RU2428795C1 - Method to transfer information based on chaotically generated ensembles of discrete multi-level orthogonal signals - Google Patents
Method to transfer information based on chaotically generated ensembles of discrete multi-level orthogonal signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2428795C1 RU2428795C1 RU2010106663/09A RU2010106663A RU2428795C1 RU 2428795 C1 RU2428795 C1 RU 2428795C1 RU 2010106663/09 A RU2010106663/09 A RU 2010106663/09A RU 2010106663 A RU2010106663 A RU 2010106663A RU 2428795 C1 RU2428795 C1 RU 2428795C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- block
- information
- matrix
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области передачи информации и может быть использовано при передаче сообщений в широкополосных системах радиосвязи с кодовым разделением каналов.The invention relates to the field of information transmission and can be used for message transmission in broadband radio systems with code division multiplexing.
Уровень техникиState of the art
Известен способ многостанционного доступа с кодовым разделением каналов в системах передачи данных (см. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. - М.: АОЗТ «Эко-трендз КО», 1996), суть которого заключается в расширении спектра частот на основе использования 64 видов последовательностей, сформированных по закону функций Уолша. Базовая станция может передавать информацию по 64 каналам одновременно. В каждом канале при передаче информации используется одна из 64 последовательностей Уолша. При изменении бита информационного сообщения фаза используемой последовательности Уолша изменяется на 180 градусов. Поскольку применяемые последовательности взаимно ортогональны, то взаимные помехи между каналами передачи базовой станции отсутствуют.A known method of multi-station access with code division multiplexing in data transmission systems (see Gromakov Yu.A. Standards and mobile radio communication systems. - M .: AOZT Eco-Trends KO, 1996), the essence of which is to expand the frequency spectrum based on the use of 64 kinds of sequences formed by the law of Walsh functions. The base station can transmit information on 64 channels simultaneously. In each channel, one of 64 Walsh sequences is used to transmit information. As the bit of the information message changes, the phase of the used Walsh sequence changes by 180 degrees. Since the applied sequences are mutually orthogonal, there is no mutual interference between the transmission channels of the base station.
Информационные сигналы передаются на фоне специального синхронизирующего сигнала, структура которого формируется по закону случайных последовательностей максимальной длины. Синхронизирующий сигнал служит для введения передатчика базовой станции и приемника абонентской станции в цикловую фазу, а его манипуляция на этапе вхождения в связь обеспечивает передачу служебной информации.Information signals are transmitted against the background of a special synchronizing signal, the structure of which is formed according to the law of random sequences of maximum length. The synchronizing signal serves to introduce the transmitter of the base station and the receiver of the subscriber station in the cyclic phase, and its manipulation at the stage of entering into communication provides the transmission of service information.
Недостатком этого способа является то, что сигналы Уолша имеют регулярную структуру, которая заранее известна и поэтому широкополосная система радиосвязи с кодовым разделением каналов, построенная на основе этого способа, будет обладать низкой структурной скрытностью.The disadvantage of this method is that the Walsh signals have a regular structure, which is known in advance and therefore a code-division-wide broadband radio communication system based on this method will have low structural secrecy.
Известен генератор функций Попенко-Турко (см. патент СССР №1753464 А1, кл. G06F 1/02 от 07.08.1992), позволяющий генерировать дискретные ортогональные базисные функции, содержащий матрицу вычислителей, группу блоков деления, группы блоков элементов «И», матрицу операционных блоков, элементы задержки, блок синхронизации, регистр сдвига, блоки памяти и кольцевой регистр сдвига.The Popenko-Turko function generator is known (see USSR patent No. 1753464 A1, class G06F 1/02 of 08/07/1992), which allows generating discrete orthogonal basis functions containing a matrix of calculators, a group of division blocks, a group of blocks of elements "AND", a matrix operating blocks, delay elements, synchronization block, shift register, memory blocks and ring shift register.
Недостатком этого генератора является отсутствие возможности генерирования хаотических ансамблей ортогональных сигналов (собственных векторов) различной структуры.The disadvantage of this generator is the inability to generate chaotic ensembles of orthogonal signals (eigenvectors) of various structures.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ, используемый в системе передачи данных с кодовым разделением каналов (см. патент Российской Федерации №2234191, кл. Н04В 7/216, H04L 9/26 от 24.07.2001), который включает операцию одновременной передачи сложных широкополосных сигналов на основе нелинейных последовательностей де Брейна со сменой формы последовательности в процессе передачи сообщения от одного информационного символа к другому.The closest in technical essence to the proposed method is the method used in the data transmission system with code division multiplexing (see patent of the Russian Federation No. 2234191, CL Н04В 7/216,
Последовательности де Брейна так же как и словари Уолша обладают свойством ортогональности в точке, а большое разнообразие словарей де Брейна и наличие нелинейных операций в алгоритме формирования данного класса последовательностей позволяет использовать их в системах с многостанционным доступом для кодового уплотнения канала передачи.De Bruin sequences as well as Walsh dictionaries have the property of orthogonality at a point, and a wide variety of de Bruin dictionaries and the presence of nonlinear operations in the algorithm for generating this class of sequences allows them to be used in systems with multiple access for code compression of a transmission channel.
Отличительным признаком этого способа является применение в каналах передачи сообщений, сменяемых от одного информационного символа к другому, ортогональных кодовых словарей де Брейна, каждое кодовое слово которых может быть построено путем суммирования по модулю два сигналов, снимаемых с разрядов регистра сдвига с нелинейными обратными связями по одному, по два и так далее до m включительно, где m - число разрядов регистра сдвига, функция обратных связей, которого задается соотношением:A distinctive feature of this method is the use of de Bruyne orthogonal code dictionaries in the channels of messages exchanged from one information symbol to another, each code word of which can be constructed by modulo summing two signals taken from the bits of the shift register with nonlinear feedbacks one at a time , two and so on up to m inclusive, where m is the number of bits of the shift register, the feedback function, which is given by the relation:
, ,
где - разрешенный набор двоичных чисел, определяющий порядок подключения прямых и инверсных выходов элементов памяти регистра сдвига;Where - an allowed set of binary numbers that determines the connection order of direct and inverse outputs of the shift register memory elements;
d - число разрешенных двоичных наборов, необходимых для генерирования максимального периода последовательности L, равного 2m;d is the number of allowed binary sets needed to generate the maximum period of the sequence L equal to 2m;
Несмотря на то, что количество ортогональных сигналов, формируемых на основе кодовых словарей де Брейна, больше числа ортогональных сигналов Уолша размерности N, однако их количество является конечным для любой размерности N, что позволяет сделать вывод об их низкой структурной скрытности.Despite the fact that the number of orthogonal signals generated on the basis of de Bruin code dictionaries is greater than the number of Walsh orthogonal signals of dimension N, however, their number is finite for any dimension N, which allows us to conclude that they have low structural secrecy.
Целью изобретения является. разработка способа и устройства, позволяющего повысить структурную скрытность системы передачи информации с кодовым разделением каналов.The aim of the invention is. the development of a method and device to increase the structural secrecy of the information transmission system with code division multiplexing.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей предлагаемого изобретения является повышение уровня структурной скрытности широкополосных систем радиосвязи с кодовым разделением каналов.The objective of the invention is to increase the level of structural secrecy of broadband radio communication systems with code division multiplexing.
Технический результатTechnical result
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, заключается в том, что для передачи сообщений, сменяемых от одного информационного символа к другому, предлагается использовать сформированные стохастическим образом ортогональные системы сигналов, описываемые собственными векторами диагональных положительно определенных симметрических матриц размерностью N. При этом используется свойство ортогональности собственных векторов, заключающееся в том, что собственные векторы, соответствующие различным собственным значениям нормального оператора, попарно ортогональны (см. Г.Корн, Т.Корн. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). - М.: Издательство «Наука», 1974. - С.436).The technical result that can be achieved using the present invention is that for the transmission of messages, changing from one information symbol to another, it is proposed to use stochastically generated orthogonal signal systems described by eigenvectors of diagonal positive definite symmetric matrices of dimension N. When this uses the property of orthogonality of the eigenvectors, which consists in the fact that the eigenvectors corresponding to the times ary eigenvalues normal operator are orthogonal (see G.Korn, T.Korn Handbook of mathematics (for scientists and engineers) -... M .: "Science" Publishing House, 1974. - S.436).
Известно, что всякий ненулевой вектор х называется собственным вектором матрицы λ, если найдется такое число λ, что будет выполняться равенство:It is known that every nonzero vector x is called an eigenvector of the matrix λ if there is a number λ such that the equality holds:
Это число λ называется собственным значением матрицы А, соответствующим собственному вектору х.This number λ is called the eigenvalue of the matrix A corresponding to the eigenvector x.
Если в пространстве выбран определенный базис, то уравнение (1) для собственных векторов и собственных значений линейного преобразования можно записать в матричной форме:If a specific basis is chosen in space, then equation (1) for the eigenvectors and eigenvalues of the linear transformation can be written in matrix form:
Всякий ненулевой столбец Х, для которого выполняется равенство (2), называется собственным вектором матрицы А, соответствующим собственному значению λ.Any nonzero column X for which equality (2) holds is called an eigenvector of matrix A corresponding to the eigenvalue λ.
Собственный вектор матрицы А - это столбец вида (3), составленный из координат собственного вектора линейного преобразования в выбранном базисе.The eigenvector of matrix A is a column of the form (3), composed of the coordinates of the eigenvector linear transformation in the selected basis.
Собственные векторы вещественной диагональной симметрической матрицы, отвечающие различным собственным значениям, ортогональны, т.е. их скалярное произведение равно нулю (см. Клиот-Дашинский М.И.Алгебра матриц и векторов. 3-е изд., стер., / - СПб.: Издательство «Лань», 2001. - 160 с. - (Учебники для вузов. Специальная литература)).The eigenvectors of a real diagonal symmetric matrix corresponding to different eigenvalues are orthogonal, i.e. their scalar product is equal to zero (see Kliot-Dashinsky M.I. Algebra of matrices and vectors. 3rd ed., ster., / - St. Petersburg: Publishing House "Lan", 2001. - 160 pp. - (Textbooks for universities . Special literature)).
Из всего выше сказанного следует, что для любой вещественной диагональной симметрической матрицы А соотношение (4) существует набор собственных значений и каждому собственному значению соответствует собственный вектор X, который попарно ортогонален с любым из векторв ансамбля.From the foregoing, it follows that for any real diagonal symmetric matrix A, relation (4) has a set of eigenvalues and each eigenvalue corresponds to an eigenvector X, which is pairwise orthogonal to any of the ensemble vectors.
При этом расширение информационной последовательности происходит таким образом, что если информационный бит равен единице, то используется ортогональный сигнал инверсной структуры, а если информационный бит равен нулю, то используется ортогональный сигнал прямой структуры (см. Столингс В. Беспроводные линии связи и сети.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. - С.213).The extension of the information sequence occurs in such a way that if the information bit is equal to one, then the orthogonal signal of the inverse structure is used, and if the information bit is equal to zero, then the orthogonal signal of the direct structure is used (see Stolings B. Wireless communication lines and networks .: Per . from the English. - M.: Williams Publishing House, 2003. - P.213).
Нелинейность формируемых структур сигналов достигается за счет того, что на каждом такте передачи информации расширяющая последовательность в виде одного из сигналов ортогональной системы сигналов, описываемых собственными векторами диагональных положительно определенных симметрических матриц, формируется путем стохастического задания набора диагональных коэффициентов, положительно определенной симметрической матрицы А (вида 4), генератором случайных положительных чисел.The nonlinearity of the generated signal structures is achieved due to the fact that at each information transmission step, an expanding sequence in the form of one of the signals of the orthogonal system of signals described by the eigenvectors of diagonal positive definite symmetric matrices is formed by stochastic specification of a set of diagonal coefficients, a positive definite symmetric matrix A (of the form 4), a generator of random positive numbers.
Для достижения названного технического результата в передающую аппаратуру базовой станции наиболее близкого технического решения (см. патент Российской Федерации №2234191, кл. Н04В 7/216, H04L 9/26 от 24.07.2001), состоящую из N, равное 2m-1 каналов, каждый из которых содержит блок цифровой информации, подключенный к первому входу модулятора каждого из каналов, а вторые m входов подключены к выходу генератора де Брейна, причем выходы каждого канала подключены к объединителю блока формирования группового сигнала, выход которого подключен к первому входу модулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайного сигнала синхронизации, а выход является выходом блока формирования группового сигнала, который через блок фазовой модуляции и усилитель мощности подключен к передающей антенне, причем первый вход генератора псевдослучайного сигнала синхронизации блока формирования группового сигнала одновременно соединен с первым выходом блока служебной информации, с первым входом генератора де Брейна и первым входом блока перестройки структуры сигнала, а второй вход генератора псевдослучайного сигнала синхронизации одновременно соединен с выходом генератора тактовых импульсов и четвертым входом блока перестройки структуры сигнала, при этом второй выход блока служебной информации одновременно подключен ко второму входу генератора де Брейна и второму входу блока перестройки структуры сигнала, а третий выход блока служебной информации параллельно подключен к входу блока цифровой информации и третьему входу блока перестройки структуры сигнала, первый выход которого подключен к третьему входу генератора де Брейна, второй к четвертому входу генератора де Брейна, третий к пятому входу генератора де Брейна, а четвертые d(m-1) входов подключены к шестым соответствующим входам генератора де Брейна, дополнительно введены блок формирования хаотических ансамблей ортогональных сигналов, содержащий матрицу вычислителей, блоки деления, блоки элемента «И» и блок синхронизации, причем с 1-го по N-й выходы блока генерации сигналов управления итерационным процессом, происходящим в блоке формирования хаотических ансамблей ортогональных сигналов, соединены со вторыми входами с 1-го по N-й вычислитель первой строки матрицы, второй вход вычислителя i-й (i=1, N-1, где N - порядок квадратной симметрической матрицы коэффициентов) строки матрицы соединен с вторым информационным входом соответствующего вычислителя -й строки матрицы, выход вычислителя i-го столбца матрицы соединен с информационным входом соответствующего вычислителя -го столбца матрицы, третьи информационные входы вычислителей первого столбца матрицы соединены с входом логического нуля блока формирования хаотических ансамблей ортогональных сигналов, регистр сдвига, первый и второй блоки памяти, матрицу операционных блоков, кольцевой регистр сдвига, причем выход вычислителя -й строки -го столбца матрицы соединен с первыми входами делителя блоков деления, вход делимого j-го блока деления соединен с вторым входом вычислителя j-й строки (N-i+1)-го столбца матрицы, выход j-го блока деления соединен с первым входом j-го блока элементов «И», вторые входы блоков элементов «И» соединены с выходом i-го разряда регистра сдвига, выходы блока синхронизации соединены соответственно с тактовыми входами операционных блоков матрицы, с тактовым входом элемента задержки, с входом разрешения сдвига регистра сдвига, с входами разрешения записи первого блока памяти, с входами разрешения записи второго блока памяти, с тактовыми входами первого и второго блоков памяти, с входами разрешения считывания первого и второго блоков памяти и входом разрешения сдвига кольцевого регистра сдвига, вторые выходы вычислителей последней строки матрицы соединены с 1-го по N-й информационный вход второго блока памяти, первый информационный вход операционного блока i-й строки первого столбца матрицы соединен с i-м выходом второго блока памяти, первые выходы операционных блоков i-й строки S-x(S=i, N-1) столбцов матрицы соединены с (N-i+1)-м информационным входом второго блока памяти, первый информационный вход операционного блока k-й (k=1, N-2) строки М-го (М=2, N-1) столбца матрицы соединен с первым выходом операционного блока (k+1)-й строки (M-1)-го столбца матрицы, первый информационный вход операционного блока (Р-2)-й строки М-го столбца матрицы подключен к выходу элемента задержки, информационный вход которого подключен к второму выходу операционного блока -й строки -го столбца матрицы, второй информационный вход операционного блока М-й строки i-го столбца матрицы подключен к второму выходу операционного блока (М-1)-й строки i-го столбца матрицы, входы значения компонент исходной матрицы блока формирования хаотических ансамблей ортогональных сигналов соединены с информационными входами первого блока памяти, выходы которого соединены с третьими информационными входами вычислителей соответствующих строк матрицы, k-й выход второго блока памяти соединен с k-м дополнительным информационным входом первого блока памяти, выходы разрядов кольцевого регистра сдвига соединены с соответствующими входами разрешения считывания второго блока памяти, выходы которого являются выходами блока формирования ансамблей хаотических ортогональных сигналов, генератор случайных положительных чисел (ГСПЧ), вход которого соединен с выходом блока синхронизации, а информационные с 1-го по N-й выходы ГСПЧ являются информационными с 1-го по N-й входами второго запоминающего устройства, элемент «И», а также запоминающие устройства каждого из каналов, на первый вход которых подается информационная последовательность, а на второй управляющий сигнал с элемента «И». Причем в каждом канале передающей аппаратуры исключен блок перестройки структуры сигнала, генератор де Брейна, блок служебной информации и соответствующие связи этих устройств; приемную аппаратуру абонентской станции, содержащую блок высокочастотной селекции, вход которого соединен с приемной антенной, а выход одновременно подключен к первому входу блока обнаружения сигнала синхронизации и первому входу блока корреляционной обработки, выход которого через блок выделения информации подключен к блоку получения информации, причем первый выход блока обнаружения сигнала синхронизации через блок поиска и первый вход генератора копии сигнала синхронизации подключен ко второму входу блока обнаружения сигнала синхронизации, выход которого подключен ко входу блока выделения служебной информации, первый выход блока выделения служебной информации одновременно подключен к первым входам блока перестройки структуры сигнала и генератору копии сигнала де Брейна, второй выход блока выделения служебной информации параллельно подключен ко вторым входам генератора копии сигнала де Брейна и блока перестройки структуры сигнала, а третий выход к третьему входу блока перестройки структуры сигнала, четвертый вход которого одновременно соединен с выходом генератора тактовых импульсов, со вторым входом генератора копии сигнала синхронизации и вторым входом блока выделения информации, при этом первый, второй и третий выходы блока перестройки структуры сигнала подключены соответственно к третьему, четвертому и пятому входам генератора копии сигнала де Брейна, а четвертые d(m-1) выходы к шестым входам генератора копии сигнала де Брейна, выход которого подключен ко второму входу блока корреляционной обработки, дополнительно введены блок формирования хаотических ансамблей ортогональных сигналов, содержащий матрицу вычислителей, блоки деления, блоки элементов «И» и блок синхронизации, причем с 1-го по N-й выходы блока генерации копий сигналов управления итерационным процессом, происходящим в блоке формирования копий хаотических ансамблей ортогональных сигналов, соединены со вторыми входами с 1-го по N-й вычислитель первой строки матрицы, второй вход вычислителя i-й строки матрицы соединен с вторым информационным входом вычислителя (i+1)-й строки матрицы, выход вычислителя г-го столбца матрицы соединен с вторым информационным входом вычислителя (i+1)-го столбца матрицы, третьи информационные входы вычислителей первого столбца матрицы соединены с входом логического нуля блока формирования копий ансамблей хаотических ортогональных сигналов, регистр сдвига, первый и второй блоки памяти, матрицу операционных блоков, элемент задержки и кольцевой регистр сдвига, причем выход вычислителя (i+1)-й строки (i+1)-го столбца матрицы соединен с первыми входами делителя блоков деления, вход делимого j-го блока деления (j=1, N-1) соединен с вторым входом вычислителя j-й строки (N-i+1)-го столбца матрицы, выход j-го блока деления соединен с первым входом j-го блока элементов «И», вторые входы блоков элементов «И» соединены с выходом i-го разряда регистра сдвига, выходы блока синхронизации соединены соответственно с тактовыми входами операционных блоков матрицы, с тактовым входом элемента задержки, с входом разрешения сдвига регистра сдвига, с входами разрешения записи первого блока памяти, с входами разрешения записи второго блока памяти, с тактовыми входами первого и второго блоков памяти, с входами разрешения считывания первого и второго блоков памяти и входом разрешения сдвига кольцевого регистра сдвига, выходы j-x блоков элементов «И» с первой по (N-1) соединены с первым информационным входом вычислителя (j+1)-й строки j-го столбца матрицы, вторые выходы вычислителей последней строки матрицы соединены с информационными входами второго блока памяти, первый информационный вход операционного блока i-й строки первого столбца матрицы соединен с i-м выходом второго блока памяти, первые выходы операционных блоков i-й строки S-x(S=i, N-1) столбцов матрицы соединены с (N-i+1)-м информационным входом группы второго блока памяти, первый информационный вход операционного блока k-й (k=1, N-2) строки М-го (М=2, N-1) столбца матрицы соединен с первым выходом операционного блока (k+1)-й строки (М-1)-го столбца матрицы, первый информационный вход операционного блока (N-2)-й строки М-го столбца матрицы подключен к выходу элемента задержки, информационный вход которого подключен к второму выходу операционного блока (N-1)-й строки (M-1)-го столбца матрицы, второй информационный вход операционного блока М-й строки i-го столбца матрицы подключен к второму выходу операционного блока (М-1)-й строки i-го столбца матрицы, входы значения компонент исходной матрицы блока формирования копий хаотических ансамблей ортогональных сигналов соединены с информационными с 1-го по N-й входами первого блока памяти, выходы которого соединены с первыми информационными входами с 1-го по N-й вычислитель соответствующей строки матрицы, выходы с 1-го по N-й разрядов кольцевого регистра сдвига соединены с 1-го по N-й входами разрешения считывания второго блока памяти, генератор случайных положительных чисел (ГСПЧ), управляющий вход которого соединен с выходом блока синхронизации, а информационные с 1-го по N-й выходы являются информационными с 1-го по N-й входами запоминающего устройства, элемент «И», а также запоминающее устройство каждого из каналов, на первый вход которого подается управляющий сигнал, а на второй - копии ансамблей ортогональных сигналов. Причем в каждом канале приемной аппаратуры исключен блок перестройки структуры сигнала, блок выделения служебной информации, генератор копии сигнала де Брейна и соответствующие связи этих устройств.To achieve the named technical result in the transmitting equipment of the base station of the closest technical solution (see patent of the Russian Federation No. 2234191, class Н04В 7/216,
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг.1 показана структурная схема приемопередающей аппаратуры устройства передачи информации на основе хаотически формируемых ансамблей дискретных многоуровневых ортогональных сигналов.Figure 1 shows the structural diagram of the transceiver equipment of the information transmission device based on randomly formed ensembles of discrete multilevel orthogonal signals.
На фиг.2 показаны временные диаграммы принципа функционирования устройства передачи информации на основе хаотически формируемых ансамблей дискретных многоуровневых ортогональных сигналов, где: а) сигналы тактового генератора, б) сигнал, поступающий в первый канал связи Sинф.1(t), в) сигнал, поступающий во второй канал связи Sинф.2(t), г) сигнал, поступающий в третий канал связи Sинф.3(t), д) ортогональный хаотический сигнал, поступающий в первый канал связи S1(t), е) ортогональный хаотический сигнал, поступающий во второй канал связи S2(t), ё) ортогональный хаотический сигнал, поступающий в третий канал связи S3(t), ж) промодулированный информационный сигнал на выходе первого канала, з) промодулированный информационный сигнал на выходе второго канала, и) промодулированный информационный сигнал на выходе третьего канала.Figure 2 shows the timing diagrams of the principle of operation of the information transmission device based on randomly formed ensembles of discrete multilevel orthogonal signals, where: a) clock signals, b) a signal received in the first communication channel S inf. 1 (t), c) a signal entering the second communication channel S inf.2 (t), d) the signal entering the third communication channel S inf.3 (t), e) the orthogonal chaotic signal entering the first communication channel S 1 (t), e) orthogonal chaotic signal from the second communications channel S 2 (t), g) ortho tional chaotic signal, S 3 (t) supplied to the third communication channel, g) the modulated information signal at the output of the first channel, h) a modulated information signal at the output of the second channel, i) a modulated information signal at the output of the third channel.
На фиг.3 представлен сравнительный анализ количества ансамблей ортогональных сигналов, формируемых устройством передачи информации на основе хаотически формируемых ансамблей дискретных многоуровневых ортогональных сигналов и прототипом.Figure 3 presents a comparative analysis of the number of ensembles of orthogonal signals generated by an information transmission device based on randomly formed ensembles of discrete multi-level orthogonal signals and a prototype.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности: сначала с помощью вспомогательного синхронизирующего сложного сигнала передающая аппаратура базовой станции и приемная аппаратура каждой из 2m-1 абонентских станций вводится в цикловую фазу. Затем, посредством манипуляции вспомогательного сигнала синхронизации на каждый канал передается служебная информация (единый начальный блок для всех абонентских станций). После выполнения указанной процедуры начинается одновременная передача всем абонентам цифровой информации, при этом каждому биту информации фиксированного канала ставится в соответствие сложный сигнал, структура которого зависит от значений коэффициентов диагональной положительно определенной симметрической матрицы, которые формируются генератором случайных положительных чисел, причем расширение информационной последовательности происходит в случае, если информационный бит равен единице за счет использования ортогонального сигнала инверсной структуры, в случае если информационный бит равен нулю за счет использования ортогонального сигнала прямой структуры (см. Столингс В. Беспроводные линии связи и сети.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. - С.213).The proposed method is carried out in the following sequence: first, using the auxiliary synchronizing complex signal, the transmitting equipment of the base station and the receiving equipment of each of 2 m-1 subscriber stations are introduced into the cyclic phase. Then, by manipulating the auxiliary synchronization signal, service information is transmitted to each channel (a single starting block for all subscriber stations). After performing this procedure, the simultaneous transmission of digital information to all subscribers begins, with each bit of information of a fixed channel a complex signal is assigned, the structure of which depends on the values of the coefficients of the diagonal positive definite symmetric matrix, which are generated by the generator of random positive numbers, and the information sequence is expanded in if the information bit is equal to one due to the use of orthogonal with drove the inverse structure, if the information bit is equal to zero due to the use of an orthogonal signal of direct structure (see Stolings B. Wireless communication lines and networks.: Transl. from English. - M.: Williams Publishing House, 2003. - C .213).
После передачи очередного информационного бита на передающей и приемной стороне производится синхронная смена коэффициентов диагональной положительно определенной симметрической матрицы, поступающих от идентичных ГСПЧ в приемной и передающей стороне, на основе которых происходит расчет сформированных стохастическим образом ортогональных систем сигналов, описываемых собственными векторами диагональных положительно определенных симметрических матриц. 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.After the transmission of the next information bit on the transmitting and receiving sides, the coefficients of the diagonal positive definite symmetric matrix are simultaneously changed, coming from identical GSPCs in the receiving and transmitting sides, on the basis of which the orthogonal signal systems generated by stochastic methods are described, which are described by the eigenvectors of the diagonal positive definite symmetric matrices . In this case, the signal used at the receiving side for correlation processing will have a structure coinciding with the signal emitted by the transmitter, and, therefore, can be used to process the information stream addressed to the recipient of digital information.
Устройство содержит в передающей аппаратуре (фиг.1) N=2m-1 каналов 12, каждый из которых состоит из запоминающего устройства 11, второй вход которого связан с первым выходом блока элемента «И» 47, второй выход которого подключен к управляющему входу блока синхронизации 6, причем вход блока элемента «И» 47 связан с управляющим выходом старшего разряда кольцевого регистра сдвига 10, вход которого связан с блоком синхронизации 6, выход которого подключен к входу регистра сдвига 7, выходы которого, в свою очередь, связаны с вторыми входами блоков элемента «И» 3, а выходы блока памяти 8 являются первыми входами вычислителей 1, причем на второй вход N-го (N - размерность матрицы коэффициентов) вычислителя подается сигнал с N-го выхода блока генерации сигналов управления итерационным процессом 50, а третьи входы вычислителей 1 первого столбца матрицы соединены с входом логического нуля блока формирования хаотических ансамблей ортогональных сигналов, с выходов вычислителей 1 сигналы поступают на первый и второй входы блоков деления 2 и через первые входы блоков элемента «И» 3 поступают на вторые входы первого и второго столбцов матрицы вычислителей 1, вторые выходы вычислителей 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3 подключены к информационным с 1-го по N-й вход блока памяти 9, информационные с 1-го по (N-1)-й выходы которого связаны с первыми входами операционных блоков 4 первого столбца, причем выход операционного блока 4 первого столбца и первой строки подключен к N-му входу блока памяти 9, а выходы операционных блоков 4 первого столбца i-й (i=2, N-1) строки подключены к первым входам операционных блоков 4 j-го (j=2, N-1) столбца i-й (i=1, N-1) строки, при этом операционные блоки каждого из столбцов соединены между собой, вторые входы операционных блоков 4 связаны с выходом блока синхронизации 6, причем второй выход операционного блока 4 (N-1)-й строки первого столбца связан со вторым входом элемента задержки 5, первый вход которого связан с выходом блока синхронизации 6, а выход подключен к первому операционному блоку 4 (N-1)-й строки (N-1)-го столбца, при этом информационные выходы операционных блоков 4 j-го (j=N-l) столбца i-й (i=1, N-1) строки подключены к информационным с 2-го по N-й входам блока памяти 9, при этом синхроимпульсы с блока синхронизации 6 одновременно поступают на вход кольцевого регистра сдвига 10, управляющие входы блоков памяти 8 и 9, управляющий вход генератора случайных положительных чисел 22 и запоминающее устройство 23, информационные входы которого с 1-го по N-й подключены к информационным с 1-го по N-й выходам генератора случайных положительных чисел 22, а информационные с 1-го по N-й выходы подключены к информационным входам блока памяти 8, первый управляющий выход кольцевого регистра сдвига 10 подключен к входу блока элемента «И» 47, а вторые с 1-го по N-й выходы связаны с 1-го по N-й управляющий вход блока памяти 9, причем выход запоминающего устройства 11 подключен к первому входу блока цифровой информации 13, второй вход которого связан с вторым выходом генератора сигналов синхронизации 21, выход блока цифровой информации 13 подключен к первому входу модулятора 14 каждого из каналов передачи 12, а второй вход модулятора 14 связан с информационными выходами блока памяти 9, выход каждого N-го модулятора 14 является выходом каждого N-го канала 12, который через объединитель входов 15 блока формирования группового сигнала 16 подключен к первому входу модулятора 17 блока формирования группового сигнала 16, второй вход которого соединен с первым выходом генератора сигналов синхронизации 21, а выход является выходом блока формирования группового сигнала 16, который через блок фазовой модуляции 18 и усилитель мощности 19 подключен к передающей антенне 20, причем вход генератора сигналов синхронизации 21 подключен к выходу генератора тактовых импульсов 52, который параллельно подключен к тактовому входу блока синхронизации 6; приемную аппаратуру (фиг.1), содержащую блок высокочастотной селекции 40, вход которого соединен с приемной антенной 39, а выход подключен к первому входу блока обнаружения сигнала синхронизации 41 и вторым входам блока корреляционной обработки 36 каждого из 2m-1 каналов 35, причем выход блока корреляционной обработки 36 подключен к первому входу блока выделения информации 37, второй вход которого связан с выходом генератора тактовых импульсов 53, причем выход блока обнаружения сигнала синхронизации 41 через блок поиска 42 соединен с входом генератора копий сигналов синхронизации 43, первый выход которого подключен к второму входу блока обнаружения сигнала синхронизации 41, второй - к управляющему входу блока синхронизации 29, выход которого связан с управляющим входом регистра сдвига 30, выходы которого являются вторыми входами соответствующих блоков элементов «И» 26, а третий выход генератора копий сигналов синхронизации 43 соединен с первым управляющим входом блока элемента «И» 44, выход которого подключен к управляющему входу запоминающего устройства 34, информационные с 1-го по N-й входы которого подключены к информационным с 1-го по N-й выходам блока памяти 32, причем выход блока синхронизации 29 подключен к управляющему входу блока памяти 31, информационные с 1-го по N-й выходы которого являются первыми входами вычислителей 24, причем на второй вход каждого N-го (N - размерность матрицы коэффициентов) вычислителя 24 подается сигнал с N-го выхода блока генерации сигналов управления итерационным процессом 51, который полностью идентичен сигналу, вырабатываемому блоком генерации сигналов управления итерационным процессом 50 на передающей стороне, а третьи входы вычислителей 24 первого столбца матрицы соединены с входом логического нуля блока формирования копий хаотических ансамблей ортогональных сигналов, причем с выходов вычислителей 24 сигналы поступают на первый и второй входы блоков деления 25 и через первые входы блоков элемента «И» 26 поступают на вторые входы первого и второго столбцов матрицы вычислителей 24, вторые выходы вычислителей 24.3.1, 24.3.2, 24.3.3 подключены к информационным с 1-го по N-й вход блока памяти 32, информационные с 1-го по (N-1)-й выходы которого связаны с первыми входами операционных блоков 27 первого столбца, причем выход операционного блока 27 первого столбца и первой строки подключен к N-му входу блока памяти 32, а выходы операционных блоков 27 первого столбца j-й (i=2, N-1) строки подключены к первым входам операционных блоков 27 j-го (j=2, N-1) столбца i-й (i=1, N-1) строки, при этом операционные блоки каждого из столбцов соединены между собой, вторые входы операционных блоков 27 связаны с выходом блока синхронизации 29, причем второй выход операционного блока 27 (N-1)-й строки первого столбца связан со вторым входом элемента задержки 28, первый вход которого связан с выходом блока синхронизации 29, а выход подключен к первому операционному блоку 27 (N-1)-й строки (N-1)-го столбца, при этом информационные выходы операционных блоков 27 j-го (j=N-1) столбца i-й (i=1, N-1) строки подключены к информационным с 2-го по N-й входам блока памяти 32, при этом синхроимпульсы с блока синхронизации 29 одновременно поступают на вход кольцевого регистра сдвига 33, на управляющий вход блока памяти 31 и 32, управляющий вход генератора случайных положительных чисел 45 и запоминающее устройство 46, информационные входы которого с 1-го по N-й подключены к информационным с 1-го по N-й выходам генератора случайных положительных чисел 45, а информационные выходы с 1-го по N-й подключены к информационным с 1-го по N-й входам блока памяти 31, при этом управляющий выход кольцевого регистра сдвига 33 подключен к второму входу блока элемента «И» 44, выход которого связан с управляющим входом запоминающего устройства 34, N-й выход которого подключен к второму входу N-го блока корреляционной обработки 36 каждого из каналов 35, вторые управляющие выходы кольцевого регистра 33 с 1-го по N-й связаны с 1-го по N-й управляющий вход блока памяти 32, причем выход каждого из блоков корреляционной обработки 36 подключен к первому входу блока выделения информации 37, второй вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов 53, который параллельно подключен к тактовому входу блока синхронизации 29 и тактовому входу генератора копий сигналов синхронизации 43, при этом выход блока выделения информации 37 связан с входом блока приема информации 38.The device contains in the transmitting equipment (Fig. 1) N = 2 m-1
Устройство работает следующим образом. Информационные сигналы поступают в запоминающее устройство 11 каждого из каналов передачи 12 и хранятся в нем до момента получения управляющего сигнала с блока элемента «И» 47, свидетельствующего о завершении этапа формирования стохастическим образом ортогональной системы сигналов, описываемых собственными векторами диагональных положительно определенных симметрических матриц размерностью N в блоке формирования хаотических ансамблей ортогональных сигналов 48. Затем информационный бит каждого из каналов 12 через блок цифровой информации 13 подается в модулятор 14, где он модулируется расширяющей последовательностью, поступающей с блока памяти 9 блока формирования хаотических ансамблей ортогональных сигналов 48. Сигналы, снимаемые с выхода модулятора 14 каждого канала, одновременно подаются в сумматор 15 блока формирования группового сигнала 16, где после их объединения и наложения в модуляторе 17 сигнала синхронизации, поступающего с выхода генератора сигналов синхронизации 21, происходит формирование группового сигнала, спектр которого после переноса в область несущей частоты в блоке фазовой модуляции 18 и усилителе мощности 19 через антенну 20 излучается в эфир. На приемной стороне поступающий сигнал принимается антенной 39 и подвергается предварительной обработке в блоке высокочастотной селекции 40. С выхода этого блока сигнал одновременно подается в блок обнаружения сигнала синхронизации 41 и блоки корреляционной обработки 36 каждого канала 35. При этом блок обнаружения сигнала синхронизации 41 совместно с блоком поиска 42 вводят в синхронизм генератор копии сигналов синхронизации 43. После чего с генератора копий сигналов синхронизации 43 подается управляющий сигнал на блок синхронизации 29 блока формирования копий ансамблей хаотических ортогональных сигналов 49, свидетельствующий о начале формирования копий хаотических ансамблей ортогональных сигналов блоком формирования копий хаотических ансамблей ортогональных сигналов 49. Подача управляющего сигнала на блок элемента «И» 44 с кольцевого регистра сдвига 33 блока формирования копий хаотических ансамблей ортогональных сигналов 49 говорит о завершении этапа формирования ортогональных кодовых последовательностей и записи их в запоминающее устройство 34. После чего под воздействием управляющего сигнала с блока элемента «И» 44 копии хаотических ансамблей ортогональных сигналов подаются с запоминающего устройства 34 на блоки корреляционной обработки 36 каждого из каналов связи 35 и, пройдя через первый вход блока выделения информации 37, на второй вход которого подается копия сигнала синхронизации с генератора копий сигналов синхронизации 43, направляются на вход блока приема информации 38.The device operates as follows. Information signals are received in the
При этом на передающей стороне блок формирования хаотических ансамблей ортогональных сигналов 48 функционирует следующим образом: при отсутствии на входе элемента «И» 47 информационного сигнала с кольцевого регистра сдвига 10, активируется работа блока синхронизации 6 блока формирования хаотических ансамблей ортогональных сигналов 48, с выхода которого подается управляющий сигнал на управляющий вход генератора случайных положительных чисел 22 и запоминающее устройство 23, в результате чего происходит генерация и запись случайных коэффициентов матрицы А в блок памяти 8, после этого начинается вычисление 1-го собственного значения и соответствующего ему собственного вектора, которое осуществляется в течение времени нахождения «1» в 1-м разряде регистра сдвига 7, поэтому период поступления тактовых импульсов на тактовый вход регистра сдвига 7 равен времени сходимости итерационного процесса и вычисления оставшейся части компонент собственного вектора.At the same time, on the transmitting side, the block for the formation of chaotic ensembles of
В течение первого периода работы «1» с выхода первого разряда регистра сдвига 7 поступает на вторые входы блоков элементов «И» 3.1.1 и 3.1.2. На второй вход блока элемента «И» 3.2.1 поступает «0» с выхода второго разряда первого регистра сдвига 7, в результате на выходе блока 3.2.1 формируется «0».During the first period of operation "1" from the output of the first bit of the shift register 7 is supplied to the second inputs of the blocks of elements "And" 3.1.1 and 3.1.2. At the second input of the block of the element “AND” 3.2.1, “0” comes from the output of the second bit of the first shift register 7, as a result, “0” is formed at the output of block 3.2.1.
С поступлением последовательности синхроимпульсов с блока синхронизации 6 коэффициенты, находящиеся в первом блоке памяти 8, последовательно поступают на первые входы вычислителей 1 и запоминаются в них. Вычислители так же выполняют функцию накопления каждый раз в случае подачи на их вход нового слагаемого.With the arrival of a sequence of clock pulses from the
На вторые входы вычислителей 1, кроме последнего, подаются произвольные сигналы с блока генерации сигналов управления итерационным процессом 50.At the second inputs of the
На вторых входах вычислителей 1 последнего столбца присутствует сигнал «1».At the second inputs of the
Следовательно, для реализации итерационной процедуры отыскания собственного числа λ1 матрицы А в качестве начального приближения выбирается вектор .Therefore, to implement the iterative procedure for finding the eigenvalue λ 1 of the matrix A, the vector is chosen as the initial approximation .
На выходе последнего вычислителя 1 последней строки матрицы при этом образуется сигнал:At the output of the
который является первым приближением собственного числа λ1.which is the first approximation of the eigenvalue λ 1 .
На выходе последнего вычислителя 11-й строки (i=1…n-1) образуется сигналAt the output of the last calculator of the 11th line (i = 1 ... n-1), a signal is generated
где i=1,2…n-1.where i = 1,2 ... n-1.
Этот сигнал является i-м компонентом первого ненормированного приближения первого собственного вектора матрицы коэффициентов А:This signal is the ith component of the first non-normalized approximation of the first eigenvector of the coefficient matrix A:
. .
Нормирование первого приближения первого вектора осуществляется путем деления всех его компонентов на величину последнего компонента . Так как в результате нормирования последняя компонента равна 1, то ее деление не производится и «1» поступает на вторые входы последнего столбца матрицы вычислителей 1. Нормирование остальных компонент осуществляется при помощи блоков 2.1.1 и 2.1.2 путем деления компонент на величину последней компоненты . Сигнал с выхода блока 2.1.1 деления через первый вход блока 3.1.1 поступает на вторые входы вычислителей 1.2.1 и 1.3.1, т.е. вычислителей 1 первого столбца матрицы. Сигнал с выхода блока деления 2.1.2 через первый вход блока 3.1.2 поступает на второй вход вычислителя 1.3.2, т.е. вычислителя 1 второго столбца матрицы.The first approximation of the first vector is normalized by dividing all its components by the value of the last component . Since, as a result of normalization, the last component is equal to 1, its division is not performed and “1” goes to the second inputs of the last column of the matrix of
Таким образом, в соответствии с соотношением:Thus, in accordance with the ratio:
где i=1,2...,N-1 после окончания первой итерации на вторых выходах вычислителей 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3 присутствуют сигналы, соответствующие компонентам первого нормированного приближения первого собственного вектора:where i = 1,2 ..., N-1, after the end of the first iteration, at the second outputs of the calculators 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3 there are signals corresponding to the components of the first normalized approximation of the first eigenvector:
. .
Затем итерационный процесс повторяется и после окончания второй итерации на вторых выходах вычислителей 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3 присутствуют сигналы, соответствующие компонентам второго нормированного приближения первого собственного вектора:Then the iterative process is repeated and after the second iteration is over, the second outputs of the calculators 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3 present signals corresponding to the components of the second normalized approximation of the first eigenvector:
Повторение итераций будет осуществляться до полной сходимости итерационного процесса. В результате на 'вторых выходах вычислителей 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3 присутствуют сигналы, соответствующие компонентам нормированного первого собственного вектора:The iterations will be repeated until the iterative process is completely convergent. As a result, at the 'second outputs of calculators 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3 there are signals corresponding to the components of the normalized first eigenvector:
, ,
а на выходе вычислителя 1.3.3 присутствует сигнал, соответствующий собственному значению .and at the output of the calculator 1.3.3 there is a signal corresponding to the eigenvalue .
Таким образом, для матрицы А система уравнений, решаемая методом итерации, в соответствии с соотношениями (5) и (7) следующая:Thus, for matrix A, the system of equations solved by the iteration method, in accordance with relations (5) and (7), is as follows:
После реализации сходимости итерационного процесса на вторых выходах вычислителей 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3 будут получены значения компонент первого собственного вектора, а на выходе вычислителя 1.3.3 будет получено первое собственное значение.After convergence of the iterative process is realized at the second outputs of calculators 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3, the values of the components of the first eigenvector will be obtained, and at the output of the calculator 1.3.3, the first eigenvalue will be obtained.
По окончании времени, необходимого для реализации сходимости итерационного процесса, по средствам тактовых импульсов, подаваемых с блока синхронизации 6 во второй блок памяти 9, записываются компоненты первого собственного вектора. В следующий момент времени на тактовый вход регистра сдвига 7 поступает тактовый импульс, под воздействием которого «1» из первого разряда регистра сдвига 7 сдвигается во второй разряд.At the end of the time necessary to realize the convergence of the iterative process, the components of the first eigenvector are written by means of clock pulses supplied from the
Таким образом, «1» с выхода второго разряда регистра сдвига 7 поступает на второй вход второго сомножителя блока умножения 3.2.1. На вторые входы вторых сомножителей блоков умножения 3.1.1 и 3.1.2 поступает «0» с выхода первого разряда регистра сдвига 7, в результате на выходах блоков 3.1.1 и 3.1.2 формируется «0».Thus, “1” from the output of the second digit of the shift register 7 goes to the second input of the second factor of the multiplication block 3.2.1. At the second inputs of the second factors of the multiplication blocks 3.1.1 and 3.1.2, “0” is received from the output of the first bit of the shift register 7, as a result, “0” is generated at the outputs of the blocks 3.1.1 and 3.1.2.
Для определения второго собственного значения и компонент , второго собственного вектора необходимо методом итерации решить систему уравненийTo determine the second eigenvalue and component , the second eigenvector, iteratively solve the system of equations
Для матрицы А вторая система уравнений, решаемая методом итерации, определяется из условия ортогональности векторов и . Полученную систему уравнений необходимо решить методом итерации, но для этого нужно предварительно сформировать коэффициенты . Для этого используются коэффициенты , записанные в блоке памяти 8.For matrix A, the second system of equations solved by the iteration method is determined from the condition of orthogonality of the vectors and . The resulting system of equations must be solved by the iteration method, but for this it is necessary to form the coefficients first . For this, the coefficients are used recorded in
После подачи на входы вторых вычислителей 1.1.1 и 1.2.1 произвольного сигнала , а на входы вторых вычислителей 1.1.2 и 1.2.2 сигнала «1» начнется реализация итерационного процесса. После достижения сходимости итерационного процесса на выходе делителя 2.2.1, а соответственно на выходе вычислителя 1.2.1 будет получено значение , на выходе вычислителя 1.2.2 будет присутствовать сигнал , а также значение .After applying to the inputs of the second calculators 1.1.1 and 1.2.1 an arbitrary signal , and the inputs of the second calculators 1.1.2 and 1.2.2 of the signal "1" will begin to implement the iterative process. After convergence of the iterative process is achieved, at the output of the divider 2.2.1, and, accordingly, at the output of the calculator 1.2.1, the value , at the output of the calculator 1.2.2 there will be a signal as well as the meaning .
По окончании времени, необходимого для реализации сходимости итерационного процесса за счет поступления синхроимпульсов, компоненты и второго собственного вектора окажутся записанными в элементах памяти блока памяти 9.At the end of the time necessary to realize the convergence of the iterative process due to the arrival of clock pulses, the components and the second eigenvector will be recorded in the memory elements of the
Компонента определяется за счет решения уравнения с одним неизвестным с использованием известного устройства для операций над матрицами, способного решать уравнения или системы из n уравнений с n неизвестными по методу Гаусса-Жордана. В его состав входят операционные блоки 4.1.1,4.1.2,4.1.3,4.1.4, элемент задержки 5. В нем выполняется обработка матрицы размерности N×M (N=1,2), которая представляет собой матрицу коэффициентов при неизвестных системы линейных уравнений, к которой справа дописана матрица размерности N×1 свободных членов.Component determined by solving an equation with one unknown using a known device for operations on matrices, capable of solving equations or systems of n equations with n unknowns using the Gauss-Jordan method. It includes operational blocks 4.1.1,4.1.2,4.1.3,4.1.4,
Таким образом, например, для решения системы из двух линейных уравнений на входы устройства будет поступать матрица В вида:Thus, for example, to solve a system of two linear equations, matrix B of the form will arrive at the inputs of the device:
где B11 В12 В21 В22 - коэффициенты при неизвестных, а В13 В23 - свободные члены.where B 11 V 12 V 21 V 22 are the coefficients of the unknowns, and B 13 V 23 are free terms.
Элементы матрицы В поступают на первые входы операционных блоков 4 построчно со сдвигом на один такт под воздействием синхроимпульсов с выходов блока 6 синхронизации, подаваемых на вторые входы операционных блоков 4, т.е. первая строка поступает на первый вход операционного блока 4.1.1, начиная с первого такта, вторая строка поступает на первый вход операционного блока 4.2.1, начиная с второго такта, и т.д. На выходах операционных блоков 4.i.j(i=1…n, j=n) получается семейство решений системы линейных уравнений.Elements of the matrix B are supplied to the first inputs of the operating units 4 line by line with a shift by one clock cycle under the influence of clock pulses from the outputs of the
Таким образом, решения системы из двух уравнений получаются на выходах операционных блоков 4.1.2 и 4.2.2. Решение уравнения с одним неизвестным - на выходе операционного блока 4.1.1.Thus, solutions of a system of two equations are obtained at the outputs of operating blocks 4.1.2 and 4.2.2. Solving the equation with one unknown - at the output of the operating unit 4.1.1.
Следовательно, при вычислении значения будет задействован только операционный блок 4.1.1. Коэффициент при неизвестном и свободный член будут вычислены блоком памяти 9.Therefore, when calculating the value only operation block 4.1.1 will be involved. The unknown coefficient and the free term will be calculated by the
Значение с выхода операционного блока 4.1.1 поступает на информационный вход блока памяти 9 и с поступлением синхроимпульса оказывается записанным в элементе блока памяти 9.Value from the output of the operation unit 4.1.1 is fed to the information input of the
Таким образом, в блок памяти 9 будут записаны компоненты второго собственного вектора матрицы А.Thus, the components of the second eigenvector of matrix A will be recorded in the
По окончании времени, необходимого для вычисления компонент второго собственного вектора, на тактовый вход регистра сдвига 7 поступает тактовый импульс, в результате чего второй разряд регистра сдвига 7 обнуляется. Так как на второй вход второго сомножителя блока 3.2.1 поступает «0» с выхода второго разряда регистра 7, то на выходе блока 3.2.1 формируется «0».At the end of the time required to calculate the components of the second eigenvector, a clock pulse is supplied to the clock input of the shift register 7, as a result of which the second bit of the shift register 7 is reset. Since the second input of the second factor of block 3.2.1 receives “0” from the output of the second bit of register 7, then “0” is generated at the output of block 3.2.1.
Вычисление компонент третьего собственного вектора производится следующим образом. На вторые входы вычислителей 1.1.1, 1.2.1, 1.3.1 подается сигнал «1». С выхода блока 1.3.1 значение поступает на информационный вход блока памяти 9.The components of the third eigenvector are calculated as follows. The second inputs of the calculators 1.1.1, 1.2.1, 1.3.1 signal “1”. From the output of block 1.3.1 value arrives at the information input of the
После этого осуществляется вычисление компонент и .After that, the components are calculated and .
Так как значение вычислено и записано в элементе памяти, то полученная система линейных уравнений легко решается методом Гаусса-Жордана.Since the value calculated and written in the memory element, the resulting system of linear equations is easily solved by the Gauss-Jordan method.
В соответствии с алгоритмом работы операционных блоков 4 на выходах блоков 4.1.2 и 4.2.2 будут сформированы соответственно значения и поступающие на входы блока памяти 9.In accordance with the algorithm of operation of operating blocks 4, the outputs of blocks 4.1.2 and 4.2.2 will generate values, respectively and arriving at the inputs of the
Таким образом, в элементах блока памяти 9 будут записаны компоненты третьего собственного вектора матрицы А. На этом процесс вычисления компонент собственных векторов матрицы А заканчивается. Значения компонент собственных векторов хранятся в блоке памяти 9.Thus, the components of the third eigenvector of the matrix A will be recorded in the elements of the
Синхроимпульсы с блока синхронизации 6 одновременно поступают на тактовый вход кольцевого регистра сдвига 10, управляющий вход генератора случайных положительных чисел 22, где происходит случайное формирование коэффициентов матрицы А и подача их на информационные входы запоминающего устройства 23, которое под воздействием управляющего сигнала, подаваемого на его второй вход, записывает сформированные коэффициенты в блок памяти 8.The clock pulses from the
В кольцевом регистре сдвига 10 перед началом работы записывается код вида «10…0», причем «1» в первом разряде кольцевого регистра сдвига 10. Поскольку на тактовый вход кольцевого регистра сдвига 10 поступает периодическая последовательность импульсов, то «1», перемещаясь из разряда в разряд кольцевого регистра сдвига 10, управляет формированием дискретных базисных функций на выходах блока памяти 9. При этом считывание производится по столбцам.Before starting work, a code of the form “10 ... 0” is written in the
Вместе с подачей синхроимпульса на кольцевой регистр сдвига 10 на элемент «И» 47 подается информационный сигнал «1», в результате чего на выходе элемента 47 формируется управляющий сигнал.Along with applying a sync pulse to the
Аналогичным образом функционирует блок формирования копий хаотических ансамблей ортогональных сигналов 49 на приемной стороне, который запускается генератором копии сигналов синхронизации 43.In a similar way, a block for generating copies of chaotic ensembles of
Пример конкретного осуществления способа передачи информации в системах с кодовым разделением каналовAn example of a specific implementation of the method of transmitting information in systems with code division multiplexing
В качестве примера рассмотрим тот случай, когда для передачи последовательности информационных бит используются 3 канала связи, в которых бит информации модулируется хаотической расширяющей последовательностью (N=3 выбрана для упрощения расчетов). Допустим, что на входы запоминающих устройств 11 каждого из каналов передачи 12 подается информационная последовательность «1 0 1» и в блок памяти 8 заранее введена случайная последовательность коэффициентов матрицы А размерностью 3×3, вырабатываемая генератором случайных чисел 22:As an example, we consider the case when 3 communication channels are used to transmit a sequence of information bits, in which the information bit is modulated by a chaotic spreading sequence (N = 3 is chosen to simplify the calculations). Suppose that the information sequence “1 0 1” is fed to the inputs of the
. .
В регистре 7 сдвига записан код вида «100», причем "1" записана в первом разряде регистра 7 сдвига.A code of the form “100” is recorded in the shift register 7, wherein “1” is recorded in the first bit of the shift register 7.
Последовательности информационных бит, представленные на фиг.2 б, в, г, побитно поступают на первые входы запоминающих устройств 11 соответствующих каналов передачи 12. Далее биты записываются в запоминающие устройства 11 каждого из каналов 12 передачи и ожидают управляющего сигнала с блока элемента «И» 47 для дальнейшей передачи их в блок цифровой информации 13 и модуляции расширяющей последовательностью в модуляторе 14. Отсутствие сигнала с блока элемента «И» 47 свидетельствует о начале формирования стохастическим образом ортогональных систем сигналов, описываемых собственными векторами диагональных положительно определенных симметрических матриц, в результате чего начинает функционировать блок синхронизации 6, с выхода которого подается управляющий сигнал на управляющий вход генератора случайных положительных чисел 22 и запоминающее устройство 23, в результате чего происходит генерация и запись случайных коэффициентов матрицы А в блок памяти 8, после этого начинается вычисление 1-го собственного значения и соответствующего ему собственного вектора (первой расширяющей последовательности), которое осуществляться в течение времени нахождения «1» в 1-м разряде регистра 7 сдвига, поэтому период поступления тактовых импульсов на тактовый вход регистра 7 сдвига равен времени сходимости итерационного процесса и вычисления оставшейся части компонент собственного вектора.The sequence of information bits shown in Fig.2 b, c, d, bit by bit arrive at the first inputs of the
В течение первого периода работы «1» с выхода первого разряда регистра 7 сдвига поступает на вторые входы блоков элементов «И» 3.1.1 и 3.1.2. На второй вход блока элемента «И» 3.2.1 поступает «0» с выхода второго разряда первого регистра 7 сдвига, в результате на выходе блока 3.2.1 формируется «0».During the first period of operation "1" from the output of the first bit of the shift register 7 is supplied to the second inputs of the blocks of elements "And" 3.1.1 and 3.1.2. At the second input of the block of the element “AND” 3.2.1, “0” comes from the output of the second bit of the first shift register 7, as a result, “0” is formed at the output of block 3.2.1.
С поступлением последовательности синхроимпульсов коэффициенты, находящиеся в первом блоке памяти 8, последовательно поступают на первые входы вычислителей 1 и запоминаются в них. Причем вычислитель осуществляет так же функцию накопления каждый раз при подаче на его вход нового слагаемого.With the arrival of a sequence of clock pulses, the coefficients in the
На вторые входы вычислителей 1, кроме последнего, подаются произвольные сигналы На вторых входах вычислителей 1 последнего столбца присутствует сигнал «1».At the second inputs of the
Следовательно, для реализации итерационной процедуры отыскания собственного числа λ1 матрицы А в качестве начального приближения выбирается вектор .Therefore, to implement the iterative procedure for finding the eigenvalue λ 1 of the matrix A, the vector is chosen as the initial approximation .
На втором выходе последнего вычислителя 1 последней строки матрицы при этом образуется сигнал в соответствии с соотношением (5), который является первым приближением собственного числа λ1.At the second output of the
На выходе последнего вычислителя 1 1-й строки (i=1…n-1) образуется сигнал, формируемый на основе соотношения (6). Этот сигнал является i-м компонентом первого ненормированного приближения первого собственного вектора матрицы коэффициентов А .At the output of the
Нормирование первого приближения первого вектора осуществляется путем деления всех его компонентов на величину последнего компонента . Так как в результате нормирования последняя компонента равна «1», то ее деление не производится и «1» поступает на вторые входы последнего столбца матрицы вычислителей 1. Нормирование остальных компонент осуществляется при помощи блоков 2.1.1 и 2.1.2 путем деления компонент на величину последней компоненты . Сигнал с выхода блока 2.1.1 деления через блок 3.1.1 поступает на вторые входы вычислителей 1.2.1 и 1.3.1, т.е. вычислителей 1 первого столбца матрицы. Сигнал с выхода блока 2.1.2 деления через блок 3.1.2 поступает на второй вычислителя 1.3.2, т.е. вычислителя 1 второго столбца матрицы.The first approximation of the first vector is normalized by dividing all its components by the value of the last component . Since, as a result of normalization, the last component is “1”, its division is not performed and “1” is fed to the second inputs of the last column of the matrix of
Таким образом, в соответствии с соотношением (7) после окончания первой итерации на выходах вычислителей 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3 присутствуют сигналы, соответствующие компонентам первого нормированного приближения первого собственного вектора .Thus, in accordance with relation (7), after the end of the first iteration, the outputs of calculators 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3 present signals corresponding to the components of the first normalized approximation of the first eigenvector .
Затем итерационный процесс повторяется и после окончания второй итерации на вторых выходах вычислителей 1.3.1,1.3.2,1.3.3 присутствуют сигналы, соответствующие компонентам второго нормированного приближения первого собственного вектора .Then the iterative process is repeated and after the second iteration is over, the second outputs of the calculators 1.3.1,1.3.2,1.3.3 present signals corresponding to the components of the second normalized approximation of the first eigenvector .
Повторение итераций будет осуществляться до полной сходимости итерационного процесса. В результате на вторых выходах вычислителей 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3 присутствуют сигналы, соответствующие компонентам нормированного первого собственного вектора , а на втором выходе вычислителя 1.3.3 присутствует сигнал, соответствующий собственному значению λ1.The iterations will be repeated until the iterative process is completely convergent. As a result, at the second outputs of the calculators 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3 there are signals corresponding to the components of the normalized first eigenvector , and at the second output of the calculator 1.3.3 there is a signal corresponding to the eigenvalue λ 1 .
Таким образом, для матрицы А система уравнений, решаемая методом итерации, представлена в соотношении (8).Thus, for matrix A, the system of equations solved by the iteration method is presented in relation (8).
После реализации сходимости итерационного процесса на вторых выходах вычислителей 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3 будут получены значения компонент первого собственного вектора , , а на втором выходе вычислителя 1.3.3 будет получено первое собственное значение λ1=0,8077.After the convergence of the iterative process is realized at the second outputs of calculators 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3, the values of the components of the first eigenvector will be obtained , , and at the second output of the calculator 1.3.3, the first eigenvalue λ 1 = 0.8077 will be obtained.
По окончании времени, необходимого для реализации сходимости итерационного процесса, по средствам тактового импульса во второй блок памяти 9 записываются компоненты первого собственного вектора, который представлен на фиг.2, д. В следующий момент времени на тактовый вход регистра 7 сдвига поступает тактовый импульс, под воздействием которого «1» из первого разряда регистра 7 сдвига сдвигается во второй разряд.At the end of the time necessary for convergence of the iterative process to be realized, by means of a clock pulse, the components of the first eigenvector, which is presented in Fig. 2, are recorded in the
Таким образом, «1» с выхода второго разряда регистра 7 сдвига поступает на вход второго сомножителя блока 3.2.1 умножения. На входы вторых сомножителей блоков 3.1.1 и 3.1.2 умножения поступает «0» с выхода первого разряда регистра 7 сдвига, в результате на выходах блоков 3.1.1 и 3.1.2 формируется «0».Thus, “1” from the output of the second bit of the shift register 7 is input to the second factor of the multiplication block 3.2.1. At the inputs of the second multipliers of the blocks 3.1.1 and 3.1.2 of the multiplication, “0” is received from the output of the first bit of the shift register 7, as a result, “0” is generated at the outputs of the blocks 3.1.1 and 3.1.2.
Для определения второго собственного значения и компонент , второго собственного вектора необходимо методом итерации решить систему уравнений в соотношении (9).To determine the second eigenvalue and component , of the second eigenvector, it is necessary to solve the system of equations in relation (9) using the iteration method.
Для матрицы А вторая система уравнений, решаемая методом итерации, определяется из условия ортогональности векторов и . Так какFor matrix A, the second system of equations solved by the iteration method is determined from the condition of orthogonality of the vectors and . As
, ,
ТоThen
Подставляя это выражение в систему видаSubstituting this expression into the view system
и полагая , получимand putting we get
Систему (13) необходимо решить методом итерации, но для этого нужно предварительно сформировать коэффициенты с использованием соотношения (9). Для этого используются коэффициенты , записанные в блоке 8 памяти.System (13) must be solved by the iteration method, but for this it is necessary to formulate the coefficients first using relation (9). For this, the coefficients are used recorded in
После подачи на входы вторых вычислителей 1.1.1 и 1.2.1 произвольного сигнала , а на входы вторых вычислителей 1.1.2 и 1.2.2 сигнала «1» начнется реализация итерационного процесса. После достижения сходимости итерационного процесса на выходе делителя 2.2.1, а соответственно на выходе вычислителя 1.2.1 будет получено значение , на выходе вычислителя 1.2.2 будет присутствовать сигнал , а также второе собственное значение .After applying to the inputs of the second calculators 1.1.1 and 1.2.1 an arbitrary signal , and the inputs of the second calculators 1.1.2 and 1.2.2 of the signal "1" will begin to implement the iterative process. After convergence of the iterative process is achieved, at the output of the divider 2.2.1, and, accordingly, at the output of the calculator 1.2.1, the value , at the output of the calculator 1.2.2 there will be a signal as well as the second eigenvalue .
По окончании времени, необходимого для реализации сходимости итерационного процесса за счет поступления синхроимпульсов, компоненты и второго собственного вектора окажутся записанными в элементах памяти блока памяти 9.At the end of the time necessary to realize the convergence of the iterative process due to the arrival of clock pulses, the components and the second eigenvector will be recorded in the memory elements of the
Компонента определяется из соотношения (12), т.е. уравнения с одним неизвестным с использованием известного устройства для операций над матрицами, способного решать уравнения с одним неизвестным или системы из n уравнений с n неизвестными по методу Гаусса-Жордана. В его состав входят операционные блоки 4.1.1, 4.1.2, 4.1.3, 4.1.4, элемент 5 задержки, блок 6 синхронизации. В нем выполняется обработка матрицы размерности N×M (N=1,2), которая представляет собой матрицу коэффициентов при неизвестных системы линейных уравнений, к которой справа дописана матрица размерности N×1 свободных членов.Component is determined from relation (12), i.e. single-unknown equations using a well-known device for operations on matrices capable of solving equations with one unknown or a system of n equations with n unknowns using the Gauss-Jordan method. It includes operational blocks 4.1.1, 4.1.2, 4.1.3, 4.1.4,
Таким образом, например, для решения системы из двух линейных уравнений на входы устройства будет поступать матрица В, соотношение (10).Thus, for example, to solve a system of two linear equations, the inputs of the device will receive the matrix B, relation (10).
Элементы матрицы В поступают на входы операционных блоков 4 построчно со сдвигом на один такт под воздействием синхроимпульсов с выходов блока 6 синхронизации, т.е. первая строка поступает на первый вход операционного блока 4.1.1, начиная с первого такта, вторая строка поступает на первый вход операционного блока 4.2.1, начиная с второго такта, и т.д. На выходах операционных блоков 4.i.j (i=1…n, j=n) получается семейство решений системы линейных уравнений.The elements of the matrix are supplied to the inputs of the operating units 4 line by line with a shift of one clock cycle under the influence of clock pulses from the outputs of the
Таким образом, решения системы из двух уравнений получаются на выходах операционных блоков 4.1.2 и 4.2.2. Решение уравнения с одним неизвестным - на выходе операционного блока 4.1.1.Thus, solutions of a system of two equations are obtained at the outputs of operating blocks 4.1.2 and 4.2.2. Solving the equation with one unknown - at the output of the operating unit 4.1.1.
Следовательно, при вычислении значения будет задействован только операционный блок 4.1.1. Коэффициент при неизвестном и свободный член будут вычислены блоком 9 памяти.Therefore, when calculating the value only operation block 4.1.1 will be involved. The unknown coefficient and the free term will be calculated by the
Значение с выхода операционного блока 4.1.1 поступает на информационный вход блока 9 памяти и с поступлением синхроимпульса оказывается записанным в блоке памяти 9.Value from the output of the operation unit 4.1.1 is fed to the information input of the
Таким образом, в блок памяти 9 будут записаны компоненты второго собственного вектора матрицы А: ; ; , который представлен на фиг.2, е.Thus, in the block of
По окончании времени, необходимого для вычисления компонент второго собственного вектора на тактовый вход регистра 7 сдвига поступает тактовый импульс, в результате чего второй разряд регистра 7 сдвига обнуляется. Так как на вход второго сомножителя блока 3.2.1 поступает «0» с выхода второго разряда регистра 7, то на выходе блока 3.2.1 формируется «0».At the end of the time required to calculate the components of the second eigenvector, a clock pulse is supplied to the clock input of the shift register 7, as a result of which the second bit of the shift register 7 is reset. Since the input of the second factor of block 3.2.1 receives “0” from the output of the second bit of register 7, then “0” is generated at the output of block 3.2.1.
Вычисление компонент третьего собственного вектора производится следующим образом. На вторые входы вычислителей 1.1.1, 1.2.1, 1.3.1 подается сигнал «1». С выхода блока 1.3.1 значение поступает на информационный вход блока 9 памяти. С поступлением синхроимпульса на вход блока 9 памяти значение записывается в элемент памяти.The components of the third eigenvector are calculated as follows. The second inputs of the calculators 1.1.1, 1.2.1, 1.3.1 signal “1”. From the output of block 1.3.1 value arrives at the information input of
После этого осуществляется вычисление компонент и с использованием соотношений ортогональности:After that, the components are calculated and using orthogonality relations:
Так как значение вычислено и записано в элементе памяти, то систему уравнений (14) можно представить в виде:Since the value calculated and written in the memory element, the system of equations (14) can be represented as:
Эта система линейных уравнений легко решается методом Гаусса-Жордана. Поскольку коэффициенты 'при неизвестных и свободные члены записаны в блоке 9 памяти, то уравнение (15) решается следующим образом.This system of linear equations is easily solved by the Gauss-Jordan method. Since the coefficients' for unknowns and free terms are written in
При поступлении синхроимпульса значение 0,7720 считывается и поступает на вход операционного блока 4.1.1.When a clock pulse arrives, the value 0.7720 is read and fed to the input of the operating unit 4.1.1.
При поступлении синхроимпульса значение «1» считывается и поступает на вход операционного блока 4.2.1.Upon receipt of the clock, the value "1" is read and fed to the input of the operating unit 4.2.1.
Аналогичным образом считываются все оставшиеся значения.Similarly, all remaining values are read.
В соответствии с алгоритмом работы операционных блоков 4 на выходах блоков 4.1.2 и 4.2.2 будут сформированы соответственно значения ; , поступающие на входы блока 9 памяти.In accordance with the algorithm of operation of operating blocks 4, the outputs of blocks 4.1.2 and 4.2.2 will generate values, respectively ; coming to the inputs of
Таким образом, в элементах блока памяти 9 будут записаны компоненты третьего собственного вектора матрицы А: ; ; , которые представлены на фиг.2, е. На этом процесс вычисления компонент собственных векторов матрицы А заканчивается. Значения компонент собственных векторов хранятся в блоке 9 памяти.Thus, the components of the third eigenvector of matrix A will be recorded in the elements of memory block 9: ; ; , which are presented in figure 2, e. On this process of calculating the components of the eigenvectors of the matrix A ends. The values of the components of the eigenvectors are stored in
После того как расширяющие последовательности сформированы, с блока 6 синхронизации поступают тактовые импульсы на вход регистра 10 сдвига и как следствие на второй управляющий вход блока элемента «И» 47. После чего происходит модуляция информационных бит расширяющей последовательностью в модуляторе 14 каждого из каналов передачи 12. Причем расширение информационной последовательности происходит в случае, если информационный бит равен единице за счет использования ортогонального сигнала инверсной структуры, в случае, если информационный бит, равен нулю - за счет использования ортогонального сигнала прямой структуры (см. Столингс В. Беспроводные линии связи и сети.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. - С.213).After the extension sequences are generated, clock pulses are sent from the
Затем в блоке формирования группового сигнала происходит объединение всех промодулированных сигналов и через блок фазовой модуляции 18 и усилитель мощности 19 излучаются через передающую антенну 20 в эфир.Then, in the group signal generation unit, all the modulated signals are combined and, through the
Одновременно с процессом модуляции происходит формирование новых коэффициентов диагональной симметрической матрицы А в генераторе случайных положительных чисел 22 и запись их в блок памяти 8 через запоминающее устройство 23.Simultaneously with the modulation process, the formation of new coefficients of the diagonal symmetric matrix A in the random
На приемной стороне происходит обратная процедура.On the receiving side, the reverse procedure occurs.
Использование в качестве коэффициентов диагональной положительно определенной симметрической матрицы случайных чисел позволяет повысить количество возможных кодовых последовательностей, используемых для передачи последовательности информационного сообщения.The use of random numbers as coefficients of a diagonal positive definite symmetric matrix of matrices makes it possible to increase the number of possible code sequences used to transmit a sequence of informational messages.
Для подтверждения того, что предлагаемая система передачи информации обладает повышенной структурной скрытностью по сравнению с прототипом, произведем расчет количества всех возможных ансамблей ортогональных сигналов, формируемых данными системами. Поэтому нами будет рассмотрена матрица А следующей структуры:To confirm that the proposed information transmission system has increased structural secrecy in comparison with the prototype, we calculate the number of all possible ensembles of orthogonal signals generated by these systems. Therefore, we will consider matrix A of the following structure:
. .
где α1,1, α2,2, α3,3…αN,N - коэффициента главной диагонали;where α 1,1 , α 2,2 , α 3,3 ... α N, N - coefficient of the main diagonal;
(α1,2, а2,1),(α1,3, α3,1)…(αN-1,N,αN,N-1) - симметричные элементы верхней и нижней диагонали.(α 1,2 , and 2,1 ), (α 1,3 , α 3,1 ) ... (α N-1, N , α N, N-1 ) are symmetrical elements of the upper and lower diagonal.
Для расчета количества ансамблей сигналов в предлагаемом устройстве использовалась формула для неупорядоченных сочетаний с повторением элементов (см. Волковец А.И. Теория вероятности и математическая статистика: Практикум для студ. всех спец. БГУИР дневной формы обучения / А.И.Волковец, А.Б.Гуринович. - Мн.: БГУИР, 2003. С.5):To calculate the number of signal ensembles in the proposed device, the formula for disordered combinations with repeating elements was used (see Volkovets A.I. Probability Theory and Mathematical Statistics: Workshop for students of all special BSUIR full-time courses / A.I. Volkovets, A. B. Gurinovich. - Mn .: BSUIR, 2003. P.5):
где n - диапазон возможных значений диагональных коэффициентов матрицы A;where n is the range of possible values of the diagonal coefficients of the matrix A;
k - количество элементов диагональной симметрической матрицы размерностью N, находящихся ниже или выше главной диагонали.k is the number of elements of a diagonal symmetric matrix of dimension N located below or above the main diagonal.
Формула для расчета k:The formula for calculating k:
где N- размерность матрицы А.where N is the dimension of matrix A.
Для расчета количества кодовых словарей де Брейна, используемых в прототипе, в качестве расширяющих последовательностей использовалась формула (см. патент Российской Федерации №2234191, кл. Н04В 7/216, H04L 9/26 24.07.2001):To calculate the number of de Bruin code dictionaries used in the prototype, the formula was used as extension sequences (see patent of the Russian Federation No. 2234191, CL Н04В 7/216,
где bi - число элементов в i-м цикле подстановки V10, содержащей два и более элементов;where b i is the number of elements in the i-th substitution cycle V 10 containing two or more elements;
m - число элементов памяти регистра сдвига;m is the number of memory elements of the shift register;
d - общее число циклов подстановки V10 с двумя и более элементами.d is the total number of substitution cycles V 10 with two or more elements.
Результаты расчетов, которые представлены на фиг.3, показывают, что с увеличением элементов n, используемых для вычисления хаотических ансамблей ортогональных многоуровневых сигналов, увеличивается количество М возможных структур данных сигналов по сравнению с количеством сигналов Q, формируемых на основе кодовых словарей де Брейна.The calculation results, which are presented in Fig. 3, show that with an increase in the n elements used to calculate chaotic ensembles of orthogonal multilevel signals, the number M of possible signal structures increases compared to the number of Q signals generated from de Bruin code dictionaries.
В соответствии с предложенным способом при передаче каждого бита должен использоваться новый хаотический ансамбль ортогональных многоуровневых сигналов, поэтому если обеспечить смену хаотических ансамблей ортогональных многоуровневых сигналов с периодом, равным Т0, где T0=1/R - временной интервал использования хаотического ансамбля ортогональных многоуровневых сигналов, равный длительности бита информации, a R - скорость передачи бита информации, то период повторения хаотического ансамбля ортогональных многоуровневых сигналов будет определяться соотношением:In accordance with the proposed method, for the transmission of each bit, a new chaotic ensemble of orthogonal multilevel signals should be used, therefore, if we ensure the change of chaotic ensembles of orthogonal multilevel signals with a period equal to T 0 , where T 0 = 1 / R is the time interval for using the chaotic ensemble of orthogonal multilevel signals equal to the duration of the information bit, and R is the information bit rate, then the repetition period of the chaotic ensemble of orthogonal multilevel signals will be determined by the ratio:
В соответствии с соотношением (19), когда скорость передачи данных R равна 1МБит/с, размерность N матрицы А равна 256 и диапазон возможных значений n равен 10, то период повторения одного хаотического ансамбля ортогональных многоуровневых сигналов составит 3,54·1022 лет.According to relation (19), when the data transfer rate R is 1 Mbit / s, the dimension N of matrix A is 256 and the range of possible values of n is 10, then the repetition period of one chaotic ensemble of orthogonal multilevel signals will be 3.54 × 10 22 years.
Это говорит о том, что при передаче одинаковых последовательностей бит генерируемые расширяющие последовательности не будут повторяться в течение длительного времени.This suggests that when transmitting identical sequences of bits, the generated spreading sequences will not be repeated for a long time.
В соответствии с соотношениями (16) и (17) расчет количества ансамблей сигналов, которое можно сформировать на основе диагональной симметрической матрицы А размерностью N=4×4, проводится следующим образом:In accordance with relations (16) and (17), the calculation of the number of signal ensembles, which can be generated on the basis of a diagonal symmetric matrix A of dimension N = 4 × 4, is carried out as follows:
. .
где α1,1, α2,2, α3,3, α4,4 - коэффициенты главной диагонали матрицы А;where α 1,1 , α 2,2 , α 3,3 , α 4,4 are the coefficients of the main diagonal of the matrix A;
α1,2, α1,3, α1,4, α2,3, α2,4, α3,4 - коэффициенты матрицы A, находящиеся над главной диагональю;α 1,2 , α 1,3 , α 1,4 , α 2,3 , α 2,4 , α 3,4 are the coefficients of the matrix A, located above the main diagonal;
α2,1, α3,1, α3,2, α4,1, α4,2, α4,3 - коэффициенты матрицы А, находящиеся под главной диагональю;α 2,1 , α 3,1 , α 3,2 , α 4,1 , α 4,2 , α 4,3 - the coefficients of the matrix A, located under the main diagonal;
Допустим, что диапазон n возможных значений диагональных коэффициентов матрицы А равен 5 (n=5).Assume that the range of n possible values of the diagonal coefficients of matrix A is 5 (n = 5).
1. Рассчитывается количество элементов диагональной симметрической матрицы А, находящихся ниже или выше главной диагонали, в соответствии с соотношением (17):1. The number of elements of the diagonal symmetric matrix A, located below or above the main diagonal, is calculated in accordance with the relation (17):
. .
2. Рассчитывается количество ансамблей дискретных многоуровневых ортогональных сигналов в соответствии с соотношением (16):2. The number of ensembles of discrete multilevel orthogonal signals is calculated in accordance with relation (16):
3. Рассчитаем в соответствии с соотношением (19) период повторения одного хаотического ансамбля ортогональных многоуровневых сигналов для диагональной симметрической матрицы А при скорости передачи равной R=1000 кБит/с:3. In accordance with relation (19), we calculate the repetition period of one chaotic ensemble of orthogonal multilevel signals for a diagonal symmetric matrix A at a transmission rate equal to R = 1000 kBit / s:
. .
Для наглядности на фиг.2 один и тот же сигнал был повторен 3 раза, при этом, как можно увидеть на фиг.2 ж, з, и, ни одна из расширяющих последовательностей не повторилась.For clarity in figure 2, the same signal was repeated 3 times, while, as can be seen in figure 2 g, h, and, none of the extension sequences were repeated.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010106663/09A RU2428795C1 (en) | 2010-02-24 | 2010-02-24 | Method to transfer information based on chaotically generated ensembles of discrete multi-level orthogonal signals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010106663/09A RU2428795C1 (en) | 2010-02-24 | 2010-02-24 | Method to transfer information based on chaotically generated ensembles of discrete multi-level orthogonal signals |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2428795C1 true RU2428795C1 (en) | 2011-09-10 |
Family
ID=44757762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010106663/09A RU2428795C1 (en) | 2010-02-24 | 2010-02-24 | Method to transfer information based on chaotically generated ensembles of discrete multi-level orthogonal signals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2428795C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2493659C2 (en) * | 2011-12-20 | 2013-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Method for secure transmission of information using pulse coding |
| RU2500069C1 (en) * | 2012-09-20 | 2013-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Новые Технологии Телекоммуникаций" | Method of generating codes for generating signal ensembles in telecommunication networks |
| RU2579759C1 (en) * | 2015-03-25 | 2016-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Method of forming noise-immune wideband signals |
| RU2619766C1 (en) * | 2016-01-26 | 2017-05-18 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method of data transmission |
| RU2780418C1 (en) * | 2021-10-06 | 2022-09-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | System for information transmission applying stochastic orthogonal codes |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0491668A2 (en) * | 1990-12-17 | 1992-06-24 | Ericsson Inc. | CDMA substractive demodulation |
| EP1034665B1 (en) * | 1998-09-25 | 2004-04-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Device and method for generating quasi-orthogonal code and spreading channel signals in mobile communication system |
| RU2234191C2 (en) * | 2001-07-24 | 2004-08-10 | Косякин Сергей Иванович | Method and device for data transfer in code-division systems |
| WO2005071864A2 (en) * | 2004-01-13 | 2005-08-04 | Qualcomm Incorporated | Data transmission with spatial spreading in a mimo communication system |
| US7551698B2 (en) * | 2002-12-11 | 2009-06-23 | Qualcomm Incorporated | Derivation of eigenvectors for spatial processing in MIMO communication systems |
| RU2008131106A (en) * | 2008-07-28 | 2010-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования"Ставропольский военный институт связи ракетных во | METHOD FOR TRANSMISSION OF INFORMATION IN RADIO COMMUNICATION SYSTEMS WITH CODE SEPARATION OF CHANNELS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
-
2010
- 2010-02-24 RU RU2010106663/09A patent/RU2428795C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0491668A2 (en) * | 1990-12-17 | 1992-06-24 | Ericsson Inc. | CDMA substractive demodulation |
| EP1034665B1 (en) * | 1998-09-25 | 2004-04-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Device and method for generating quasi-orthogonal code and spreading channel signals in mobile communication system |
| RU2234191C2 (en) * | 2001-07-24 | 2004-08-10 | Косякин Сергей Иванович | Method and device for data transfer in code-division systems |
| US7551698B2 (en) * | 2002-12-11 | 2009-06-23 | Qualcomm Incorporated | Derivation of eigenvectors for spatial processing in MIMO communication systems |
| WO2005071864A2 (en) * | 2004-01-13 | 2005-08-04 | Qualcomm Incorporated | Data transmission with spatial spreading in a mimo communication system |
| RU2008131106A (en) * | 2008-07-28 | 2010-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования"Ставропольский военный институт связи ракетных во | METHOD FOR TRANSMISSION OF INFORMATION IN RADIO COMMUNICATION SYSTEMS WITH CODE SEPARATION OF CHANNELS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2493659C2 (en) * | 2011-12-20 | 2013-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Method for secure transmission of information using pulse coding |
| RU2500069C1 (en) * | 2012-09-20 | 2013-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Новые Технологии Телекоммуникаций" | Method of generating codes for generating signal ensembles in telecommunication networks |
| RU2579759C1 (en) * | 2015-03-25 | 2016-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Method of forming noise-immune wideband signals |
| RU2619766C1 (en) * | 2016-01-26 | 2017-05-18 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method of data transmission |
| RU2780418C1 (en) * | 2021-10-06 | 2022-09-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | System for information transmission applying stochastic orthogonal codes |
| RU2801172C1 (en) * | 2022-12-09 | 2023-08-02 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | System for continuous information transmission by ensembles of stochastic orthogonal codes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114342308B (en) | Communication system and method for high data rates using improved Near Equiangular Tight Frame (NETF) matrices | |
| Chen et al. | Discrete chaotic systems with one-line equilibria and their application to image encryption | |
| RU2428795C1 (en) | Method to transfer information based on chaotically generated ensembles of discrete multi-level orthogonal signals | |
| CN113194548A (en) | Intelligent super-surface-assisted large-scale passive random access method | |
| US11936770B2 (en) | Automorphic transformations of signal samples within a transmitter or receiver | |
| CN101534274A (en) | Method for reducing peak-to-average power ratio in mobile communication system and device thereof | |
| RU2801172C1 (en) | System for continuous information transmission by ensembles of stochastic orthogonal codes | |
| RU2780418C1 (en) | System for information transmission applying stochastic orthogonal codes | |
| CN102932100A (en) | Method and device for parallel scrambling | |
| US20080192867A1 (en) | Cross correlation circuits and methods | |
| KR102559804B1 (en) | Method and apparatus for detecting synchronization signal | |
| CN116015604A (en) | A non-degenerate chaotic sequence generation method and system under finite precision | |
| RU2234191C2 (en) | Method and device for data transfer in code-division systems | |
| RU2832595C1 (en) | Method of transmitting discrete messages with synchronized encryption and system for its implementation | |
| Derya et al. | Joint delay and user activity detection in asynchronous massive access | |
| Kuznetsov et al. | 16 Computational Modeling | |
| RU2786174C1 (en) | Method for transmitting discrete messages with encryption and a system for its implementation | |
| RU2001120727A (en) | A method of transmitting information in systems with code division multiplexing and a device for its implementation | |
| RU2832047C1 (en) | Method of transmitting discrete messages with extended system of synchronized encryption and device for its implementation | |
| EP3800951B1 (en) | Method, computer program and wireless communication device | |
| CN104378173B (en) | A kind of fast cycle correlation technique of ZCZ arrangement sets | |
| RU2834001C1 (en) | Method of transmitting discrete messages with synchronized two-step encryption system and device for its implementation | |
| SU999063A1 (en) | Random wolk simulating device | |
| RU2773107C1 (en) | Device for generating stochastic orthogonal codes | |
| RU2831996C1 (en) | Method of transmitting discrete messages with synchronized double encryption system and device for its implementation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150225 |