Способ передачи дискретных сообщений и система для его осуществления
DISCRETE MESSAGE TRANSMISSION METHOD AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Область техники
Изобретение относится к области радиотехники, средствам вычислительной техники и системам помехоустойчивой скрытной передачи дискретных сообщений при наличии шумов с использованием конечного множества шумоподобных сигналов (ШПС).
Уровень техники
Известен способ передачи информации [1], в котором широкополосной несущей является случайный процесс, модулируемый путем изменения многомерной функции распределения вероятностей в соответствии с информационным сигналом. Принятая несущая на приемной стороне демодулируется путем измерения упомянутой многомерной функции распределения вероятностей. Недостатком способа является отсутствие возможности энергетически скрытной передачи информации и отсутствие оптимального обнаружения и различение сигналов при наличии (на фоне) шумов (следовательно, не обеспечена передача сигналов оптимальным образом).
Известен способ скрытной передачи информации [2]. Полезный сигнала преобразуется в двоичный код и посредством первого хаотического генератора формируется исходный детерминированный хаотический сигнал, осуществляется модуляции параметров хаотического сигнала этим полезным цифровым сигналом. Принятый сигнал воздействует на два хаотических генератора, которые выбраны с возможностью обеспечения обобщенной синхронизации с первым хаотическим генератором. Полезный сигнал нарушает синхронизацию одного из генераторов, что позволяет после вычитания сигналов первого и второго генераторов определить наличие этого полезного цифрового сигнала. Сигнал первого хаотического генератора перед передачей по каналу связи суммируют с шумовым сигналом генератора шума существенно превышающим уровень сигнала самого хаотического генератора. Энергетическая скрытность обеспечивается. Недостатком способа является отсутствие возможности оптимального обнаружения и различение сигналов при наличии шумов оптимальным образом.
Способ скрытной передачи информации [3] отличается от способа [2] тем, что характеристики генератора шума модулируются цифровым или аналоговым сигналом, содержащим ложное, несущественное или открытое информационное сообщение. Недостатки способа такие же, как у способа [2].
Известен способ приемопередачи дискретных информационных сигналов [4]. В способе реализовано отображение подлежащих передаче символов на возмущение физической среды и обнаружение этих возмущений в сигнально-шумовой смеси на приемной стороне, в качестве формируемых возмущений используются отрезки периодических колебаний протяженностью равной протяженности символов, передаваемых через среду распространения непосредственно либо используемые в качестве модулирующих сигналов. На приемной стороне сигнально-шумовую смесь разделяют на участки, производят оценку псевдоспектра полученных участков сигнально-шумовой смеси и в случае обнаружения псевдоспектрального пика выносят решение о наличии на данном участке переданного символа. Недостатком способа является отсутствие возможности энергетически скрытной передачи данных по каналу связи, так как сигналы для анализа псевдоспектра на приемной стороне должны иметь достаточный уровень. Кроме того не обеспечена передача сигналов оптимальным образом из-за отсутствия оптимального обнаружения и различение сигналов при наличии шумов.
Известна когерентная система передачи информации [5]. В качестве ШПС с широким спектром используется конечное множество хаотических сигналов. Система содержит передающую и приемную стороны. На передающей стороне формируются хаотические сигналы, перемножаемые с информационной последовательностью так, что каждый бит передается своим отрезком хаотического сигнала, при этом требуется синхронизация этих сигналов на передающей и приемной сторонах. Копии хаотических сигналов для выделения информационной последовательности формируются с диска на приемной стороне. Обеспечена скрытность структуры сигналов. Недостатком аналога является необходимость обеспечения синхронизма хаотических сигналов на приемной и передающей сторонах, что требует использования сигналов достаточного уровня, но это приводит к отсутствию энергетической скрытности работы системы. Синхронизация требует также затрат времени, что снижает быстродействие системы, так как необходимо использовать ШПС с широким спектром, но чем шире спектр, тем больше время обнаружения и синхронизации. В данном случае когерентность системы означает лишь наличие синхронизации хаотических сигналов на передающей и приемной сторонах и не обеспечивает оптимальность обработки сигналов (обнаружение и различение) при наличии шумов.
Прототипом выбран способ передачи дискретных сообщений и система для его осуществления [6, с. 16, 17]. Способ состоит в том, что источник информации (ИИ) формирует на входе последовательность импульсов длительностью Г, соответствующих двоичным числам ("1" и "0"), поступающих на вход фазового модулятора, на его второй вход с периодом Т поступает ШПС в виде фазоманипулированного сигнала (ФМС) той же длительности (представлен N=13 - элементный код Баркера (КБ)) от генератора ФМС (его работой управляет синхронизатор). На выходе фазового модулятора формируются КБ, причем на интервале, соответствующем сигналу ИИ, равному "1", ФМС фазовым детектором не инвертируется, а на интервале, где сигнал ИИ равен "0" используемый КБ инвертируется по фазе. В результате получается последовательность ШПС в виде КБ (каждый из них инвертирован либо нет), переносящая информационные символы. Эта последовательность поступает на модулятор, осуществляющий модуляцию несущих колебаний, которые создаются генератором низкой несущей частоты. Промодулированные колебания усиливаются по мощности и излучаются в пространство (физическую среду канала связи).
В приемнике последовательность ШПС переносится на промежуточную частоту с помощью смесителя и гетеродина, после чего усиливается. Для реализации синхронного приема осуществляется поиск ФМС по частоте и по времени прихода сигналов, накопление сигналов для обеспечения устойчивой синхронизации. Для этого используется согласованный фильтр (СФ), синхронизатор и решающее устройство. Отмечается, что указанный приемник ШПС с большой базой является сложным устройством и вхождение в синхронизм требует затрат интервала времени, зависящего от базы ШПС. После окончания поиска и вхождения в синхронизм формируется информационная последовательность в виде двоичных символов, которая передается на выход, получателю информации (ПИ).
Система содержит в передатчике источник информации, фазовый модулятор, генератор ШПС в виде ФМС, синхронизатор, модулятор, генератор низкой частоты, усилитель мощности, канал связи. Приемник включает в свой состав смеситель, гетеродин, усилитель промежуточной частоты, СФ, решающее устройство, синхронизатор, ПИ.
1
Система в прототипе построена и работает на основании изложенного способа. От ИИ на первый вход фазового модулятора поступает информационная последовательность двоичных "1" и "0", а на второй вход поступает ФМС от генератора, управляемого посредством синхронизатора C (он формирует сигналы управления). Генератор создает последовательность ШПС в виде ФМС. Если от ИИ поступает логическая "1", то на выходе фазового модулятора ФМС не меняется, а когда подается "0", то ФМС на текущем интервале инвертируется. Таким образом двоичные информационные символы переносятся на ШПС. Далее в модуляторе осуществляется балансная модуляция колебаний (сигналы поступают с генератора низких частот). Модулятор реализует требуемое инвертирование фазы несущего колебания при варьировании двоичных сигналов ИИ. Полученные сигналы усиливаются по мощности усилителем и через антенну излучаются в пространство (передаются по каналу связи). Дальнейшая работа системы изложена в способе.
Недостатками способа и системы прототипа является необходимость поиска и синхронизации сигналов в передатчике и приемнике. Это снижает быстродействие системы в целом. Перед передачей сигналов сообщения требуется затратить время на подготовку, причем, чем выше энергетическая скрытность системы, тем меньше мощность сигнала на входе, тем большее время обнаружения требуется для поиска и синхронизации сигналов [6, с. 9]. Кроме того, при синхронизации нужно использовать систему поиска и вхождения в синхронизм, что снижает энергетическую эффективности из-за усложнения конструкции системы прототипа [6, с. 16, 17]. Вместе с этим не эффективно используется полоса частот, в пределах которой работает система.
В системах передачи дискретных сообщений элементами сообщений являются логические "1" и "0", а в вычислительных системах данные представляются в виде байтов, для чего применяют импульсы разной полярности "±1".
Краткое изложение сущности способа и состава системы изобретения
1
2
1
2
1
2
Пусть на входе системы, для примера, имеются элементы дискретных сообщений в виде логических "1" либо "0". Существует g=2 различных ШПС (обозначены S, S) для каждого из которых уровень боковых пиков (УБП) автокорреляционной функции (АКФ) не более положительного числа R, а значения УБП взаимной корреляционной функции (ВКФ) этих ШПС не более положительного числа W. Каждому импульсу "1" ставится в соответствие S, а любому импульсу "0" - S. Эти ШПС энергетически скрытно, оптимальным способом передаются на приемник. С помощью двух СФ переданные по каналу связи сигналы различаются [6, с. 158, 159] благодаря наложенным ограничениям на УБП АКФ и ВКФ. На выходах разных СФ и пороговых устройств формируются импульсы, обозначающие, что приемником принят S либо S. Эти импульсы запускают соответственно либо формирователь "1" либо формирователь "0" и на выходе приемника воспроизводятся переданные для получателя сигналы.
1
1
2
g
Этот подход применим и для случая, когда входное дискретное сообщение разбивается на группы, блоки, например, по восемь импульсов (стандартные байты). Каждому блоку в виде байта соответствует одно из чисел 0,…,255 (всего g=256 числовых значений для всех элементов системы кодирования). Требуется использовать g=256 ШПС (обозначены как S, S,…,S) с указанными ограничениями на УБП, которые взаимно - однозначно сопоставлены блокам в виде байтов с теми же числовыми значениями. Эти ШПС энергетически скрытно, оптимальным способом, в том числе при наличии шумов, передаются на приемную часть. С помощью набора СФ они обнаруживаются на фоне шумов и различаются в силу ограничений на УБП АКФ и ВКФ. В зависимости от того на выходе какого СФ обнаружен сигнал, превысивший пороговых уровень, с учетом взаимной однозначности, восстанавливается соответствующий байт, который передается ПИ.
Таким образом, обеспечена скрытная передача с повышенным быстродействием благодаря отсутствию необходимости в синхронизации сигналов, конструкция упрощается из-за отсутствия система поиска сигналов. Кроме того ШПС, которые поставлены в соответствие блокам (байтам), имеют большую длительность, чем КБ в прототипе, следовательно в заявленном способе и системе сигналы занимают меньшую полосу частот, то есть полоса частот в пределах которой работает система используется более эффективно. Обеспечена скрытная передача с повышенным быстродействием благодаря отсутствию необходимости в синхронизации сигналов, конструкция упрощается из-за отсутствия система поиска сигналов, повышается энергоэффективность.
1
2
2
2
1
1
2
Первоначально требуется выбрать символы и определить их количество g в системе кодирования. В общем случае в заявленном способе элементы дискретных сообщений могут группироваться не только по одному или по восемь, но и на произвольное количество импульсов g, причем g=logg (округление в большую сторону до ближайшего целого числа), где g - количество символов в системе кодирования, g - количество элементов (импульсов, бит) дискретных сообщений в блоках.
Скрытность передачи сигналов означает [6, с. 8, 9], что требуется использовать специальные методы и устройства для обнаружения факта передачи сигналов при наличии шумов, а также нужно измерять основные параметры сигналов. Оптимальность обработки сигналов при наличии шумов остается справедливой и в условиях наличия широкого круга помех (узкополосных, импульсных, структурных) [6, с. 7].
В качестве ШПС могут использоваться, например, R-коды [7, 8] и сигналы на их основе, являющиеся разновидностью ФМС.
x
R,N
Некоторые сведения о R-кодах и ансамблях. В системах управления, связи и радиолокации широко используются ШПС [6], которые обладают известными достоинствами. Разновидностью ШПС являются ФМС. Они состоят из последовательности N радиоимпульсов с одинаковой частотой и амплитудой (считаем ее равной единице). Очередность следования радиоимпульсов с различными начальными фазами характеризуется бинарной кодовой последовательностью или просто кодом G. При этом ФМС на основе этих кодов [7], у которых автокорреляционная функция (АКФ) в области боковых пиков изменяется в пределах ±R (1≤R≤N-1, R - целое), названы сигналами R-го рода (ФМС-R). Вместе с тем множество из g кодов G=G, (x=1,…,g), соответствующее таким сигналам, названо R-кодами (это бинарные коды, у которых АКФ в области боковых пиков изменяется в пределах ±R, то есть R - наибольшее допустимое значение боковых пиков модуля АКФ).
m
m
1
c
m
c
m
m
Для немногочисленных КБ R=1. Наибольшее значение (пик) модуля АКФ таких N-элементных кодов обозначен u и u=N, а относительный уровень боковых пиков (УБП) АКФ равен B=R/N. База ФМС равна В=N, энергия сигнала E прямо пропорциональна N, то есть u пропорционально E. Признаком широкополосности сигнала является верность условия, что база велика (В>>1) [6]. Пары кодов характеризуются наибольшим значением модуля взаимной корреляционной функции (ВКФ), обозначенным W(1≤W≤N-1, W - целое). Справедливо: R<u, W<u.
ФМС-R на основе бинарных R-кодов являются импульсными сигналами. Для оптимального обнаружения и различения между собой этих кодов и сигналов при наличии шумов используются известные способы и схемы (согласованные фильтры и корреляторы) [6].
Некоторые совокупности ШПС обладают определенными свойствами, которые позволяют рассматривать их совместно, как ансамбли для построения алфавитов. В работах [9-11] рассмотрены вопросы нахождения R-кодов.
0
0
0
Символом Т обозначена длительность каждого из N радиоимпульсов ФМС-R. Начальные фазы могут быть равны 0 или π (180°), а коды принято представлять последовательностью коэффициентов соответственно (+1,-1), например, (1,-1,-1,-1,-1,1) для N=6; R=2. В общем случае начальные фазы радиоимпульсов могут быть равны ϕ+0, когда коэффициент кода равен (+1), или ϕ+π, в случае, когда коэффициент кода равен (-1), где ϕ - фиксированная составляющая указанной начальной фазы (главное, что разность фаз равна 0 или π).
0
0
Далее сигналами на основе бинарных кодов считаются такие ШПС, которые состоят из радиоимпульсов, с начальными фазами равными (ϕ+0) либо (ϕ+π), причем на изменения амплитуд и частот радиоимпульсов ограничения не накладываются, а введены ограничения на УБП АКФ и ВКФ.
Представлено множество бинарных импульсных кодов, у которых УБП АКФ и ВКФ удовлетворяют определенным требованиям, в виде
x
R, N
где G - бинарный код;
x
j
P, j=1,…, N - коэффициенты x-го кода ансамбля;
x - индекс нумерации кодов, х=1,…, g;
g - количество кодов в множестве или сигналов на их основе;
R - наибольшее допустимое значение боковых пиков модуля АКФ, 1≤R≤N-1, R - целое;
N - количество коэффициентов в кодах и в сигналах на их основе.
x
1
2
256
j
3,30
3,30
3,30
Ансамблем названо множество кодов с введенными ограничениями на УБП АКФ и ВКФ. Например, для кодов с P=±1*, R=3, N=30, W≤29, g=256: G=(1,1,-1,-1,-1,1…1), G=(1,-1,-1,-1,-1,1…1),…, G=(1,-1,-1,-1,1…1).
k
Ограничения на УБП АКФ и ВКФ сформулированы аналитически [7, 8]. В моменты t=k⋅T, где k=1,…, N-1, отсчитываемые от начала АКФ (k=0), величины модуля АКФ принимают экстремальные или нулевые значения и при k=N равны N.
k
Значения модуля ВКФ пар кодов ансамбля с индексами "x" и "y" рассмотрены в моменты t=k⋅T, отсчитываемые от начала ВКФ. Коды ансамбля с ограничениями на УБП АКФ и ВКФ согласно [7-11] представимы в виде неравенств относительно коэффициентов кодов:
i
i
j
N+j-k
где P, P, j=1,…, N - коэффициенты i-го кода ансамбля;
N - количество коэффициентов в кодах ансамбля или в сигналах на их основе;
k - индекс нумерации отсчетов моментов времени автокорреляционной функции;
R - допустимый УБП АКФ, задаваемый пользователем, 1≤R≤N-1, R - целое;
g - количество кодов или сигналов на их основе в ансамбле;
x
y
j
N+j-k
где P, P, j=1,…,N - коэффициенты x-го y-го кодов ансамбля;
x, у(x≠y) - индексы различных кодов в ансамбле, принимающие значения от 1 до g;
g - количество кодов в ансамбле или сигналов на их основе;
N - количество коэффициентов в кодах ансамбля или в сигналах на их основе;
k - индекс нумерации отсчетов моментов времени взаимной корреляционной функции;
W - допустимый уровень боковых пиков взаимной корреляционной функции задаваемый пользователем, 1≤W≤N-1, W - целое;
1
g=g - количество символов в системе кодирования.
1
2
g
Коды ансамбля (1)-(3) являются частным случаем ШПС S, S, …, S и вырабатываются генератором ШПС. Параметры N, R, W и g взаимозависимы.
1
1
1
2
2
1
1
2
При передаче дискретных сообщений в информатике и компьютерной технике каждый байт соответствует определенному символу системы кодирования. Если каждому символу и соответственно байту поставить в соответствие код из ансамбля, то получится алфавит. При использовании известной системы кодирования ASCII (American Standard Code for Information Interchange-стандартный код информационного обмена) [12], состоящей из g=256 символов, требуется ансамбль кодов такой же численности g=g [9-11]. Символам соответствуют числовые значения, изменяющиеся от 0 до 255, которые, как известно, представляются набором из восьми бит, составляющих байт. В общем случае для системы кодирования из g символов требуется использовать g=logg элементов (бит, импульсов) в каждом блоке. Для системы кодирования из двух символов (g=2) блок состоит из единственного элемента (g=1), принимающего два значения, требуется ансамбль из двух кодов. Кроме символов система кодирования может определять соответствие уровней произвольного сигнала в определенные моменты времени и их кодовые значения в виде байтов или блоков.
Пользователь (получатель) может создать систему кодирования по своему усмотрению, включив туда в качестве элементов не только разнообразные символы, но и их сочетания, например, слоги, слова, предложения, медиа файлы.
Некоторые термины, использованные для упрощения описания
Алфавит - взаимно-однозначное соответствие между элементами системы кодирования и кодами или сигналами, составляющими ансамбль.
Ансамбль - множество бинарных кодов или импульсных сигналов на их основе, для которых введены ограничения на УБП АКФ (R) и ВКФ (W).
0
0
0
Сигналы на основе бинарных кодов - это импульсные сигналы, состоящие из радиоимпульсов, начальные фазы которых равны (ϕ+0) либо (ϕ+π), где ϕ - фиксированная составляющая указанной начальной фазы, причем на изменения амплитуды и частоты радиоимпульсов требования не накладываются, для них введены ограничения (2), (3) на УБП АКФ и ВКФ. Если амплитуды и частоты постоянны, то имеются ансамбли ФМС-R.
Блок - набор конечного числа элементов дискретного сообщения, например, блок из восьми бит является байтом.
1
256
3,30
3,30
Формуляр - набор кодов, для которого задано взаимно-однозначное соответствие целых чисел по порядку от 1 до g и кодов ансамбля (1), например, (G; …; G) при g=256.
Элементами дискретных сообщений, составляющих блоки, могут быть, логические единицы и нули, либо положительные и отрицательные логические единицы. Числовые значения блоков определяются последовательностью элементов, которые рассматриваются в качестве цифр двоичной системы исчисления, причем, если элементами выбраны положительные и отрицательные логические единицы, то при подсчете числовых значений блока отрицательные логические единицы заменяются на нули.
Сущность изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение способа и системы для его осуществления, является обеспечение защищенности дискретных сообщений от внешних воздействий при их передаче по каналу связи.
1
1
б
2
2
2
1
2
1
2
1
m
1
б
A+1
1
п
п
п
a
Поставленная задача решается за счет того, что в способ передачи дискретных сообщений, которые состоят из элементов в виде логических единиц и нулей, либо из положительных и отрицательных логических единиц, включающий на передающей стороне преобразование одного вида дискретного сообщения в широкополосный сигнал и преобразование элементов иного вида этого дискретного сообщения в другой широкополосный сигнал, передачу этой последовательности широкополосных сигналов по каналу связи, осуществление типовой приемопередачи широкополосных сигналов с последующим проведением на приемной стороне операции их согласованной фильтрации, сравнение полученного сигнала с пороговым уровнем, как новые признаки введены такие операции, как выбор g разных элементов для системы кодирования дискретных сообщений, нумерация этих элементов от нуля до (g-1), группирование последовательно следующих элементов входного дискретного сообщения в блоки длительностью Т по g элементов, где g=logg с округлением в большую сторону до ближайшего целого числа или задание параметру g величины, равной количеству элементов в блоке входного шифрованного дискретного сообщения или сообщения с избыточным кодированием, при этом g=2, где a=g, выбор g=g разных шумоподобных сигналов, уровень боковых пиков автокорреляционной и взаимно корреляционной функций которых не более положительных чисел R и W соответственно, где R и W - числа, меньшие наибольшего значения u модуля автокорреляционных функций этих шумоподобных сигналов, нумерация выбранных шумоподобных сигналов последовательно целыми числами от 1 до g и расположение в формуляре, установление взаимно-однозначного соответствия между элементами блока дискретного сообщения, которому соответствует одно из целых числовых значений А, где 0≤А≤(g-1), и шумоподобными сигналами, имеющими порядковый номер А+1 в формуляре, расположение каждого из выбранных шумоподобных сигналов в пределах интервала Т, следующего за интервалом, где расположен блок, которому поставлен в соответствие соответствующий шумоподобный сигнал, создание для сгруппированной последовательности элементов входного дискретного сообщения соответствующей последовательности из выбранных указанным образом шумоподобных сигналов S, передача последовательности шумоподобных сигналов через среду распространения канала связи непосредственно либо с использованием в качестве модулирующих сигналов, осуществление согласованной фильтрации принятой последовательности всеми g различными согласованными фильтрами, каждый из которых согласован с одним из шумоподобных сигналов, включенных в формуляр, сравнение каждого из выходных сигналов согласованных фильтров с соответствующим пороговым уровнем U, который должны быть меньше наибольших значений на выходе согласованных фильтров, когда на входе фильтра имеется ШПС, с которым согласован этот фильтр, вместе с тем пороговые уровни U выбираются больше наибольшего из чисел R и W, проверка превышения каждым из сигналов, полученных после выполнения согласованной фильтрации всех принятых ШПС, имеющих А+1-й порядковый номер в формуляре, значения соответствующего порогового уровня U и в случае такого превышения формирование сигналов распознавания  принятого ШПС, формирование на основе наличия сигнала распознавания ШПС каждого восстановленного выходного блока с соответствующим числовым значением А, совпадающего с переданным блоком входного дискретного сообщения, передача восстановленных дискретных сообщений на выход получателю.
Предложенный способ проиллюстрирован диаграммами на фиг. 1, 2.
Пояснение на примере. Входному байту с А=0 ставится в соответствие первый ШПС из формуляра. После согласованной фильтрации формируется сигнала распознавания  первого ШПС из формуляра, который запускает формирователь байтов с А=0. Следовательно, блоки элементов входного дискретного сообщения однозначно восстанавливается на выходе. Отметим также, что подсчет числовых значений блоков, состоящих из элементов "±1", возможен, например, если логическую "-1" заменить на ноль.
1
1
1
1
m
m
1
Решение задачи, на достижение которой направлено изобретение, реализуется за счет того, что система для осуществления способа передачи дискретных сообщений содержит генератор шумоподобных сигналов, канал связи, согласованный фильтр, решающее устройство, как новые признаки введены преобразователь входных дискретных сообщений, формирователь выходных дискретных сообщений, причем вход преобразователя входных дискретных сообщений соединен с входом системы передачи дискретных сообщений, преобразователь входных дискретных сообщений содержит g выходов, которые соединены соответственно с тем же количеством входов генератора шумоподобных сигналов, выход этого генератора соединен с входом канала связи, выход которого подключен к входу согласованного фильтра, содержащего g выходов, соединенных с таким же количеством входов решающего устройства, имеющего g выходов, подключенных к такому же количеству входов формирователя выходных дискретных сообщений, выход которого соединен с выходом всей системы, при этом генератор шумоподобных сигналов представляет собой функциональную группу из g=g формирователей кодов ансамбля шумоподобных сигналов или сигналов на их основе, у которых уровень боковых пиков автокорреляционной функции каждого сигнала не превышает R<u - наибольшее значение модуля автокорреляционных функций этих шумоподобных сигналов, уровень боковых пиков взаимной корреляционной функции каждого шумоподобного сигнала со всеми другими (g-1) генерируемыми сигналами не превосходит W<u, R и W - положительные числа, входы формирователей кодов ансамбля шумоподобных сигналов или сигналов на их основе являются входами функциональной группы, выходы формирователей кодов ансамбля шумоподобных сигналов или сигналов на их основе соединены параллельно и составляют выход функциональной группы, согласованный фильтр представляет собой функциональную группу из g согласованных фильтров, входы которых соединены параллельно, импульсные отклики каждого из согласованных фильтров оптимальны одному из различных сигналов генератора шумоподобных сигналов, входы и выходы согласованных фильтров являются входами и выходами функциональной группы, решающее устройство для анализа выходных сигналов каждого согласованного фильтра представляет собой функциональную группу из g решающих устройств, входы и выходы которых являются входами и выходами функциональной группы, преобразователь входных дискретных сообщений содержит логическое устройство преобразователя и сопрягающее устройство преобразователя, вход сопрягающего устройства преобразователя соединен с входом системы передачи дискретных сообщений, выход сопрягающего устройства подключен к входу логического устройства преобразователя, выходы которого соединены с выходами преобразователя входных дискретных сообщений, формирователь выходных дискретных сообщений содержит восстановитель элементов дискретных сообщений и сопрягающее устройство формирователя, входы восстановителя элементов дискретных сообщений соединены с входами формирователя выходных дискретных сообщений, выход восстановителя элементов дискретных сообщений подключен к входу сопрягающего устройства формирователя, выход которого соединен с выходом системы передачи дискретных сообщений.
Представленная совокупность существенных признаков позволяет получить технический результат и достичь цели изобретения, которые заключаются в повышении быстродействия с одновременным ростом энергетической скрытности системы передачи дискретных сообщений, в том числе при наличии шумов оптимальным образом, а также заключаются в увеличении эффективности использования полосы частот и повышении энергетической эффективности благодаря упрощению конструкции.
Предложенная система проиллюстрирована структурной схемой (фиг. 3).
Перечень фигур графического изображения
Фиг. 1 - диаграммы, поясняющие способ передачи дискретных сообщений в частном случае;
Фиг. 2 - диаграммы, поясняющие способ передачи дискретных сообщений в общем случае;
Фиг. 3 - структурная схема системы передачи дискретных сообщений;
Фиг. 4 - таблица значений ЛФ преобразователя.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
1. Логическая функция преобразователя
Работа системы передачи дискретных сообщений, в частности, базируется на использовании логической функции (ЛФ) преобразователя, управляющего работой логического устройства преобразователя. Получены соотношения и таблица значений, использованные при описании работы системы передачи дискретных сообщений. Рассмотрена ЛФ преобразователя входных дискретных сообщений.
1
1
Для определенности, в частном случае, выбран вариант группировки дискретных сообщений по восемь элементов (побайтный вариант), что соответствует системе ASCII (g=256). Представлена ЛФ, позволяющая при изменении числовых значений байтов от 0 до 255, получить на выходе значения логической "1" лишь для единственного набора этих числовых значений. Для ЛФ преобразователя, в котором использована эта ЛФ, это означает, что из всех g выходов единичный сигнал для каждого байта с различным числовым значением, формируется лишь на одном из выходов, а на всех других выходах он равен нулю. Полученный на одном из выходов сигнал запускает требуемый формирователь генератора ШПС.
Введены обозначения:
входные данные в двоичной и десятичной системе (записаны лишь первые два байта);
2
выходные данные в двоичной и десятичной системах (приведены первые два байта и значения). Для конкретности изложения этого примера записи принято g=8.
Способ и система позволяют передать входные сигналы (4) по каналу связи и получить выходные сигналы (5), что требует использовать ЛФ, которая составлена на основании таблица истинности (фиг. 4) по правилам [13, с. 31; 14, с. 18].
1
1
ЛФ преобразователя состоит из компонент , n=1,…, g1, которые требуется использовать для получения импульсов запуска генератора ШПС. Каждому входному блоку (байту) соответствует число, которое обозначено . Требуется получить импульс (соответствующие значения ЛФ отмечены на фиг. 4 как "1") только на  выходе из всех имеющихся g=256 выходов (значение и номер по порядку различаются на единицу), а на остальных выходах должно формироваться значение "0". Полученный сигнал позволяет далее с помощью генератора ШПС сформировать только  ШПС из всех возможных g=256 вариантов. То есть, если на входе имеется байт, например, соответствующий десятичному числу 184, то ЛФ позволит сформировать импульс "1" лишь на  выходе, что позволяет получить требуемый 185-й ШПС из формуляра.
i, j
В таблице фиг. 4 введены обозначения: (X, i=1,…,8; j=1,2,…, 256) - аргументы из (4);  - компоненты ЛФ от этих аргументов, причем, значение ЛФ равно "1" только для  набора аргументов , а для остальных вариантов сигнал равен "0". Для простоты указано лишь несколько числовых значений. В первой колонке - номера по порядку, в колонках со второй по десятую - десятичные и двоичные числовые значения бит, соответствующие символам системы ASCII. В остальных колонках - требуемые значения ЛФ.
1
Если сигнал есть на первом выходе устройства, реализующего ЛФ, то на всех других выходах функция и сигнал равны нулю, если сигнал на втором выходе, то на всех других выходах сигнал равен нулю и так далее ( лишь для n-го байта, n=1,…, g). Применяя известные правила [13, с. 31; 14, с. 18], получим компоненты ЛФ. Например:
1
где n=g=256, j=1, 2, … - индекс нумерации байтов;
символ (*) - операция инверсии.
Если подставить двоичные значения чисел из колонок 3…10 фиг. 4 последовательно, например, для j=1,185,256 (то есть когда А и ) в формулы (6), то получим соответственно в первом случае  (другие компоненты равны нулю), во втором варианте  (прочие компоненты нулевые), для третьего набора отлична от нуля лишь . Эти величины определяют ЛФ управления формирователями ШПС.
2
1
В общем случае, как указано в способе, в любом блоке дискретных сообщений содержится g элементов (импульсов, бит). Для их передачи требуется g=g ШПС, рассмотренные ЛФ будут содержать такое же количество компонент.
2. Пример формуляра ШПС
x
R, N
Приведен пример формуляра. В качестве ШПС избраны ФМС в виде R - кодов и сигналов на их основе, например, G (N=30; R=3; W=29; x=1,…, g; g=256).
Наибольшее значение АКФ любого сигнала определяется его энергией [6]. В тоже время модули пиковых значений ВКФ всегда меньше наибольшего значения АКФ. Это позволяет посредством операции согласованной фильтрации выбранного (внесенного в формуляр) множества любых различающихся по параметрам ШПС [6] осуществить их обнаружение и различение.
Применительно к ФМС, в частности, к R-кодам и сигналам на их основе, так как R<N, W<N, различные коды представленного формуляра составляют ансамбль с параметрами N, R, W и условия (2), (3) выполняются. Это позволяет путем анализа УБП АКФ и ВКФ различить друг от друга коды и сигналы на их основе и восстановить переданные по каналу связи дискретные сообщения. Целесообразно использовать ансамбли кодов и сигналов на их основе с максимально низкими значениями УБП АКФ и ВКФ [7, 8].
3. Описание способа и системы передачи дискретных сообщений
3.1. Способ передачи дискретных сообщений. Представлены отличия прототипа и заявленного способа. На фиг. 1 (а) дан пример сигналов входных дискретных сообщений. На фиг. 1 (б) дан рисунок, относящийся к прототипу, в котором для каждого элемента входных дискретных сообщений на последующих временных интервалах формируется КБ, если элемент дискретного сообщения равен "1" или создается инвертированный КБ, когда на входе "0".
б
1
2
1
2
1
2
б
1
2
1
1
2
2
m1
m2
1
2
2
1
m1
m1
На рисунках фиг. 1 представлен случай Т=Т, когда импульсы дискретных сообщений имеют длительность Т и сгруппированы по одному. Здесь блок состоит из единственного элемента (импульса) входных сигналов, следовательно, длительность блока равна длительности этого импульса (фиг. 1 (a)), g=2, g=1. Числовые значения блоков равны А=0 или 1. На фиг. 1 (в) изображен вариант, относящийся к заявленной системе. Для конкретности элементами выбраны логические "1" и "0". Используются два разных ШПС S, S, занимающих часть интервала длительностью Т, на котором они вырабатываются. Сигналами могут быть в частности любые два ФМС в виде R - кодов и сигналов на их основе, представленные ранее в формуляре. Выбор ШПС происходит с учетом выполнения ограничения на УБП АКФ и ВКФ. В соответствии с описанием способа, если элемент дискретного сообщения равен "1" (фиг. 1 (а)), то ему взаимно однозначно поставлен в соответствие S, а если на входе "0", то формируется S. В результате имеется последовательность ШПС, каждый из которых расположен в пределах интервалов Т=Т, следующих за элементами дискретных сообщений, которым были поставлены в соответствие эти ШПС. Эта последовательность после передачи по КС подвергается операции согласованной фильтрации сигналов S и S. На фиг. 1 (г) очерчены главные пики автокорреляционных функций (структура боковых пиков не изображена), полученные при проведении операций согласованной фильтрации S применительно к S и согласованной фильтрации S по отношению к S. Значения главных пиков обозначены соответственно U и U. Вместе с тем при проведении операций согласованной фильтрации S применительно к S и согласованной фильтрации S по отношению к S формируются ВКФ, значения пиков которых меньше U и U.
п
п
m1
m2
Операции сравнения с пороговым значением и проверка превышения этих значений иллюстрируются с использованием диаграмм на фиг. 1 (г). Там условно изображено соответствие уровней параметров R, W, U. Пороговые значения выбраны в соответствии с заявленным способом (max(R, W)≤U≤min(U,U)).
1
2
1
2
1
2
Сигналы, полученные после операции согласованной фильтрации S или S по отношению к S или S, сравниваются с пороговыми значениями. Фиксируется отсутствие либо наличие превышения значений этих сигналов уровня пороговый значений, в случае превышения формируется сигнал ,  распознавания соответственно S или S. По сигналам распознавания запускается формирователь элементов "1" или "0" и генерируются выходное дискретное сообщение, идентичное входному (фиг. 1 (а)).
2
б
2
2
б
A+1
2
На фиг. 2 даны рисунки, иллюстрирующие заявленный способ в общем случае. Сгруппированные по g элементы входного дискретного сообщения, составляют блоки длительностью Т=g⋅T, g=1, 2, …, 8, …, они представлены на фиг. 2 (а). Указаны значения "0" или "1" каждого элемента, начиная с младших разрядов, так что байт соответствует числу А. В пределах последующего интервала длительностью Т формируется сигнал S, порядковый номер которого определяет вид кода или сигнала на его основе из формуляра ШПС. Например, если не учитывать многоточие, то для последовательности, представленной на фиг. 2 (а) и записанной в общепринятом виде со старших разрядов имеем 01001110, А=78, требуется использовать код из формуляра под номером 79.
2
1
2
a
Способ и система могут использоваться также в случае, кода на вход подаются дискретные сообщения с избыточным кодированием или предварительно зашифрованные дискретные сообщения, например, путем блочного симметричного или асимметричного шифрования, либо зашифрованные любым другим способом. Тогда считается, что группирование элементов дискретных сообщений в блоки уже проведено и g выбирается равным количеству элементов во входных блоках, следовательно, g=2, где a=g.
1
2
Далее осуществляются операции, изложенные при описании частного случая реализации заявленного способа, когда g=2, g=1: передача по каналу связи, сравнение сигналов, полученных после согласованной фильтрации, с пороговыми значениями, проверка превышения этих пороговых значений, формирование сигнала распознавания, по которому в соответствии с взаимной однозначностью блоков и ШПС, формируется идентичный входному блок дискретных сообщений, направляемый на выход получателю.
1
m
1
3.2. Система передачи дискретных сообщений. Эта система представлена на фиг. 3 и содержит преобразователь входных дискретных сообщений 1, генератор шумоподобных сигналов 2, канал связи 3, согласованный фильтр 4, решающее устройство 5, формирователь выходных дискретных сообщений 6, при этом вход преобразователя входных дискретных сообщений 1 соединен с входом всей системы, группа g выходов указанного преобразователя соединена с группой g входов генератора шумоподобных сигналов 2, выход этого генератора соединен с входом канала связи 3, выход канала связи 3 подключен к входу согласованного фильтра 4, g выходов которого соединены с g входами решающего устройства 5, имеющего g выходов, которые соединены с таким же количеством входов формирователя выходных дискретных сообщений 6, выход которого подключен к выходу системы, вместе с тем генератор шумоподобных сигналов 2 представляет собой функциональную группу из g=g формирователей кодов ансамбля различных шумоподобных сигналов или сигналов на их основе, эти сигналы удовлетворяют соотношениям (2), ограничениям (3) и у них уровень боковых пиков автокорреляционной функции не более положительного числа R<um - наибольшее значение модуля автокорреляционных функций этих шумоподобных сигналов, уровень боковых пиков взаимной корреляционной функции каждого шумоподобного сигнала со всеми другими (g-1) генерируемыми шумоподобными сигналами тоже не превосходит положительное число W<u, g входов формирователей кодов ансамбля шумоподобных сигналов или сигналов на их основе являются входами этой функциональной группы, выходы формирователей кодов ансамбля различных шумоподобных сигналов или сигналов на их основе соединены параллельно и составляют выход функциональной группы, согласованный фильтр 4 представляет собой функциональную группу из g согласованных фильтров, входы которых соединены параллельно, импульсные отклики каждого из согласованных фильтров оптимальны одному из различных сигналов генератора шумоподобных сигналов 2, входы и выходы согласованных фильтров являются входами и выходами этой функциональной группы, решающее устройство 5 для анализа выходных сигналов каждого согласованного фильтра представляет собой функциональную группу из g решающих устройств, входы и выходы которых являются входами и выходами этой функциональной группы; преобразователь входных дискретных сообщений 1 содержит логическое устройство преобразователя 7 и сопрягающее устройство преобразователя 8, вход логического устройства преобразователя 7 соединен с выходом сопрягающего устройство преобразователя 8, g выходов логического устройства преобразователя 7 подключены к выходам преобразователя входных дискретных сообщений 1, вход сопрягающего устройства преобразователя 8 подключен к входу преобразователя входных дискретных сообщений 1; формирователь выходных дискретных сообщений 6 содержит восстановитель элементов дискретных сообщений 9 и сопрягающее устройство формирователя 10, g входов восстановителя элементов дискретных сообщений 9 соединены с входами формирователя выходных дискретных сообщений 6, выход восстановителя элементов дискретных сообщений 9 подключен к входу сопрягающее устройство формирователя 10, выход которого соединен с выходом формирователя выходных дискретных сообщений 6.
4. Состав и работа отдельных устройств системы
Устройства 1, 2, 7, 8 из схемы на фиг. 3 составляют передающую часть, а устройства 4, 5, 9, 10 причислены к восстанавливающей части, в результате обе части соединены посредством КС 3 в систему передачи дискретных сообщений.
1
2
2
2
1
4.1. Преобразователь входных дискретных сообщений. Пусть первоначально осуществлен выбор системы кодирования и известны ее элементы и их количество g. Преобразователь входных дискретных сообщений (ПВДС) 1 предназначен для выполнения операций, указанных в заявленном способе передачи дискретных сообщений, а именно: группирование последовательно следующих элементов входных дискретных сообщения в блоки по g элементов (импульсов, бит), где g=logg (округление в большую сторону до ближайшего целого числа); формирование импульсов запуска для генератора ШПС 2, а также для согласования ЛУ преобразователя 7 с линией передачи, по которой на вход системы передачи дискретных сообщений поступают элементы этих сообщений (например, согласование сопротивлений и формы представления дискретных сообщений).
ПВДС 1 состоит из логического устройства преобразователя 7 и сопрягающего устройства преобразователя 8. ЛУ преобразователя 7 реализует ЛФ управления формирователями ШПС согласно соотношению (6).
2
б
2
Сопрягающее устройство преобразователя 8 предназначено для выполнения нескольких функций. Прежде всего, это управление группированием последовательно следующих элементов дискретного сообщения в блоки по g элементов. Для этого, в частности, может быть применен тактовый генератор импульсов, следующих с периодом длительностью Т. Он может быть выполнен на элементах аналоговой или дискретной схемотехники [13-15], входить в состав сопрягающего устройства преобразователя 8. Импульсы дискретных сообщений через сопрягающее устройство преобразователя 8 поступают во входной регистр ЛУ преобразователя 7, заполняют все его g ячеек. По импульсам тактового генератора, фиксирующего окончание интервала времени заполнения всех ячеек входного регистра, задаются размеры блоков. Также в логическом устройстве преобразователя 7 (в соответствии с ЛФ преобразователя типа (6)) происходит выполнение операций преобразования сигналов входного блока (байта) из регистра в импульс запуска генератора ШПС 2. По импульсам тактового генератора регулируются начало и окончание блоков, количество элементов в любом блоке, а также дальнейшие действия по трансформации блоков.
Сопрягающее устройство преобразователя 8 предназначено также для согласования ЛУ преобразователя 7 с линией связи, по которой на вход системы от источника подаются входные сигналы дискретных сообщений, или для согласования формы представления входных сообщений, либо для применения известных правил, которые требуется реализовать для работоспособности ЛУ преобразователя 7. Согласование формы сообщений может заключаться, например, в преобразовании последовательной передачи блоков в виде байтов в параллельное следование байтов или в использовании некоторых протоколов, стандартов передачи/приема данных. Применяются элементы аналоговой и дискретной схемотехники. Согласование сопротивлений с помощью сопрягающего устройства преобразователя 8 позволяет энергетически эффективно и без искажений передать на ПВДС 1 сигналы входных сообщений. В несогласованных линиях связи возможны искажения данных [15, с. 29-32]. Они могут быть снижены путем применения устройства согласования [15, с. 32-40] или стандартов ввода/вывода данных [15, с. 43-53], что также относится к функции сопрягающего устройства. Сопрягающее устройство преобразователя 8 может быть выполнено на пассивных или активных элементах [14, 15] (транзисторах, микросхемах), в виде универсальной последовательной шины USB. Все варианты обеспечивают одинаковый технический результат.
ЛУ преобразователя 7 реализует ЛФ типа (6). Назначение преобразователя состоит в том, что комбинация входных сигналов (элементов блоков, битов входного байта) преобразуется в другую совокупность сигналов, требуемую для проведения операций формирования ШПС.
1
2
1
2
1
Для конкретизации изложения, также как в формулах (6) рассмотренного примера, выбрано g=256 (g=8). Компоненты ЛФ являются произведением аргументов, которые входят в него с инверсией либо без нее. На входе ЛУ преобразователя 7 имеется регистр из g ячеек, подключенных к ветвям, которые состоят из перемножителей, формирующих произведение g сигналов из ячеек регистр, входящих в него с инверсией либо без нее (в зависимости от вида ЛФ типа (6)). Подключение инверторов к перемножителям выполняется при изготовлении и неизменно, сигналы управления не требуются. Инвертор может быть построен на элементах "НЕ". В результате каждая ветвь схем позволяет получить одну из компонент ЛФ  (6). Результаты перемножения подаются на g выходов ЛУ преобразователя 7 и обеспечивают достижение результата воздействия ЛФ на входные сигналы.
ЛУ преобразователя 7 может быть построен, например, на логических элементах "И", "ИЛИ", "НЕ" [13, 14], а также может быть выполнен в виде программируемой логической матрицы (ПЛИС) [14, 15 с. 494, 534] или на ее разновидности, либо на новом типе ПЛИС, который может быть создан в будущем. Все варианты обеспечивают один и тот же технический результат.
2
1
A+1
Работа ПВДС 1 на примере случая, когда g=8 и блоки являются байтами. Входные элементы дискретных сообщений в виде байтов поступают на вход сопрягающего устройства преобразователя 8, обеспечивающего эффективную передачу сигналов на ЛУ преобразователя 7, которое преобразует байты в соответствии с ЛФ преобразователя. Это позволяет получить на одном из g выходов (фиг. 3) сигнал запуска, который передается далее на генератор ШПС 2. В дальнейшем по этому сигналу формируется один из ШПС формуляра, номер которого взаимно-однозначно соответствует строкам 3-10 таблицы фиг. 4 (даны числовые значения байтов в двоичном виде): j=A+1- номер по порядку, А - десятичное значение числа, соответствующего строке в таблице фиг. 4, х=А+1 - индекс нумерации кода ансамбля в формуляре. В результате числовое значение А, которому соответствует текущий байт, позволяет генерировать требуемый ШПС S согласно способу передачи дискретных сообщений.
4.2. Генератор ШПС. В соответствии со способом передачи дискретных сообщений это устройство 2 (фиг. 3) предназначено для формирования ШПС. В целях конкретизации выбран ФМС в виде R - кодов. Коды ансамбля и сигналы на их основе удовлетворяют требованиям (1) - (3) и соответствуют порядковым номерам х=А+1 формуляра, где А - числовые значения, которым соответствуют байты входных дискретных сообщений.
Генератор ШПС 2 представляет собой функциональную группу, состоящую из g формирователей кодов ансамбля, которые могут быть построены на микросхемах [6, рис. 3.11, с. 47 пример для КБ] или в виде устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ) [6, с. 357]. Последовательность чередования символов в кодах определяет геометрическое расположение электродов преобразователей ПАВ в указанных устройствах.
1
Для формирователей кодов ансамбля у генератора ШПС 2 имеются g=g индивидуальных входов (фиг. 3). Формируется один из всевозможных кодов ансамбля. Все выходы формирователей подключены к g-входовому сумматору, выход которого является единственным выходом генератора ШПС 2.
В рабочем режиме на одном из индивидуальных входов формирователей генератора ШПС 2 имеется импульс запуска от преобразователя входных дискретных сообщений 1, а на всех других входах такой импульс отсутствует. Поэтому один из формирователей откликается соответствующим кодом (1) - (3), появляющимся на выходе сумматора и всего генератора ШПС 2. В итоге каждому байту ставится во взаимно-однозначное соответствие требуемый код ансамбля или сигнал на основе этого кода, представленного в формуляре. Коды передаются по КС 3 для дальнейшего преобразования и проведения операции восстановления данных.
Возможно формирование кодов ансамбля в виде, пригодном для передачи последовательности широкополосных сигналов по каналу связи непосредственно либо в качестве модулирующих сигналов несущих колебаний, тогда генератором ШПС 2 реализуется дополнительная функция модуляции. Устройства на ПАВ позволяют сразу получить сигналы на основе выбранных кодов ансамбля для передачи по КС 3 на несущей частоте в достаточно широком диапазоне частот.
Генератор ШПС 2 может быть выполнен в виде запоминающего устройства, в которое записаны и из которого могут быть извлечены все требуемые сигналы. Эти сигналы являются выходными для указанного генератора. Генератор ШПС 2 может быть выполнен в виде ПЛИС [14, 15, с. 494, 534] или ее разновидности или нового варианта ПЛИС, который может быть создан в будущем. Тогда выходной сигнал определяется соответствующей логической функцией, задающей сигналы управления работой ПЛИС.
4.3. Канал связи. Для осуществления передачи ШПС (R-кодов ансамбля или сигналов на их основе) в восстанавливающую часть заявляемого устройства используется КС 3. Согласно [16, с. 189] канал связи (аналогичный термин - линия связи) представляет собой совокупность технических средств и физическую среду, обеспечивающих распространение сигналов сообщений. Технические средства могут включать модулятор (например, смеситель с усилителем), передатчик (например, усилители и антенны), приемник (например, преобразователь частоты с усилителем), демодулятор. Физические среды: твердая, жидкая, газообразная, вакуум. Различают каналы в виде линии электрической связи (проводной и радиосвязи), звуковой (акустической) и световой (оптической) связи.
Дискретные сообщения могут передаваться при использовании электромагнитных волн, распространяющихся через провода, кабели, волноводы, световоды, а также в воздушном и безвоздушном пространстве. В частности посредством витой пары, волоконно-оптического кабеля (ВОК), коаксиального кабеля, радиоканала наземной либо спутниковой связи [17].
Примером твердой физической среды являются звукопроводы поверхностных и объемных акустических волн из, например, пьезокварца и ниобата лития. Длина звуко-проводов невелика, но они практически нечувствительны к внешним воздействиям, исключая прямое физическое разрушение. Устройства на объемных и поверхностных акустический волнах для звуковых (акустических) КС 3 представлены в [18].
Звуковые (акустические) линии связи в жидкой среде рассмотрены в [19], где указаны особенности звукоподводной связи. КС 3 как линии световой оптической связи представлены в [20].
Вспомогательное оборудование (преобразователи, усилители, антенны) здесь не рассмотрены. Все варианты КС 3 обеспечивают один и тот же технический результат.
4.4. Согласованный фильтр. Для обнаружения и различения ШПС, принятых по КС 3 на фоне шумов, используется СФ 4 (фиг. 3), который представляет собой функциональную группу, состоящую из g оптимальных согласованных фильтров [6, с. 26] для каждого кода или сигнала, формируемого генератором ШПС 2 и внесенного в формуляр. Возможный вариант схемы СФ 4 может состоять из ветвей с параллельно соединенными входами. Любая ветвь включает СФ для одного из кодов ансамбля (х=1,…, g, например g=256) из формуляра. СФ в ветвях нумеруются так же, как сами коды. Функциональная группа имеет один вход и g выходов.
Фильтры могут быть реализованы на микросхемах [6, с. 48, рис. 3.13, с. 366, рис. 22.5] либо на ПАВ-устройствах [6, с. 357, рис. 21], [16, 18]. Структура встречно-штыревых преобразователей ПАВ СФ связана с чередованием "±1" в кодах (1)-(3).
Вход функциональной группы фильтров соединен с КС 3 (фиг. 3), а его выходы связаны с g входами решающего устройства 5. В рабочем режиме на все параллельные ветви подается входной сигнал, поступивший с КС 3. На выходе СФ соответствующей ветви будет формироваться сигнал АКФ того кода, который был использован для передачи соответствующего байта. АКФ представляет собой две области боковых пиков, между которыми имеется главный пик с высоким уровнем сигнала. На всех выходах прочих СФ имеется сигнал ВКФ, который может иметь несколько пиков, но наибольший из них всегда ниже главного пика АКФ. Необходимо использовать ансамбли кодов с низким уровнем пиков ВКФ, что повышает качество различения одного кода от другого, то есть разных символов системы кодирования. Сигналы с выхода блока далее анализируются в решающем устройстве 5.
п
1
4.5. Решающее устройство. Выходные сигналы блока фильтров сравниваются с пороговым уровнем в решающем устройстве 5, имеющем g входов и столько же выходов. Решающее устройство 5 для анализа выходных сигналов каждого согласованного фильтра представляет собой функциональную группу, состоящую из g решающих устройств. Входы и выходы решающего устройства 5 подключены к входам и выходам функциональной группы. Сигнал каждого фильтра функциональной группы СФ 4 поступает на вход соответствующей ветви решающего устройства 5. Далее вырабатывается сигнал в случае, когда сигнал на входе ветви решающего устройства 5 превосходит установленное пороговое значение U, что означает поступление на вход блока СФ 4 кода с определенным номером по формуляру, согласованного с СФ данной ветви. Эти сигналы распознавания кодов обозначены , в случае g=g=256. Для каждого байта дискретных сообщений один из сигналов распознавания равен, например, "1", а все другие равны "0".
В качестве порогового устройства сравнения может быть использована схема дифференциального каскада или цифровой компаратор [14]. Порог должен быть установлен выше уровня R боковых пиков АКФ и наибольшего значения W всех ВКФ кодов, но ниже уровня главного пика АКФ всех кодов ансамбля. Тем самым обеспечена реакция лишь на пики АКФ, без отклика на сигналы ВКФ. В результате в рабочем режиме различаются коды формуляра и далее полученные сигналы передаются на формирователь выходных дискретных сообщений (ФВДС) 6.
Работа решающего устройства 5 состоит в том, что когда на один из его входов поступает сигнал из СФ 4, срабатывает пороговое устройство и формируется один из сигналов обнаружения и распознавания  конкретного кода ШПС и соответственно байта (благодаря их взаимной однозначности). Сигнал распознавания подается на соответствующий выход и передается далее (фиг. 3) для восстановления байта (в общем случае блока) выходного дискретного сообщения.
4.6. Формирователь выходных дискретных сообщений. Назначение этого устройства 6 состоит в формировании выходных дискретных сообщений заявленной системы на основании взаимно-однозначного соответствия блоков (в частном случае байтов) и ШПС (в данном, частном случае кодов ансамбля и сигналов на их основе). Пусть блоки соответствуют байтам. С выхода решающего устройства 5 на ФВДС 6 поступают сигналы распознавания кодов , в результате формируются восстановленные байты , j=1, 2,состоящие из элементов в виде бит  любого j-го байта. При корректной работе они являются выходными байтами (5) системы и аналогичны входным дискретным сообщениям (4).
ФВДС 6 состоит из восстановителя элементов дискретных сообщений 9 и сопрягающего устройства формирователя 10.
Схема возможного варианта восстановителя элементов дискретных сообщений 9 может включать параллельные ветви, каждая из которых состоит из формирователя байтов выбранной системы кодирования. Например, первая ветвь состоит из формирователя первого байта с числовым значением нуль, вторая ветвь - второго байта с числовым значением один и так до последней 256-ой ветви для формирования 256-го байта, соответствующего числу 255. Числовые значения байтов выбранной для примера системы кодирования представлены в колонках 3…10 на фиг. 4 в двоичной системе исчисления. Каждая ветвь активизируется соответствующим этой ветви сигналом распознавания .
1
Восстановитель элементов дискретных сообщений 9 состоит из g формирователей всевозможных блоков (байтов), имеющих раздельные выходы ветвей. Любой из этих формирователей соединен с соответствующим входом ФВДС 6. Каждый формирователь является генератором одного из всевозможных блоков (байтов), которые состоят из элементов (логических "1", "0" или "±1") и образуют наборы импульсов восстановленного блока. Формирователи всевозможных блоков могут быть выполнены на элементах дискретной схемотехники, например, на регистрах сдвига с отводами [6, с. 47,48]. К соответствующим отводам подключены инверторы, что позволяет получить на сумматоре сигналов от всех отводов требуемую комбинацию импульсов, бит.
Восстановитель элементов дискретных сообщений 9 может быть выполнен в виде постоянного запоминающего устройства, содержащего значения всех блоков, каждый из которых извлекается при наличии сигналов распознавания кодов .
В рабочем режиме из решающего устройства 5 на один из входов восстановителя элементов дискретных сообщений 9, например h-й, поступает сигнал распознавания кодов , который запускает формирователь импульсов этой ветви. В результате формируется набор элементов (бит), соответствующих h-му блоку восстановленных сообщений. Благодаря взаимно-однозначному соответствию вида входных блоков и кодов из формуляра, восстановленные блоки следуют в том же порядке, в каком они были в входном дискретном сообщении. Восстановленные блоки (байты ) являются выходными для всей системы, соответствуют входным элементам сообщений (1), (2) и далее передаются на вход сопрягающего устройство формирователя 10.
Восстановитель элементов дискретных сообщений 9 может быть выполнен в виде запоминающего устройства, в которое записаны и из которого могут быть извлечены все требуемые сигналы. Эти сигналы являются выходными для указанного генератора. Восстановитель элементов дискретных сообщений 9 может быть выполнен в виде ПЛИС [14, 15, с. 494, 534] или ее разновидности, либо нового варианта ПЛИС, который может быть создан в будущем. Сигналы управления, подаваемые на ПЛИС, позволяют реализовать требуемые последовательности блоков. Все варианты выполнения обеспечивают один и тот же технический результат.
Сопрягающего устройство формирователя 10 предназначено для согласования восстановителя элементов дискретных сообщений 9 с линией передачи, по которой дискретные сообщения далее передаются получателю или для согласования формы представления элементов сообщений. Согласование позволяет энергетически эффективно и без искажений передать сообщение ее получателю. Согласование формы представления сообщений может заключаться, например, в преобразовании последовательной передачи байтов в параллельное следование байтов или в использовании известных протоколов либо стандартов передачи/приема данных.
В несогласованных линиях связи возможны искажения данных [15, с. 29-32]. Они могут быть снижены путем применения устройств согласования [15, с. 32-40] или стандартов ввода/вывода данных [15, с. 43-53], что также обеспечивается сопрягающим устройством 10. Оно может быть выполнено на пассивных или на активных элементах (транзисторах, микросхемах) или в виде универсальной последовательной шины USB. Для любого варианта обеспечивается одинаковый технический результат.
Работа ФВДС 6. После опознавания h-го кода из формуляра и поступлении на h-й вход восстановителя элементов дискретных сообщений 9 сигнала распознавания  формируется h-й блок (байт) восстановленного после передачи по КС 3 дискретного сообщения. Восстановленные сообщения посредством сопрягающего устройства формирователя 10 энергетически эффективно, без искажений и в соответствующем виде (по протоколам и стандартам передачи/приема сообщений) передаются на выход системы.
5. Работа заявленной системы на основании заявленного способа
На примере символов рассмотрены операции способа и работа системы передачи входных дискретных сообщений (4). Пусть требуется передать слово NO в системе ASCII. Используем [12], где числовое значение байта (в данном описании это параметр A) названо кодом, находим для N и О соответствующие им числа 78 и 79. Коды из формуляра соответственно выбираются с номерами x=А+1, то есть х=79, 80.
Входные байты дискретного сообщения NO от источника энергетически оптимальным способом проходят сопрягающее устройство преобразователя 8 и подаются на ЛУ преобразователя 7, где для байта символа N только на 79-м, а для байта символа О лишь на 80-м выходах формируются сигналы запуска, являющиеся следствием реакции компонент ЛФ, используемой в ЛУ преобразователя 7, на входные сигналы.
A+1
Сигналы запуска поступают на 79-й и 80-й входы генератора ШПС 2. Это приводит к формированию соответствующих кодов или сигналов S на их основе. При использовании в примере в качестве ШПС R- кодов или сигналов на их основе (1)- (3), будут сформированы коды из приведенного ранее формуляра с номерами соответственно 79 и 80. Если не принимать во внимание многоточие на фиг. 1 (а), то представленный там для примера байт соответствует числу А=78 и для передачи по КС 3 используется код из приведенного формуляра под номером 79. Сформированные сигналы поступают на КС 3 и передаются на входы СФ 4, состоящего из блока фильтров для всех сигналов из формуляра. В результате лишь на 79-м выходе СФ 4 будет сформирован АКФ этого ШПС, связанного с передачей символа N, и только на 80-м выходе - для передаваемого символа О.
Решающее устройство 5 по пикам АКФ формирует сигналы распознавания , h=79 и 80 соответственно. Эти сигналы передаются на 79-й и 80-й входы ФВДС 6, конкретнее на восстановитель дискретных сообщений 9, в разные моменты времени. В соответствии с использованным принципом взаимной однозначности байтов и ШПС на выходе устройства 9 восстанавливаются байты дискретных сообщений N и О в виде (5). Сопрягающее устройство формирователя 10 (оно может работать по стандарту USB 2.0 или любому другому более быстродействующему стандарту, который может быть создан в будущем) обеспечивает оптимальную передачу сообщения на выход, потребителю. Работа по передаче дискретного сообщения NO с входа на выход системы завершена.
1
1
2
2
1
При использовании системы кодирования с g символами формуляр должен включать g=g ШПС, требуется группировать дискретные сообщения в блоки по g=logg (округление в большую сторону до ближайшего целого числа) элементов.
6. Обоснование достижения технического результата
Технический результат заключается в повышении быстродействия с одновременным ростом энергетической скрытности системы передачи дискретных сообщений при наличии шумов оптимальным образом и энергетической эффективности благодаря упрощению конструкции, а также в эффективном использовании полосы частот.
В работе [6, с. 9] представлена формула, определяющая время обнаружения ШПС. В заявленном способе и системе операция обнаружения не проводится, поэтому быстродействие выше, чем в прототипе. Отсутствие устройств поиска и синхронизации ШПС упрощает конструкцию, снижает потребление электроэнергии.
2
2
Скрытная передача сообщений пользователю по КС 3, обеспечивается передачей ШПС (кодов ансамбля) на уровне ниже уровня шумов (ρ<<1, где ρ - отношение мощностей ШПС и помех) [6]. Отношения сигнал/шум на выходе СФ или коррелятора при оптимальном приеме в 2⋅В раз больше, чем на входе [6, с. 6]. Необходимо использовать коды ансамбля с базой В>>1 (представлены коды с В=N=30), так как чем больше база, тем больше превышение над шумами и выше скрытность [6, с. 9]. При попытке несанкционированного доступа постороннему пользователю потребуется использование специальных методов и устройств для решения вопроса передаются ли какие-то сигналы, либо имеется только шум [6, с. 6]. Применение совокупности СФ позволяет осуществить оптимальное обнаружение и различение сигналов при наличии шумов [6].
1
2
2
3
1
2
1
2
3
1
2
Увеличение эффективности использования полосы частот связано со следующими обстоятельствами. Проведено сравнение значений полосы частот сигналов в прототипе и в примере заявленной системы. Пусть ΔF=13/T - полоса частот КБ в прототипе; ΔF=30/(8⋅T) - полоса частот кода из представленного формуляра с N=30 и длительностью равной байту (g=8) входного сигнала; ΔF=30/(4⋅T) - полоса частот кода из формуляра с в два раза меньшей длительностью, как на фиг. 1 (в), 2 (б). Тогда отношения полос равно Г=ΔF/ΔF≈0,29 и Г=ΔF/ΔF≈0,58. Следовательно, заявленная система в данном случае занимается 29% полосы частот относительно прототипа для случая, когда ШПС располагается на интервале, равном длительности байта, и 58% полосы частот, когда ШПС в два раза короче. Имеется существенная экономия. В примере заявленной системы требуется полоса частот прямо пропорциональная N и обратно пропорциональная g.
7. Варианты применения заявленных способа и системы
Заявленные способ и система могут быть применены в случае, когда источником входных дискретных сообщений являются сигналы от датчиков или базы данных о множестве объектов. Такие сведения могут быть переданы заявленной системой потребителю по КС 3 (например, витой парой, ВОК, по радиоканалу), при этом реализуется функция скрытной передача дискретных сообщений, в том числе в условиях наличия шумов и помех. В КС 3 могут использоваться различные физические среды.
Заявленное устройство может использоваться в дистанционных системах управления объектами, предназначенными для перемещения и выполнения требуемых операций в различных физических средах. Объектами могут быть, например, робототехнические системы, летательные и плавательные аппараты.
Возможна передача дискретных сообщений на уровне шумов в том же диапазоне частот и временном интервале, что и сигналы высокого уровня, значительно превышающие уровень шумов. Это увеличивает общий объем сообщений, передаваемых потребителю в единицу времени.
Способ и система могут использоваться в случае передачи предварительно зашифрованных дискретных сообщений [21] либо сообщений с избыточным кодированием.
8. Электропитание, разъемы
Энергообеспечение определяется исходя из варианта использования системы, например, от стационарных источников или от малогабаритных аккумуляторов. Типы разъемов также зависят от варианта использования (виды соединителей источников и выходных потребителей, типы КС 3). Когда источником и потребителем сообщений являются средства вычислительной техники, могут использоваться соединители типа USB, штекеры и высокочастотные разъемы (предпочтительно с экранированием и заземлением).
Библиографический список
1. Патент RU №2309547, "Способ передачи информации"; МПК H04K 1/00; опубл. 27.10.2007, Бюл. №30.
2. Патент RU №2349044, "Способ скрытой передачи информации "; МПК H04L 9/00; опубл. 10.03.2009, Бюл. №7.
3. Патент RU №2509423, "Способ скрытой передачи информации"; МПК H04L 9/00, G06F 21/60; опубл. 10.03.2014, Бюл. №7.
4. Патент RU №2652434, "Способ приемопередачи дискретных информационных сигналов"; МПК H04L 7/00, Н04В 1/69, Н04В 1/7073, H04L 29/02; опубл. 26.04.2018, Бюл. №12.
5. Патент RU №2326500, "Когерентная система передачи информации хаотическими сигналами"; МПК: H04L 9/00; опубл. 10.06.2008, Бюл. №16.
6. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.
7. Чепруков Ю.В., Соколов М.А Синтез фазоманипулированных сигналов с требуемым уровнем боковых пиков АКФ // Радиотехника. 1991. №5. С. 68-70.
8. Чепруков Ю.В., Соколов М. А. Бинарные R2-коды, их характеристики и применение // Информационно-управляющие системы. 2014. №1. С. 76-82.
9. Чепруков Ю.В., Соколов М.А. Корреляционные характеристики и применение некоторых бинарных R3-кодов // Информационно-управляющие системы. 2014. №3. С. 93-102.
10. Чепруков Ю.В., Соколов М.А. Корреляционные характеристики некоторых бинарных R4-кодов и ансамблей сигналов на их основе // Информационно-управляющие системы. 2014. №5. С. 87-96.
11. Чепруков Ю.В. Синтез бинарных R-кодов // Информационно-управляющие системы. 2015. №1. С. 59-67.
12. ftp://ftp.vt.tpu.ru/study/Malchukov/public/PHDL/Proiects/ascii.pdf. 28.11.2020 г.
13. Бойко В.И. и др. Схемотехника электронных систем. Цифровые устройства. - СПб: БХВ-Петербург, 2004. - 512 с.
14. Лехин С.Н. Схемотехника ЭВМ. - СПб: БХВ-Петербург, 2010. - 672 с.
15. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 800 с.
16. Электроника. Энциклопедический словарь. Гл. ред. Колесников В.Г., - М. Сов. энциклопедия, 1991, - 688 с.
17. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - СПб.: Питер, 2002. - 672 с.
18. Бугаев А.С, Дмитриев В.Ф., Кулаков С.В. Устройства на поверхностных акустических волнах: учеб. пособие / А.С.Бугаев, В.Ф. Дмитриев, С. В. Кулаков. - СПб.: ГУАП, 2009. - 188 с.
19. https://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/045/201.htm. 28.03.2021 г.
20. https://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/084/692.htm. 28.03.2021 г.
21. Романец Ю.В., Тимофеев П.А., Шаньгин В.Ф. Защита информации в компьютерных системах и сетях. - М.: Радио и связь, 2001. - 376 с.