен на элементах дискретной схемотехники, например, на регистрах сдвига с отводами [5]. К соответствующим отводам подключены инверторы, что позволяет получить на сумматоре сигналы от всех отводов, соответствующие требуемой числовой комбинации бит (необходимые байты линганума дешифрования). Генератор ключей 11 может быть выполнен в виде запоминающего устройства, в которое записаны все требуемые сигналы и из которого они могут быть извлечены.

Генератор ключей дешифрования 11 может быть выполнен в виде ПЛИС [14,15, с. 494, 534] или ее разновидности либо варианта, который может быть создан в будущем. Сигналы управления позволяют реализовать должные ЛФ и получить требуемые байты ключей дешифрования. Указанные особенности справедливы для любого слота. Все варианты обеспечивают одинаковый технический результат.

4.12 Блок управления переключателями. Для преобразования ключей с генератора 11 в сигналы управления блоком переключателей 9 используется блок управления переключателями 12. Он содержит функциональную группу из g3 преобразователей управления, обозначенных условно 27,28, 29, входы которых соединены с одним из g3 выходов генератора ключей дешифрования кодов 11. В каждой из g3 групп выходов блока управления переключателями 12 имеется по g1_m выходных элементов любого из преобразователей управления. Данный блок аналогичен по функциональному назначению блоку управления коммутаторами 3 (п.4. 3).

Каждый из g3 преобразователей управления 27,28,29 является логическим устройством, преобразовывающим сигналы ключей дешифрования кодов с входа каждого из этих преобразователей управления в единственный сигнал на одном из g1_m его выходов. Преобразователи управления построены так, чтобы формировать ЛФ по формуле (8) и перекоммутировать входные сигналы РУ 8 на входы ФВДС 10 в соответствии с ключами дешифрования кодов.

Преобразователи управления могут быть построены, например, на логических элементах "И", "ИЛИ", "НЕ" [11, 12], выполнены в виде ПЛИС [12, 13, с. 494, 534] или ее разновидности либо варианта, который может быть создан в будущем. Сигналы управления позволяют реализовать должные ЛФ управления и получить требуемые выходные сигналы. Все варианты выполнения обеспечивают один и тот же технический результат.

4.13 Программатор слот. Это устройство 13 состоит из синхронизатора 31 и генератора слот 30. Устройство 13 генерирует импульсные сигналы, которые предназначены для определения порядка выполнения требуемых для управления работой заявленного устройства действий и режимов работы [13, 15]. Возможны различные режимы работы и формирования сигналов установки этих режимов.

Режим блокировки (до окончания интервала времени приема/передачи данных) может быть реализован сдвигом слот шифрования и дешифрования, чтобы они не пересекались. Это возможно подачей импульса приостановки на некоторое время формирования одного из видов ключей. Блокировка возможна и при подаче ключей, состоящих из одинаковых значений.

В режиме работы, когда генераторы ключей выполнены в виде запоминающих устройств с записанными в них ключами шифрования и дешифрования, синхронизатор 31 на выходах 1 и 2 программатора слот 13 формирует одновременно, синхронно импульсы запуска, то есть t₀=t'o (фиг.1). Они поступают на генераторы 4, 11. В результате начинают одновременно вырабатываться ключи для соответствующих слот, реализуются требуемые операции. В качестве управляющих импульсов могут быть применены разные ФМС не входящие в формуляр. Генератор слот 30 формирует ключи, которые могут быть переданы на должные генераторы, выполненные, например, в виде ЗУ.

Рабочим является также режим, когда осуществляется приостановка варьирования ключей шифрования и дешифрования, то есть происходит фиксация ключей на некоторый срок. Это может быть связано с необходимостью передачи данных большего объема, для чего требуется слот большой длительности. При этом приостанавливается работа генераторов 4,11 подачей соответствующих сигналов.

Аналогично периодически может реализовываться режим синхронизации начала воспроизведения слот, так чтобы слоты шифрования и дешифрования совпадали по времени. При движении объекта с установленной приемной частью заявленного устройства при необходимости тоже может быть реализован требуемый режим синхронизации слот.

Возможен вариант работы, в котором генераторы ключей 4, 11 выполнены в виде, например, регистров с отводами и инверторами [5]. Тогда генератор слот 30 формирует последовательность знаков кодов (±1) для инверторов этих генераторов, они передаются с выходов 1,2 программатора 13 на генераторы, которые формируют сами ключи.

Ключи шифрования и дешифрования могут быть в виде повторяющихся наборов ключей, заданных для ограниченного множества слот.

Генератор слот 30 и синхронизатор 31 могут быть выполнены на элементах дискретной схемотехники, ПЛИС, либо в виде ЗУ (в зависимости от назначения и режимов работы). Все варианты выполнения обеспечивают один и тот же технический результат.

5. Работа заявленного устройства на основании заявленного способа.

На примере символов рассмотрены операции способа и работа устройства передачи входных дискретных сообщений. Пусть требуется передать слово N0 в системе ASCII. Используем [12], где числовое значение байта (в данном описании это параметр а) названо кодом, находим для N и О соответствующие им числа 78 и 79. Пусть ключи шифрования кодов А выбраны так, что задаются коды из формуляра с номерами х=179 и 180.

Входные байты дискретного сообщения NO от источника энергетически оптимальным способом проходят сопрягающее устройство преобразователя 14 и подаются на ЛУ преобразователя 15, где для байта символа N только на 79 - м, а для байта символа О лишь на 80-м выходах формируются сигналы запуска, являющиеся следствием реакции компонент ЛФ, используемой в ЛУ преобразователя 15 на входные сигналы. Отмечалось, что номера выходов на единицу больше числовых значений байтов.

С выходов 79 и 80 преобразователя ПВДС 1 сигналы запуска поступают на вход блока коммутаторов 2 и далее на коммутаторы с этими же номерами.

Вместе с тем, на выходе генератора ключей шифрования кодов 4 формируются соответствующие сигналы, так что для 79-го и 80-го выходных сигналов создаются байты, соответствующие, например, значениям 179 и 180, которые далее передаются на входы формирователей управления, входящие в блок управления коммутаторами 3. Формирователи управления реализуют ЛФ типа (8), в результате чего лишь на 179-м и 180-м выходах формирователей управления генерируются сигналы, направляемые на входы коммутаторов блока коммутаторов 2. Коммутаторы, на входы которых поступили сигналы управления, замыкаются и сигнал запуска направляются на соответствующие 179 и 180 входы генератора ШПС 5. Это приводит к формированию соответствующих кодов или сигналов на их основе. При использовании в качестве ШПС R- кодов или сигналов на их основе будут сформированы коды из приведенного ранее формуляра с требуемыми номерами.

Сформированные сигналы поступают на КС 6 и передаются на входы СФ 7, состоящего из блока фильтров для всех сигналов из формуляра. В результате лишь на 179- м выходе СФ 6 будет сформирован АКФ кода, связанного с передачей символа N и только на 180-м выходе - для передаваемого символа О.

РУ 8 по пикам АКФ формирует сигналы распознавания Dh, h=179 и 180 соответственно. Эти сигналы передаются на входы блока переключателей 9, в котором по сигналам генератора ключей дешифрования 11 блоком управления переключателями 12 формируются сигналы управления переключателями блока 9. В результате входные сигналы распознавания будут выведены на 79-й и 80-й выходы, поступят на входы ФВДС 10 и позволят посредством восстановителя элементов дискретных сообщений 25 восстановить элементы N и О на выходе заявленного устройства. Указанные операции благодаря синхронизации работы генераторов ключей шифрования и дешифрования обеспечивают полную регенерацию переданного дискретного сообщения на выходе для любого слота.

Сопрягающее устройство формирователя 26 (оно может работать по стандарту USB или любому другому более быстродействующему стандарту, который может быть создан в будущем) обеспечивает оптимальную передачу сообщения на выход пользователю. Работа по передаче дискретного сообщения NO с входа на выход завершена.

При использовании на d-м слоте системы кодирования с g1_d символами формуляр должен включатьШПС и требуется группировать дискретные сообщения в блоки

по(округление в большую сторону до ближайшего целого числа) элементов.

6. Обоснование достижения технического результата.

Технический результат заключается в дополнительном повышении защищенности дискретных сообщений при передаче по каналу связи за счет синхронизируемого шифрования номеров кодов ШПС на варьируемых временных интервалах (слотах), в обеспечении энергетически скрытной и оптимальной передачи дискретных сообщений пользователю по каналу связи при наличии шумов и помех.

Энергетически скрытная передача дискретных сообщений обеспечивается передачей ШПС с виде кодов ансамбля на уровне ниже уровня шумов (р²«1, где р²- отношение мощностей ШПС и помех) [5]. Отношения сигнал/шум на выходе СФ или коррелятора при оптимальном приеме в 2-В раз больше, чем на входе [5, с. 6]. Необходимо использовать коды ансамбля с базой В»1 (представлены коды с В=N=30). Чем больше база, тем больше превышение над шумами и выше скрытность [5, с. 9]. При несанкционированном доступе потребуется использование специальных методов и устройств для решения вопроса передаются ли какие-то сигналы, либо имеется только шум [5, с. 6]. Применение СФ для каждого кода ансамбля и ШПС позволяет осуществить оптимальное обнаружение и различение сигналов при наличии шумов [5].

7. Защищенность устройства от несанкционированного доступа.

Все представленные ниже обоснования справедливы для любого слота, индекс слот не указан. Несанкционированный доступ может осуществляться лишь путем перебора всех возможных вариантов сопоставления g1 элементов системы кодирования и g1 кодов

формуляра (их количество равно факториалувыбора версий ШПС из формуляра,

определяемых числом сочетаний C_g3g1, а также анализа получаемых при этом результатов на каждом слоте. Например, для любого варианта при g1=256, g3=259 требуется затрачивать существенный промежуток времени. Чтобы установить наличие информативной значимости в полученных данных (определить имеется ли в них смысл), требуется быстродействующая интеллектуальная система, что увеличивает затраты времени. Статистические методы нахождения ключей дешифрования в данном случае не применимы. Для любого набора ключей дешифрования будут получены выходные данные, они верны лишь для единственного набора ключей дешифрования. Общее количество вариантов перебора ключей шифрования равно(g1 - количество элементов в системе кодирования, g3- количество кодов из числа которых может быть сделан выбор, этот параметр может быть равен тысячам, десяткам тысяч и более [9, 10]), то есть увеличение численности вариаций возрастает нелинейно. Это справедливо для любого слота. Предотвращение возможности несанкционированного доступа повышает безопасность передачи данных от источника к пользователю. Ключи шифрования необходимо держать в секрете.

Длительности слот должны быть меньше оценочного интервала времени, требуемого для перебора всех вариантов при несанкционированном дешифровании с учетом имеющихся вычислительных возможностей. Следовательно, для достижения требуемой защищенности всегда возможно выбрать необходимо малую длительность слот. Предельным вариантом является случай, когда каждому блоку ставится в соответствие индивидуальный слот. Доказано, что в случае, когда для каждого символа сообщения (в нашем случае блока) используется одноразовый ключ, система является нераскрываемой (идеальной) [21, с. 66]. На практике надо учитывать также длительности требуемого времени в конкретных случаях при решении всей задачи передачи данных. Дополнительный вклад в защищенность сообщений вносит шифрование длительностей слот.

Пояснение на примере: имеется три следующих друг за другом блока, которые требуется несанкционированно расшифровать. Первый блок можно пытаться дешифровать после его окончания, то есть в течение второго блока и подобранный код дешифрования можно применить лишь с начала третьего слота, то есть когда коды уже изменены. Поэтому несанкционированный доступ в данном примере выбора коротких слот невозможен.

8. Варианты применения способа и устройства.

Заявленные способ и система могут быть применены, если источником входных дискретных сообщений являются сигналы от датчиков или базы данных, сведения могут быть переданы потребителю по витой паре, ВОК, по радиоканалу. При этом реализуется функция скрытной передача дискретных сообщений, в том числе в условиях наличия шумов и помех. В качестве КС 6 могут использоваться различные физические среды.

Заявленное устройство может использоваться в скрытных и защищенных дистанционных системах управления объектами, предназначенными для перемещения и выполнения требуемых операций в различных физических средах при наличии помех. Объектами могут быть робототехнические системы, летательные и плавательные аппараты. Возможна передача дискретных сообщений на уровне шумов в том же диапазоне частот и временном интервале, что и сигналы высокого уровня, значительно превышающие уровень шумов. Это увеличит объем сообщений, передаваемых потребителю в единицу времени. Заявленные способ и устройство могут использоваться для передачи предварительно зашифрованных сообщений [21] и сообщений с избыточным кодированием.

Примером применения может являться система контроля за состоянием тренирующихся спортсменов, к различным участкам тела которых прикреплены датчики контроля, данные передаются по радиоканалу или по другим КС в центр контроля. Тот же вариант возможен для контроля состояния пациентов, водителей, операторов особо важных систем. Версией применения является управление бытовыми и промышленными манипуляторами (от деревообработки до металлургии), электроинструментами, бытовыми приборами. Благодаря скрытности отсутствует негативное влияние на другие системы. 9. Электропитание.

Энергообеспечение определяется исходя из варианта использования системы, например, от стационарных источников или от малогабаритных аккумуляторов. Разновидность разъемов зависит от типа КС (соединители USB, высокочастотные разъемы).

Энергообеспечение определяется исходя из варианта использования системы, например, от стационарных источников или от малогабаритных аккумуляторов. Разновидность разъемов зависит от типа КС (соединители USB, высокочастотные разъемы).

Библиографический список.

1. Патент RU №2309547, "Способ передачи информации"; МПК Н04К 1/00; опубликовано 27.10.2007, Бюл.№30.

2. Патент RU №2349044, "Способ скрытой передачи информации "; МПК H04L 9/00; опубликовано 10.03.2009, Бюл. №7.

3. Патент RU №2652434, "Способ приемопередачи дискретных информационных сигналов"; МПК H04L 7/00, Н04 В 1/69, Н04 В 1/7073, H04L 29/02; опубликовано 26.04.2018, Бюл. №12.

4. Патент RU №2326500, "Когерентная система передачи информации хаотическими сигналами"; МПК: H04L 9/00; опубликовано 10.06.2008, Бюл. №16.

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

6. Патент RU №2794517, "Способ передачи дискретных сообщений и система для его осуществления"; СПК H04L 9/00 (2023.01); Н03М 7/00 (2023.01); опубликовано 19.04.2023, Бюл. №11.

7. Чепруков Ю.В., Соколов М.А Синтез фазоманипулированных сигналов с требуемым уровнем боковых пиков АКФ// Радиотехника. 1991. №5. С.68-70.

8. Чепруков Ю. В., Соколов М. А. Бинарные Р^2-коды, их характеристики и применение// Информационно-управляющие системы. 2014. №1. С.76 - 82.

9. Чепруков Ю.В., Соколов М.А. Корреляционные характеристики и применение некоторых бинарных Ю-кодов // Информационно-управляющие системы. 2014. №3. С.93-102.

10. Чепруков Ю. В., Соколов М. А. Корреляционные характеристики некоторых бинарных R4-KOflOB и ансамблей сигналов на их основе // Информационно-управляющие системы. 2014. №5. С.87-96.

11. Чепруков Ю. В. Синтез бинарных R-кодов // Информационно-управляющие системы. 2015. №1.С.59-67.

12. https://www.industrialnets.ru/files/misc/ascii.pdf. 31.03.2023 г.

13. Бойко В.И. и др. Схемотехника электронных систем. Цифровые устройства. - СПб: БХВ-Петербург, 2004.-512 с.

14. Лехин С.Н. Схемотехника ЭВМ. - СПб: БХВ-Петербург, 2010.-672 с.

15. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника.- СПб.: БХВ-Петербург, 2004.-800 с.

16. Электроника. Энциклопедический словарь. Гл. ред. Колесников В.Г., - М. Сов. энциклопедия, 1991,-688 с.

17. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы.-СПб.: Питер, 2002.-672 с.

18. Бугаев А. С, Дмитриев В. Ф., Кулаков С. В. Устройства на поверхностных акустических волнах: учеб. пособие / А. С.Бугаев, В. Ф. Дмитриев, С. В. Кулаков. - СПб.: ГУАП, 2009.- 188 с.

19. https://www.booksite.rU/fulltext/l/001 /008/045/201.htm. 16.07.2023 г.

20. https://ww.booksite.rU/fulltext/l/001/008/084/692.htm. 16.07.2023 г.

21. Романец Ю.В., Тимофеев П.А., Шаньгин В.Ф. Защита информации в компьютерных системах и сетях. - М.: Радио и связь, 2001. - 376 с.

Изобретение относится к области радиотехники и связи с использованием множества шумоподобных сигналов (ШПС). Технический результат - повышение защищенности дискретных сообщений при передаче по каналу связи за счет синхронизируемого шифрования номеров кодов ШПС на варьируемых временных интервалах (слотах) и обеспечение энергетически скрытной и оптимальной передачи дискретных сообщений пользователю по каналу связи при наличии шумов и помех. Для этого способ состоит в передаче элементов сообщения одним из ШПС ансамбля на варьируемых временных интервалах (слотах). Система содержит преобразователь входных дискретных сообщений, блок коммутаторов, генератор ШПС, блок управления коммутаторами, канал связи, согласованный фильтр, решающее устройство, генератор ключей шифрования кодов, блок переключателей, блок управления переключателями, формирователь выходных дискретных сообщений, генератор ключей дешифрования, программатор слот. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ передачи дискретных сообщений, в котором дискретные сообщения состоят из элементов в виде логических единиц и нулей либо из положительных и отрицательных логических единиц, включающий на передающей стороне

группирование последовательно следующих элементов входного дискретного сообщения в блоки длительностью Т_б, преобразование одного вида блоков дискретного сообщения в шумоподобный сигнал и преобразование элементов иного вида блоков этого дискретного сообщения в другой шумоподобный сигнал,

расположение каждого из выбранных шумоподобных сигналов в пределах интервала Т_б, следующего за интервалом, где расположен блок элементов входного дискретного сообщения, которому поставлен в соответствие требуемый шумоподобный сигнал,

создание последовательности из шумоподобных сигналов S_A+1, относящихся к блокам сгруппированных элементов входных дискретных сообщений,

осуществление передачи шумоподобных сигналов по каналу связи с последующим выполнением на приемной стороне операции согласованной фильтрации, сравнение полученных после согласованной фильтрации сигналов с пороговым уровнем, формирование сигналов распознавания,

отличающийся тем, что введены такие операции как

выбор последовательности длительностей слот Ψ=(Λ_d, d=1, 2, …, D), Λ_d≥0, D - количество выбранных слот,

выбор g1_d неодинаковых элементов для каждой из систем кодирования дискретных сообщений разных слота, составляющих последовательность G1=(g1_d, d=1, 2, …, D), g1_d>0,

определение наибольшего значения g1_m≥g1_d элементов последовательности G1, при этом элементы каждой из систем кодирования дискретных сообщений нумеруются числовым значением α_d, которое может изменяться от нуля до (g1_d-1),

осуществление на каждом слоте группирования элементов дискретных сообщений в блоки длительностью Т_б так, чтобы в каждом блоке размещалось по g2_d элементов, где g2_d=log₂g1_d с округлением в большую сторону до ближайшего целого числа, или задание параметру g2_d величины, равной количеству элементов в блоке входного шифрованного дискретного сообщения или сообщения с избыточным кодированием, при этом g1_d=2^а, где a=g2_d, d=1, 2, …, D,

введение соответствия между числовым значением α_d каждого элемента выбранной системы кодирования на любом слоте и каждым вариантом набора сгруппированных в блоки элементов дискретных сообщений,

выбор g3≥g1_m разных шумоподобных сигналов, уровень боковых пиков автокорреляционной и взаимной корреляционной функций которых не более положительных чисел R и W соответственно, где R и W - целые положительные числа, меньшие наибольшего значения u_m модуля автокорреляционных функций этих шумоподобных сигналов,

нумерация выбранных шумоподобных сигналов последовательно целыми числами от 1 до g3 и расположение их в формуляре,

составление ключей шифрования кодов для каждого d-го слота в виде последовательности M_j,d, j=1, 2, …, g1_d, так что значение А любого элемента этой последовательности, задаваемое пользователем, равно уменьшенному на единицу порядковому номеру одного из шумоподобных сигналов из формуляра, А является одним из целых положительных чисел от 0 до (g3-1), которое используется лишь однажды, g1_d - количество символов в системе кодирования на d-м слоте, g3 - количество шумоподобных сигналов в формуляре, определение ключей дешифрования для каждого слота в виде элементов последовательности M'=M'_d=(M'_j,d, 1≤j≤g3, d=1, 2, …, D), любое значение которой является одним из целых положительных чисел от 0 до (g1_d-1), используемым лишь однажды, причем элементы последовательности М' получены так, что порядковые номера j-x элементов последовательности ключей шифрования M_j,d, j=1, 2, …, g1_d, d=1, 2, …, D, уменьшаются на единицу и меняются местами с значениями элементов этой последовательности, порядковые номера этой новой созданной числовой последовательности увеличиваются на единицу и элементы полученной последовательности со своими измененными порядковыми номерами расставляются в порядке возрастания этих номеров,

осуществление синхронизации операций формирования ключей шифрования кодов M_d и ключей дешифрования M'_d, d=1, 2, …, D на каждом d-м слоте,

установление для каждого d-го слота взаимно-однозначного соответствия между любым блоком входных дискретных сообщений с числовым значением α_d и одним из шумоподобных сигналов из формуляра S_A+1 с номером А+1=M_α+1+1,

расположение каждого из выбранных шумоподобных сигналов в пределах интервала Т_б, следующего за интервалом, где для рассматриваемого слота расположен блок, которому поставлен в соответствие подобающий шумоподобный сигнал,

передача шумоподобных сигналов, соответствующих блокам каждого рассматриваемого слота, через среду распространения канала связи непосредственно либо с использованием в качестве модулирующих сигналов,

осуществление согласованной фильтрации принятых шумоподобных сигналов, соответствующих блокам любого слота всеми g3 различными оптимальными фильтрами, каждый из которых согласован с одним из шумоподобных сигналов формуляра,

сравнение каждого из выходных сигналов согласованных фильтров, соответствующих рассматриваемому слоту, с соответствующим пороговым уровнем U_п, который выбирают большим наибольшего из чисел R и W и который должен быть меньше наибольшего значения сигнала на выходе согласованного фильтра, когда на входе фильтра имеется шумоподобный сигнал, с которым согласован этот фильтр,

проверка превышения каждым из сигналов, полученным после выполнения согласованной фильтрации, относящимся к рассматриваемому слоту и имеющим А+1-й порядковый номер в формуляре, значения соответствующего порогового уровня U_п и в случае такого превышения

формирование сигналов распознавания , имеющих значение "1" и индекс А+1, где индекс определяет порядковый номер А+1 принятого на рассматриваемом слоте шумоподобного сигнала, при этом все прочие значения сигналов распознавания равны "0",

составление последовательности , элементами которой являются сигналы распознавания всех шумоподобных сигналов из формуляра,

замена в соответствии с ключами дешифрования для рассматриваемого слота значений и индексов сигналов распознавания на один из сигналов со значением "1" и индексом С+1, являющимся элементом последовательности , также С-измененное в соответствии с ключами дешифрования значение уменьшенного на единицу номера шумоподобного сигнала, вместе с этим замена в соответствии с ключами дешифрования величин А на значения С определяет значения выходных дискретных сообщений для получения которых

первоначально составляется последовательность целых положительных чисел Х°=(Х°_j,d, j=1, 2, …, d=1, 2, …, D), 0≤Х°≤(g3-1), соответствующих ключам шифрования по правилам:

"Если" X_{вх j,d}=0, "ТО" X°_j,_d=M₁,_d, или

"Если" X_{вх j,d} =1, "ТО" X°_j,d=M₂,_d, или

"Если" X_{вх j,d} =2, "ТО" X°_j,d=M_3,d, или …

"Если" X_{вх j,d} =(g1-1), "ТО" X°_j,d=M_gld,d,

где j=1, 2,…; d=1, 2, …, D - индексы нумерации блоков и слот;

X_{вх j,d} - значение j-го блока входных дискретных сообщений на d-слоте;

X°_j,d - значение уменьшенного на единицу номера шумоподобного сигнала, поставленного в соответствие j-му блоку после шифрования номеров кодов на d-слоте;

M_1,d; M_2,d; …, M_g1d,d - последовательность значений ключей шифрования кодов на d-слоте;

g1_d - количество символов в выбранной системе кодирования на d-слоте;

g3 - количество выбранных шумоподобных сигналов, размещенных в формуляре, после чего реализуется восстановление блоков дискретных сообщений, относящихся к рассматриваемому слоту путем изменения расположения элементов последовательности (X°_j,d, j=1, 2, …, d=1, 2, …, D), так что целые положительные числа Х° заменяются на заданные ключи дешифрования, что определяет величины элементов выходных дискретных сообщений Х_вых, которые выбирается по правилу так, что если Х°_j,d=0, то Х_вых=M'_1,d, или если X°_j,d=1, то Х_вых=M'_2,d, или если Х°_j,d=2, то Х_вых=М'_3,d, или … если X°_j,d=(g3-1), то Х_вых=M'_g3,d, где j=1, 2, … - индекс нумерации блоков, M'=(M'_j,d, 1≤j≤g3, d=1, 2, …, D) - ключи дешифрования для каждого d-го слота,

в заключении производится передача восстановленных на d-м слоте дискретных сообщений Х_вых на выход получателю.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что все элементы системы кодирования различны и могут быть представлены в виде чисел или символов, или сочетаний символов, или сочетаний символов и чисел либо в виде мультимедийных файлов.

3. Устройство передачи дискретных сообщений, которое содержит преобразователь входных дискретных сообщений, генератор шумоподобных сигналов, канал связи, согласованный фильтр, решающее устройство, формирователь выходных дискретных сообщений, вместе с тем

выход генератора шумоподобных сигналов подключен к входу канала связи, выход которого соединен с входом согласованного фильтра, выход согласованного фильтра подключен к входу решающего устройства, вход преобразователя входных дискретных сообщений соединен с входом заявленного устройства,

выход формирователя выходных дискретных сообщений соединен с выходом заявленного устройства,

генератор шумоподобных сигналов формирует различные шумоподобные сигналы, уровень боковых пиков автокорреляционной и взаимной корреляционной функций которых не более положительных чисел R и W соответственно, где R и W - числа, меньшие наибольшего значения u_m модуля автокорреляционных функций шумоподобных сигналов,

отличающееся тем, что дополнительно введены

блок коммутаторов, блок управления коммутаторами, генератор ключей дешифрования, генератор ключей шифрования кодов, блок переключателей, блок управления переключателями, программатор слот, причем

выходы преобразователя входных дискретных сообщений соединены с входами первой функциональной группы входов блока коммутаторов, вторая функциональная группа входов блока коммутаторов соединена с функциональной группой выходов блока управления коммутаторами, функциональная группа входов блока управления коммутаторами соединена с выходами генератора ключей шифрования кодов, все выходы функциональных групп выходов блока коммутаторов соединены с функциональной группой входов генератора шумоподобных сигналов,

выходы согласованного фильтра составляют функциональную группу и подключены к входам решающего устройства, выходы решающего устройства

подключены к входам первой функциональной группы входов блока переключателей, вторая функциональная группа входов блока переключателей соединена с функциональной группой выходов блока управления переключателями, функциональная группа входов блока управления переключателями соединена с выходами генератора ключей дешифрования, функциональные группы выходов блока переключателей соединены с функциональной группой входов формирователя выходных дискретных сообщений,

первый выход программатора слот подключен к входу генератора ключей дешифрования, второй выход программатора слот соединен с входом генератора ключей шифрования кодов, при этом

генератор ключей шифрования кодов формирует для каждого d-го слота сигналы вида:

где Ψ=(Λ_d, d=1, 2, …, D) - последовательность ключей шифрования длительностей слот;

G1=(g1_d, d=1, 2, …, D) - последовательность ключей шифрования систем кодирования для различных слот;

i, j, d, - индексы нумерации элементов, блоков и слот;

t_d=t_d-1+…Λ_d - момент времени окончания d-го слота длительностью Λ_d≥0;

g1_d - количество символов в выбранной на d-м слоте системе кодирования;

g2_d - количество элементов в блоке на d-м слоте;

M_d - последовательность значений ключей шифрования кодов для любого d-го слота, каждое значение является одним из целых положительных чисел от 0 до (g3-1), используемым при составлении последовательности один раз,

генератор ключей дешифрования формирует для каждого d-го слота сигналы вида:

где Ψ'=(Λ'_d, d=1, 2, …, D) - последовательность ключей шифрования длительностей слот;

i, j, d, - индексы нумерации элементов, блоков и слот;

g1_d - количество символов в выбранной на d-м слоте системе кодирования;

t'_d=t'_d-1+Λ'_d - момент времени окончания d-го слота длительностью Λ'_d≥0;

M'_d - последовательность значений ключей дешифрования для любого d-го слота, каждое значение является одним из целых положительных чисел от 0 до (g1_d-1), используемым при составлении последовательности один раз, причем

значения ключей дешифрования (M'_j,d, j=1, 2, …) для каждого d-го слота получены так, что порядковые номера j-x элементов последовательности ключей шифрования кодов M_j,d уменьшаются на единицу и меняются местами с значениями элементов этой последовательности, порядковые номера новой числовой последовательности увеличиваются на единицу и элементы полученной последовательности со своими измененными порядковыми номерами расставляются в порядке возрастания этих номеров,

сигналы формирователя выходных дискретных сообщений определяются по правилу:

"Если" X°_j,_d=0, "ТО" X_{вых j,d}=М'_1,d, или

"Если" X°_j,_d=1, "ТО" X_{вых j,d}=M'_2,d, или

"Если" X°_j,d=2, "ТО" X_{вых j,d}=M'_3,d, или …

"Если" X°_j,d=(g3-1), "ТО" X_{вых j,d}=M'_g3,d,

где j=1, 2, …, d=1, 2, …, D - индекс нумерации блоков и слот;

X°_j,d - значение уменьшенного на единицу номера шумоподобного сигнала, поставленного в соответствие j-му блоку после шифрования номеров кодов на d-слоте;

X_{вых j,d} - значение j-го блока выходных дискретных сообщений на d-м слоте;

M'_1,d; M'_2,d; …; M'g_3,d - последовательность значений ключей дешифрования на d-м слоте,

при этом учитывается, что

"Если" Х_вхj,d=0, "ТО" Х°_j,d=М_1,d, или

"Если" X_{вх j,d}=1, "ТО" X°_j,d=M_2,d, или

"Если" X_{вх j,d}=2, "ТО" X°_j,d=M_3,d, или …

"Если" X_{вх j,d} =(g1-1), "TO" X°_j,d=M_gld,_d,

где j=1, 2, …; d=1, 2, …, D - индексы нумерации блоков и слот;

Х_{вх j,d} - значение j-го блока входных дискретных сообщений на d-слоте;

X°_j,d - значение j-го блока после шифрования номеров кодов на d-слоте;

M_1,d; M_2,d; …, M_g1d,d - последовательность значений ключей шифрования кодов на d-слоте;

g1_d - количество символов в выбранной системе кодирования на d-слоте;

g3 - количество выбранных шумоподобных сигналов, размещенных в формуляре,

программатор слот осуществляет синхронизацию операций формирования ключей шифрования кодов M_d и ключей дешифрования M'_d, d=1, 2, …, D на каждом d-м слоте.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что преобразователь входных дискретных сообщений содержит сопрягающее устройство преобразователя и логическое устройство преобразователя, вход сопрягающего устройства соединен с входом преобразователя входных дискретных сообщений, выход сопрягающего устройства подключен к входу логического устройства преобразователя, все g1_m выходов которого соединены с соответствующими выходами преобразователя входных дискретных сообщений, g1_m - наибольшее количество элементов среди выбранных систем кодирования;

логическое устройство преобразователя выполнено на логических элементах или на программируемых логических матрицах;

сопрягающее устройство выполнено на пассивных элементах, или на транзисторах, или на микросхемах, или в виде универсальной последовательной шины USB.

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что блок коммутаторов содержит функциональную группу из g1_m коммутаторов, первые входы которых соединены с соответствующими входами первой функциональной группы входов блока коммутаторов, вторые входы коммутаторов представляют собой g1_m функциональных групп, каждая из которых состоит из g3 входов, подключенных к соответствующим входам вторых функциональных групп входов блока коммутаторов, каждый коммутатор содержит g3 выходов, которые подключены к выходам блока коммутаторов, g1_m - наибольшее количество элементов среди выбранных систем кодирования, g3 - количество шумоподобных сигналов, g1_m≤g3;

блок коммутаторов выполнен на элементах аналоговой или цифровой схемотехники или на программируемых логических матрицах.

6. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что блок управления коммутаторами содержит функциональную группу из g1_m формирователей управления, входы которых соединены с входами блока управления коммутаторами, выходы каждого формирователя управления образуют функциональную группу из g3 выходов, соединенных с соответствующими выходами блока управления коммутаторами, g1_m - наибольшее количество элементов среди выбранных систем кодирования, g3 - количество шумоподобных сигналов;

блок управления коммутаторами выполнен на элементах аналоговой или цифровой схемотехники или программируемых логических матрицах.

7. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что генератор шумоподобных сигналов представляет собой функциональную группу из g3 формирователей каждого шумоподобного сигнала, входы формирователей составляют функциональную группу входов генератора, выходы формирователей соединены параллельно и составляют функциональную группу выходов генератора, g3 - количество формируемых шумоподобных сигналов;

формирователи шумоподобных сигналов выполнены в виде устройств на поверхностных акустических волнах, или на элементах дискретной схемотехники, или в виде запоминающего устройства, или на программируемых логических матрицах для непосредственной передачи по каналу связи;

формирователи шумоподобных сигналов выполнены в виде устройств для формирования кодов шумоподобных сигналов или самих шумоподобных сигналов и в виде модулятора несущих колебаний для передачи по каналу связи указанных кодов и сигналов, так что модулирующими сигналами являются эти коды и сигналы.

8. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что генератор ключей шифрования кодов выполнен на элементах дискретной схемотехники, или в виде запоминающего устройства, или на программируемых логических матрицах.

9. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что канал связи представляет собой совокупность технических средств, таких как модулятор, передатчик, приемник, демодулятор, и физическую среду, такую как газ, или жидкость, или твердое тело, или вакуум;

канал связи является линией проводной электрической связи, или радиосвязи, или каналом звуковой акустической связи, или линией световой оптической связи;

канал связи выполнен в виде проводников элементов схем, или волоконно-оптического кабеля, или коаксиального кабеля, или волновода, или звукопровода, или витой пары, или радиоканала наземной либо спутниковой связи.

10. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что согласованный фильтр представляет собой функциональную группу из g3 согласованных фильтров, их входы соединены параллельно и составляют вход согласованного фильтра, импульсные отклики каждого из согласованных фильтров оптимальны одному из различных сигналов генератора шумоподобных сигналов, выходы каждого из согласованных фильтров составляют функциональную группу выходов согласованного фильтра, g3 - количество шумоподобных сигналов;

согласованный фильтр выполнен на элементах аналоговой или цифровой схемотехники, устройствах на поверхностных акустических волнах.

11. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что решающее устройство представляет собой функциональную группу из g3 решающих устройств, входы и выходы которых составляют функциональные группы входов и выходов всего решающего устройства, g3 - количество выбранных шумоподобных сигналов;

решающее устройство выполнено на элементах аналоговой или цифровой схемотехники.

12. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что блок переключателей содержит функциональную группу g3 переключателей, первые и вторые входы которых соединены с первой и второй функциональной группой входов блока переключателей,

выходы каждого переключателя образуют функциональную группу g1_m выходов, соединенных с соответствующими выходами блока переключателей, g3 - количество выбранных шумоподобных сигналов;

блок переключателей выполнен на элементах аналоговой или цифровой схемотехники или программируемых логических матрицах.

13. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что блок управления переключателями содержит функциональную группу g3 преобразователей управления, входы которых соединены с входами блока управления переключателями, выходы каждого преобразователя управления составляют функциональную группу из g1_m выходов, соединенных с выходами блока управления переключателями, g3 - количество выбранных шумоподобных сигналов; g1_m - наибольшее количество элементов среди выбранных систем кодирования; блок управления переключателями выполнен на элементах аналоговой или цифровой схемотехники или на программируемых логических матрицах.

14. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что формирователь выходных дискретных сообщений содержит восстановитель элементов дискретных сообщений и сопрягающее устройство формирователя, входы восстановителя элементов дискретных сообщений соединены с g1_m входами формирователя выходных дискретных сообщений, выход восстановителя элементов дискретных сообщений подключен к входу сопрягающего устройства формирователя, выход сопрягающего устройства соединен с выходом формирователя выходных дискретных сообщений;

восстановитель элементов дискретных сообщений выполнен на элементах дискретной схемотехники, или на программируемых логических матрицах, или в виде запоминающего устройства;

сопрягающее устройство формирователя выполнено на пассивных элементах, или на транзисторах, или на микросхемах, или в виде универсальной последовательной шины USB.

15. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что генератор ключей дешифрования выполнен на элементах дискретной схемотехники, или в виде запоминающего устройства, или на программируемых логических матрицах.

16. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что программатор слот содержит синхронизатор и генератор слот, первый выход программатора слот соединен с первым выходом генератора слот и третьим выходом синхронизатора, второй выход программатора слот подключен к вторым выходам генератора слот и синхронизатора, первый выход синхронизатора соединен с входом программатора слот;

программатор слот выполнен на элементах аналоговой или дискретной схемотехники, или на программируемых логических матрицах, или в виде запоминающего устройства.