способ передачи информации в системах с кодовым разделением каналов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ передачи информации в системах с кодовым разделением каналов, заключающийся в применении для передачи сообщений сменяемых от одного информационного символа к другому кодовых последовательностей, отличающийся тем, что в качестве кодовых последовательностей используют последовательности, получаемые путем функциональных преобразований случайных функций, основанным на свойстве инвариантности дифференциала вероятности

g( )d =f(x)dx,

где x - исходная случайная величина;

f(x) - плотность распределения исходной случайной величины;

- случайный интервал времени между мгновенными значениями, преобразованными случайными величинами;

g( ) - плотность распределения преобразованной функции, причем случайные величины х и связаны однозначной детерминированной функциональной зависимостью

= (x),

представляющую собой однозначную дифференцируемую функцию, допускающую обратное преобразование

x= ( ),

таким образом, что из упомянутого свойства следует, что функция распределения случайной величины равна



и позволяет определить значение случайной величины :

= {F^-1[rnd(1)+F(a)]},

где F^-1 - функция, обратная функции распределения случайной функции x, причем F'(x)=f(x);

rnd(1) - числовые значения, генерируемые генератором случайных чисел, равномерно распределенные на интервале [0,1];

- параметр, определяемый из условия нормировки

2. Устройство передачи информации в системах с кодовым разделением каналов, включающее передающую аппаратуру, содержащую N каналов, каждый из которых содержит блок цифровой информации, подключенный своим выходом к первому входу модулятора, выход которого является выходом каждого канала, соединенный через объединитель блока формирования группового сигнала с первым входом модулятора блока формирования группового сигнала, выход которого является выходом блока формирования группового сигнала, который через блок фазовой модуляции и усилитель мощности подключен к передающей антенне, второй вход модулятора блока формирования группового сигнала соединен с выходом генератора сигнала синхронизации, вход которого соединен с первым выходом блока служебной информации, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, второй выход блока служебной информации соединен с входами блоков цифровой информации каждого из N каналов; приемную аппаратуру, содержащую блок высокочастотной селекции, вход которого соединен с приемной антенной, а выход одновременно подсоединен к первому входу блока корреляционной обработки, выход которого соединен с первым входом блока выделения информации, соединенного своим выходом с блоком получателя информации, и первому входу блока обнаружения сигнала синхронизации, первый выход которого через блок поиска подключен к первому входу блока копии генератора сигнала синхронизации, выход которого соединен с вторым входом блока обнаружения сигнала синхронизации, при этом блок копии генератора тактовых импульсов подключен ко вторым входам блока копии генератора сигнала синхронизации и блока выделения информации соответственно, отличающееся тем, что в передающую аппаратуру введен блок задания исходных функций, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выходы по числу преобразуемых функций подключены к первым входам блока функциональных преобразований, выход которого соединен с входом преобразователя, а первый вход подсоединен к выходу генератора случайных чисел, первые входы которого по числу начальных значений подключены к выходам блока задания начальных значений, связанный своим входом с выходом генератора тактовых импульсов, второй вход генератора случайных чисел соединен с третьим выходом блока служебной информации, выходы преобразователя соединены с входами модулятора каждого канала; в приемную аппаратуру введен блок задания копий исходных функций, выходы которого соединены с первыми входами по числу преобразуемых функций копии блока функциональных преобразований, выход которого подключен к второму входу блока корреляционной обработки, а второй вход подсоединен к выходу копии генератора случайных чисел, первые входы которого соединены с выходами по числу начальных значений блока задания копий начальных значений, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, подсоединенный своим выходом к второму входу копий блока функциональных преобразований и входу блока задания копий исходных функций, при этом третий вход копии генератора случайных чисел соединен с вторым выходом блока обнаружения сигнала синхронизации.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок функциональных преобразований содержит функциональный преобразователь, первый и второй входы которого соединены с выходами блока задания исходных функций соответственно, а выход подключен к первому входу блока вычисления обратной функции, второй вход которого подсоединен к выходу генератора случайных чисел, при этом выход блока вычисления обратной функции соединен с счетным выходом триггера, прямой выход которого соединен с входом блока нормировки, выход которого подсоединен к первому входу блока выделения сегмента, второй вход которого через делитель частоты соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход является выходом блока функциональных преобразований.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области радиосвязи, а именно к передаче сообщений по радиоканалам с использованием широкополосных шумоподобных сигналов с кодовым разделением абонентов, а также в высокоскоростных системах передачи конфиденциальной информации.

Уровень техники

Известен способ передачи информации с кодовым разделением каналов, который используется в сотовой системе подвижной радиосвязи общего пользования с кодовым разделением каналов (фирма Qualkomm, Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. - М.: АОЗТ «Эко-трендз Ко», 1996). Система многостанционного доступа с кодовым разделением Qualkomm построена по принципу расширения спектра частот на основе использования 64 видов последовательностей, сформированных по закону функций Уолша.

Передатчик базовой станции может одновременно передавать информацию по 64 каналам. В каждом канале используется одна из 64 последовательностей Уолша. При изменении знака информационного сообщения фаза используемой последовательности изменяется на 180 градусов. Синхронизирующий сигнал, на фоне которого передаются информационные сигналы, служит для введения передатчика базовой станции и приемника абонентской станции в цикловую фазу и обеспечивает передачу служебной информации.

Поскольку сигналы Уолша имеют ярко выраженную регулярную структуру, которая известна, данный способ обладает низкой структурной скрытностью в системах многостанционного доступа с кодовым разделением каналов, плохими корреляционными свойствами и недостаточно длинными кодовыми последовательностями.

Наиболее близким по технической сущности способом, выбранным в качестве прототипа, является способ передачи информации в системах с кодовым разделением каналов и устройство для его осуществления (патент РФ № 2234191, Н04В 7/216, H04L 9/26, опубл. 10.08.2004 г.).

Достижение технического результата в виде повышения уровня структурной скрытности передачи в данном изобретении достигается включением операции одновременной передачи сложных широкополосных сигналов на фоне сигнала синхронизации с использованием ортогональных словарей на основе нелинейных последовательностей де Брейна со сменой формы последовательности в процессе передачи от одного информационного символа к другому, каждое кодовое слово которых может быть построено путем суммирования по модулю два сигналов, снимаемых с разрядов регистра сдвига с нелинейными обратными связями, функция обратных связей которого задается формулой

где - разрешенный набор двоичных чисел, определяющих порядок подключения прямых и инверсных выходов m;

d - число разрешенных наборов двоичных чисел для генерирования последовательности L, равной 2^m;

, если , ;

а если , то .

Устройство передачи, включающее передающую аппаратуру, содержащую N, равное 2^m каналов, каждый из которых содержит блок цифровой информации, модулятор, объединитель блока формирования группового сигнала, блок фазовой модуляции, усилитель мощности, подключенный к передающей антенне, генератор сигнала синхронизации, генератор тактовых импульсов, блок служебной информации, блок перестройки структуры сигнала, генератор де Брейна, а в приемной аппаратуре содержит блок высокочастотной селекции/связанный с приемной антенной, блок корреляционной обработки, блок обнаружения сигнала синхронизации, блок поиска, генератор копии сигнала синхронизации, блок выделения служебной информации, генератор тактовых импульсов, блок выделения информации, блок получателя информации, блок перестройки структуры сигнала, генератор копии сигнала де Брейна и связи между ними.

Недостатками данного способа являются:

а) ограниченный набор словарей де Брейна, определяемый следующей формулой:

где b_i - число элементов в i-м цикле,

k - общее число циклов подстановки;

б) номенклатура длин последовательностей невелика

L=2^m,

где m - число элементов памяти регистра сдвига,

и зависит от m, при больших значениях m приводит к достаточно высокой сложности аппаратуры, генерирующей кодовые последовательности;

в) усложнение алгоритма формирования приводит к нарушению сбалансированности структуры ПСП;

г) взаимокорреляционные свойства ПСП с увеличением объема ансамбля начинают резко ухудшаться.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является повышение уровня структурной скрытности за счет повышения длины кода и увеличения объемов ансамблей, а также улучшение корреляционных свойств передаваемого сигнала.

Технический результат состоит в повышении уровня структурной скрытности за счет увеличения длины кода и объемов ансамблей, а также улучшения корреляционных свойств сформированного сигнала.

Для достижения технического результата в способе передачи информации в системах с кодовым разделением каналов, заключающемся в применении для передачи сообщений сменяемых от одного информационного символа к другому кодовых последовательностей, в качестве которых согласно изобретению используют последовательности, получаемые путем функциональных преобразований случайных функций, основанным на свойстве инвариантности дифференциала вероятности

g( )d =f(x)dx,

где х - исходная случайная величина;

f(x) - плотность распределения исходной случайной величины;

- случайный интервал времени между мгновенными значениями, преобразованными случайными величинами;

g( ) - плотность распределения преобразованной функции, причем случайные величины х и связаны однозначной детерминированной функциональной зависимостью

= (х),

представляющую собой однозначную дифференцируемую функцию, допускающую обратное преобразование

х= ( ),

таким образом, что из упомянутого свойства следует, что функция распределения случайной величины равна

и позволяет определить значение случайной величины :

= {F^-1[rnd(1)+F(a)]},

где F ^-1 - функция, обратная функции распределения случайной функции х, причем F'(x)=f(x);

rnd(1) - числовые значения, генерируемые генератором случайных чисел, равномерно распределенные на интервале [0,1];

а - параметр, определяемый из условия нормировки

Для получения случайной величины с заданной функцией распределения необходимо построить детерминированную функцию =G^-1(х) и получить искомые случайные значения этой функции от аргумента, определяемого числом, являющимся случайной величиной с равномерным законом распределения на интервале [0,1]. Таким образом, перепишем формулу для с учетом этого замечания.

= {F^-1[rnd(1)+F(a)]},

где rnd(1) - случайные числа, равномерно распределенные в интервале [0,1].

Отождествляя с интервалом времени между моментами появления случайных чисел, получим последовательности с заданными свойствами.

Путем подачи последовательности на счетный вход Т триггера RST можно получить последовательности, в которых как длительности импульсов, так и интервалы между ними будут случайной величиной единичной амплитуды, где распределение опрокидываний осуществлено по закону

= {F^-1[rnd(1)+F(a)]}.

Синхронность работы тактовых генераторов на приемной и передающей части осуществляется традиционным способом, а именно использованием высокостабильных стандартов частоты с относительной нестабильностью частоты от 10^-12 до 10^-13.

Предлагаемый способ передачи информации в системах с кодовым разделением каналов осуществляется с помощью устройства передачи информации, включающего передающую аппаратуру, содержащую N каналов, каждый из которых содержит блок цифровой информации, подключенный своим выходом к первому входу модулятора, выход которого является выходом каждого канала, соединенный через объединитель блока формирования группового сигнала с первым входом модулятора блока формирования группового сигнала, выход которого является выходом блока формирования группового сигнала, который через блок фазовой модуляции и усилитель мощности подключен к передающей антенне, второй вход модулятора блока формирования группового сигнала соединен с выходом генератора сигнала синхронизации, вход которого соединен с первым выходом блока служебной информации, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, второй выход блока служебной информации соединен с входами блоков цифровой информации каждого из N каналов; приемную аппаратуру, содержащую блок высокочастотной селекции, вход которого соединен с приемной антенной, а выход одновременно подсоединен к первому входу блока корреляционной обработки, выход которого соединен с первым входом блока выделения информации, соединенного своим выходом с блоком получателя информации, и первому входу блока обнаружения сигнала синхронизации, первый выход которого через блок поиска подключен к первому входу блока копии генератора сигнала синхронизации, выход которого соединен с вторым входом блока обнаружения сигнала синхронизации, при этом блок копии генератора тактовых импульсов подключен к вторым входам блока копии генератора сигнала синхронизации и блока выделения информации, соответственно. При этом согласно изобретению в передающую аппаратуру введен блок задания исходных функций, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выходы подключены к первым входам блока функциональных преобразований, выход которого соединен с входом преобразователя, а первый вход подсоединен к выходу генератора случайных чисел, первые входы которого подключены к выходам блока задания начальных значений, связанный своим входом с выходом генератора тактовых импульсов, второй вход генератора случайных чисел соединен с третьим выходом блока служебной информации, выходы преобразователя соединены с входами модулятора каждого канала; в приемную аппаратуру также согласно изобретению введен блок задания копий исходных функций, выходы которого соединены с первыми входами копии блока функциональных преобразований, выход которого подключен к второму входу блока корреляционной обработки, а второй вход подсоединен к выходу копии генератора случайных чисел, первые входы которого соединены с выходами блока задания копий начальных значений, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, подсоединенный своим выходом к второму входу копий блока функциональных преобразований и входу блока задания копий исходных функций, при этом третий вход копии генератора случайных чисел соединен с вторым выходом блока обнаружения сигнала синхронизации. Блок функциональных преобразований содержит функциональный преобразователь, первый и второй входы которого соединены с выходами блока задания исходных функций, соответственно, а выход подключен к первому входу блока вычисления обратной функции, второй вход которого подсоединен к выходу генератора случайных чисел, при этом выход блока вычисления обратной функции соединен с счетным входом триггера, прямой выход которого соединен с входом блока нормировки, выход которого подсоединен к первому входу блока выделения сегмента, второй вход которого через делитель частоты соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход является выходом блока функциональных преобразований.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана структурная схема передающей аппаратуры устройства передачи информации с кодовым разделением каналов.

На фиг.2 показана структурная схема приемной аппаратуры устройства передачи информации с кодовым разделением каналов.

На фиг.3 приведена структурная схема блока функциональных преобразований.

На фиг.4 приведен пример выполнения схемы генератора случайных чисел.

На фиг.5 диаграммы работы устройства передачи информации с кодовым разделением каналов.

Осуществление изобретения

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности: сначала с помощью вспомогательного синхронизирующего сложного сигнала передающая аппаратура базовой станции и приемная аппаратура абонентских станций вводится в цикловую фазу. Затем посредством манипуляции вспомогательного сигнала синхронизации на каждую абонентскую станцию передается служебная информация (единый начальный блок для всех абонентских станций). После выполнения указанной процедуры начинается одновременная передача всеми абонентами цифровой информации по каналам связи, при этом в каждом канале связи каждому биту информации фиксированного канала ставится в соответствие сложный сигнал, структура которого зависит от номера сигнала исходной последовательности ортогональных сигналов и содержания передаваемого бита, причем, если информационный бит равен нулю, то за время длительности информационного бита, передается один период сложного сигнала прямой структуры, а в случае, если информационный бит равен единице - инверсной структуры. После передачи очередного информационного бита в каждом канале связи на передающей и приемной стороне производится синхронная смена кодовых слов переносчиков информации каждого канала. При этом сигнал, используемый на приемной стороне для корреляционной обработки, будет иметь структуру, совпадающую с сигналом, излучаемым передатчиком, и, следовательно, может быть использован для обработки информационного потока, адресованного получателю цифровой информации.

В качестве кодовых слов используют последовательности, получаемые путем функциональных преобразований случайных функций, основанных на свойстве инвариантности дифференциала вероятности

g( )d =f(x)dx,

где х - исходная случайная величина;

f(x) - плотность распределения исходной случайной величины;

- случайный интервал времени между мгновенными значениями, преобразованными случайными величинами;

g( ) - плотность распределения преобразованной функции, так что случайные величины х и связаны однозначной детерминированной функциональной зависимостью

= (õ),

представляющую собой однозначную дифференцируемую функцию, допускающую обратное преобразование

х= ( ),

таким образом, из упомянутого свойства следует, что функция распределения случайной величины равна

и позволяет определить значение случайной величины :

= {F^-1[rnd(1)+F(a)]},

где F ^-1 - функция, обратная функции распределения случайной функции х, причем F'(x)=f(x);

rnd(1) - числовые значения, генерируемые генератором случайных чисел, равномерно распределенных на интервале [0,1];

а - параметр, определяемый из условия нормировки

Устройство передачи информации в системах с кодовым разделением каналов (фиг.1-3), включающее передающую аппаратуру, содержащую N каналов 1, каждый из которых содержит блок цифровой информации 2, подключенный своим выходом к первому входу модулятора 3, выход которого является выходом каждого канала, соединенный через объединитель 4 блока формирования группового сигнала 5 с первым входом модулятора 6 блока формирования группового сигнала 5, выход которого является выходом блока формирования группового сигнала 5, который через блок фазовой модуляции 7 и усилитель мощности 8 подключен к передающей антенне 9, второй вход модулятора 6 блока формирования группового сигнала 5 соединен с выходом генератора сигнала синхронизации 10, вход которого соединен с первым выходом блока служебной информации 11, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 12, второй выход блока служебной информации 11 соединен с входами блоков цифровой информации 2 каждого из N каналов; приемную аппаратуру, содержащую блок высокочастотной селекции 13, вход которого соединен с приемной антенной 14, а выход одновременно подсоединен к первому входу блока корреляционной обработки 15, выход которого соединен с первым входом блока выделения информации 16, соединенного своим выходом с блоком получателя информации 17, и первому входу блока обнаружения сигнала синхронизации 18, первый выход которого через блок поиска 19 подключен к первому входу блока копии генератора сигнала синхронизации 20, выход которого соединен с вторым входом блока обнаружения сигнала синхронизации 18, при этом блок копии генератора тактовых импульсов 21 подключен ко вторым входам блока копии генератора сигнала синхронизации 20 и блока выделения информации 16, соответственно. В передающую аппаратуру введен блок задания исходных функций 22, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 11, а выходы подключены к первым входам блока функциональных преобразований 23, выход которого соединен с входом преобразователя 24, а первый вход подсоединен к выходу генератора случайных чисел 25, первые входы которого подключены к выходам блока задания начальных значений 26, связанный своим входом с выходом генератора тактовых импульсов 12, второй вход генератора случайных чисел 25 соединен с третьим выходом блока служебной информации 11, выходы преобразователя 24 соединены с входами модулятора 3 каждого канала 1, в приемную аппаратуру введен блок задания копий исходных функций 27, выходы которого соединены с первыми входами копии блока функциональных преобразований 28, выход которого подключен ко второму входу блока корреляционной обработки 15, а второй вход подсоединен к выходу копии генератора случайных чисел 29, первые входы которого соединены с выходами блока задания копий начальных значений 30, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 21, подсоединенный своим выходом к второму входу копий блока функциональных преобразований 28 и входу блока задания копий исходных функций 27, при этом третий вход копии генератора случайных чисел 29 соединен с вторым выходом блока обнаружения сигнала синхронизации 18.

Блок функциональных преобразований 23 содержит функциональный преобразователь 31, первый и второй входы которого соединены с выходами блока задания исходных функций 22, соответственно, а выход подключен к первому входу блока вычисления обратной функции 32, второй вход которого подсоединен к выходу генератора случайных чисел 25, при этом выход блока вычисления обратной функции 32 соединен с счетным входом триггера 33, прямой выход которого соединен с входом блока нормировки 34, выход которого подсоединен к первому входу блока выделения сегмента 35, второй вход которого через делитель частоты 36 соединен с выходом генератора тактовых импульсов 12, а выход является выходом блока функциональных преобразований 23.

Устройство работает следующим образом. Сигналы, снимаемые с выхода модулятора 3 каждого канала, одновременно подаются в блок формирования группового сигнала 4, где после их объединения в блоке формирования группового сигнала 5 и наложения в модуляторе 6 сигнала синхронизации, вырабатываемого генератором сигнала синхронизации 10, происходит образование группового сигнала, спектр которого после переноса в область несущей частоты в блоке фазовой модуляции 7 и усилителе мощности 8 через антенну 9 излучаются в эфир. На приемной стороне поступающий сигнал подвергается предварительной обработке в блоке высокочастотной селекции 13. С выхода этого блока сигнал одновременно подается в блок обнаружения сигнала синхронизации 18 и блок корреляционной обработки. При этом блок обнаружения сигнала синхронизации 18 совместно с блоком поиска 19 вводят в синхронизм генератор копии сигнала синхронизации 20.

Пример реализации блока функциональных преобразований

Предлагаемый пример реализации блока функциональных преобразований 23 представляет собой программный способ его реализации (например, персональный компьютер), при котором сигналы на выходе блока формируются и снимаются через программируемый USB порт и поступают на передающей стороне на вход преобразователя 24, который представляет собой преобразователь последовательного кода в параллельный. На приемной стороне формируется копия такого сигнала и подается на второй вход блока корреляционной обработки 15, где вычисляется корреляционная функция процессов между передаваемым сигналом и копией этого сигнала (смотри пункт 7 методики). Ниже приведена процедура формирования кодовых слов, используемых в процессе передачи информации в системе с кодовым разделением каналов.

1. Задание исходных функций. Реализуется блоком 22, представленным на фиг.3.

2. Функциональное преобразование. Реализуется блоком 23, представленным на фиг.3.

3. Вычисление обратной функции при а=2. Реализуется блоком 32, представленным на фиг.3.

4. Задание начальных значений. Реализуется блоком 26, представленным на фиг.4.

m_k =1, q=5¹⁷, M=2⁴⁰.

5. Генерация случайных чисел. Реализуется блоком 25, представленным на фиг.4.

При этом сигнал формируемый генератором случайных чисел представлен на фиг.5а, сигнал, получаемый на выходе триггера представлен на фиг 5b, сигнал на выходе блока сегментации показан на фиг 5с и АКФ и ВКФ процесса в блоке корреляционной обработки представлены на фиг 5d, e.

Получаемые системы сигналов являются сегментными системами [2] и формируются из отрезков последовательностей, длина которых определяется периодом работы генератора случайных чисел 25. Длина сегмента определяет рабочую длину кодовой последовательности и задается как характеристика системы передачи и определяет базу сигнала (В=N). Эта длина формируется в блоке сегментации 35 с помощью деления частоты тактового генератора 12 с помощью делителя частоты 36, коэффициент деления которого определяет длину сегмента. Такая система представляет собой производную систему сигналов [2], где в качестве производящего сигнала используется сигнал с выхода делителя (см. п.5 процедура формирования кодовых слов).

На приемной стороне осуществляется аналогичная процедура формирования копий кодовых слов, используемых в процессе приема информации в системе с кодовым разделением каналов, в копии блока функциональных преобразований 28.

Как на передающей, так и на приемной стороне в процессе обучения формируются таблицы исходных функций, которые в момент передачи информации используются для формирования рабочих кодовых комбинаций. Эти таблицы хранятся в памяти системы передачи на передающей стороне. На приемной стороне должны храниться копии этих таблиц. Использование и смена этих таблиц в каждый заданный момент времени задается блоком служебной информации 11 на передающей стороне и его копией 18 на приемной.

Пример выполнения этих таблиц в сокращенном варианте представляют собой таблицы 1 и 2.

В таблице 1 приведены 4 класса функций, для которых в первой графе даны их аналитические выражения, и которые могут рассматриваться как функции распределения с учетом формальных свойств и области задания. Во второй графе таблицы 1 заданы функции преобразования, связывающие переменные х и . В третьей графе представлены функционально преобразованные функции распределения интервалов между элементами формируемых последовательностей, а в четвертой графе показаны значения обратной функции, вычисляемые в блоке вычисления обратной функции 32 (см. п.3 методики). Функции выбраны случайным образом, но с учетом некоторых формальных приемов, позволяющих по внешним признакам оценить качество получаемых корреляционных функций. Соответствующие осциллограммы этих автокорреляционных функций приведены в третьей графе таблицы 2. В первой графе таблицы 2 приведены реализации псевдослучайных последовательностей длительностью 100 мс, полученные в виде сегментов в блоке сегментации 35 и нормировки 34. Качество последовательности определено по значениям коэффициента дисбаланса d и по оптимальному числу блоков в последовательности µ ₀ (блок - это расстояние между двумя смежными опрокидываниями триггера). Их значения приведены во второй графе таблицы 2. Качество автокорреляционных функций (АКФ) и взаимокорреляционных функций (ВКФ) определяется уровнем боковых пиков ( _A, _B), значения которых приведены во второй графе таблицы 2. В [3] показано, что для последовательностей, обладающих «хорошими» взаимокорреляционными свойствами, как наиболее важными для систем CDMA, уровень боковых пиков не должен превышать

Пример выполнения генератора случайных чисел

Структурная схема генератора случайных чисел 25 приведена на фиг.4. Генератор случайных чисел 25 содержит множительное устройство 37, первый вход которого соединен с первым выходом блока задания начальных значений 26, а выход подключен к первому входу блока масштабирования 38, второй вход которого соединен с вторым выходом блока задания начальных значений 26, выход блока масштабирования 38 подсоединен через блок округления 39 к одному из входов блока вычитания 40 и к другому входу блока вычитания 40, непосредственно, выход которого соединен с одним из входов элемента ИЛИ 41 и вторым входом блока функциональных преобразований 23, при этом третий выход блока задания начальных значений 26 соединен с другим входом элемента ИЛИ 41, третий вход которого соединен с третьим выходом блока служебной информации 11.

На практике для получения псевдослучайных чисел используются разнообразные методы, основанные на применении различных рекуррентных формул. Получаемые последовательности обладают статистическими свойствами независимых случайных чисел. Существует ряд алгоритмов получения псевдослучайных чисел, среди которых наиболее распространен метод Д.Леммера (метод вычетов или метод сравнений). Идея метода состоит в том, что задается начальное число ₀ в форме несократимой дроби ₀=m₀/М, где m₀ и М - целые числа, а М взаимно простое число с некоторым целым числом q (т.е. общим делителем М и q является только 1). Все последующие числа _k будут несократимыми дробями вида , а

Обратные скобки в выражении означают целую часть числа, полученного в скобках.

Выражение является рекуррентным и позволяет получать последовательности псевдослучайных чисел _k, равномерно распределенных на интервале [0,1].

Эти последовательности являются циклическими и начинают повторяться через определенное число шагов. Удовлетворительная последовательность псевдослучайных чисел получается при q=5 ¹⁷ и М=2⁴⁰, при которых длина неповторяющейся последовательности составляет 2,75·10¹¹ чисел.

Среди наиболее широко распространенных в настоящее время методов генерирования псевдослучайных последовательностей практическое применение нашли так называемые линейные конгруэнтные генераторы с равномерным законом распределения на интервале [0,1]. В генераторах данного типа любое псевдослучайное число последовательности получается из последующего числа (итерация) в результате следующего преобразования

m_k+1=(m_k q+M)mod m,

где mod - функция деления по модулю, то есть функция получения остатка от деления одного числа на другое (например, 22/5=2),

m_k, q, M, m - параметры генератора, которые записаны в блоке задания начальных значений 26.

Получили распространение и другие методы получения псевдослучайных чисел, основанные на компьютерных преобразованиях, например метод Метрополиса, представляющий собой частный случай выборки по значимости, позволяющие непосредственно сгенерировать случайную последовательность с заданной плотностью распределения, для которых существуют реальные алгоритмы в программе MathCAD.

Аналогичную структуру имеет копия генератора случайных чисел 29 на передающей стороне, которая представлена на фиг.4.

Технико-экономическая эффективность

Вопросы синтеза псевдослучайных последовательностей, обладающих не только высокой сложностью разгадывания структуры, но и позволяющих осуществлять их автоматическую смену по определенному закону, являются актуальной задачей на сегодняшний день. К ПСП в общем случае предъявляются следующие основные требования:

- большой размер ансамбля сигналов, формируемых по одной алгоритмической схеме;

- оптимальность авто- и взаимокорреляционных функций последовательностей сигналов в ансамбле;

- сбалансированность структуры последовательностей.

Таким образом, в системах передачи информации с кодовым разделением каналов используются большие системы сигналов, для которых объем сигнала L>>В, где В=N база сигнала, N - длина ПСП.

В предлагаемом способе объем ансамбля определяется многообразием функций f(x) и функций х= (х), с помощью которых может быть осуществлено функциональное преобразование и которые могут быть использованы для формирования ПСП, а также длиной последовательности, формируемой выбранным вариантом генератора случайных чисел. В варианте генератора случайных чисел, приведенном в примере его реализации, длина неповторяющейся последовательности равна 2.75·10¹¹. В каждом случае использования функционального преобразования того или иного вида при данном варианте генератора случайных чисел может быть сформирован ансамбль ПСП объемом L=2.7·10⁸ при µ=1000 блоков неперекрывающихся сегментов.

Ансамбли сигналов с «хорошими» корреляционными свойствами следует искать среди сегментов, для которых оптимальное число блоков равно [3]

а также коэффициент дисбаланса равен

где Т₁ - время пребывания процесса в состоянии единица;

Т₀ - время пребывания процесса в состоянии ноль;

Т - общая длительность процесса.

Значения величин µ и d даны во второй графе таблицы 2.

Литература

1. Тихонов В.Н. Статистическая радиотехника. М.: Радио и связь, 1982.

2. Варакин Л.Е. Теория систем сигналов. М.: Советское радио, 1978.

3. Калмыков В.В., Кислицын А.С., Сухарев Е.М. Защита процесса передачи информации в радиосистемах с кодовым разделением каналов. Книга 1, Общесистемные вопросы защиты информации. М.: Радиотехника, 2003.