CC BY
156
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
Повышение структурной скрытности системы передачи информации с кодовым разделением каналов
Рассматривается способ формирования систем ортогональных сигналов и производится сравнительная оценка по параметру структурной скрытности предлагаемых сигналов с известными системами ортогональных сигналов, используемыми в системах передачи информации с кодовым разделением каналов.
Ключевые слова: ортогональные сигналы, система передачи информации с кодовым разделением каналов, структурная скрытность, база сигнала.
Жук А.П., Иванов А.С.,
Ставропольский государственный университет
В последнее время в связи с бурным развитием информационной инфраструктуры нашей страны увеличилось значение систем передачи дискретной информации по каналам радиосвязи. Особое место занимают системы передачи информации с кодовым разделением каналов (СПИ КРК) на основе широкополосной технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов.
Однако с увеличением объёмов передаваемой информации в СПИ КРК, актуальной становится проблема ее защиты.
Согласно конфиденциальность передачи сообщений по радиоканалам может быть достигнута путем обеспечения:
Энергетической скрытности сигналов-переносчиков характеризуемой затратами (временными и аппаратными) на его обнаружение по энергетическим признакам без использования информации о форме, структуре и других характеристиках.
Структурной скрытности сигналов-переносчиков характеризуемой затратами (времени, средств), необходимыми для выявления состояния объекта (структуры сигнала) в котором он находится в данный момент времени с заданной достоверностью.
Информационной скрытности сообщения, которая характеризуется способностью противостоять мерам, направленным на раскрытие информации, содержащейся в сигнале (шифрование данных).
Однако в условиях массового применения СПИ с КРК секретность паролей и кодов доступа не обеспечивает необходимой защиты, поэтому требуется создать условия, при которых затраты времени и технических средств на их самый высокоскоростной поиск были бы столь
велики, что такие задачи стали бы трудно достижимыми. В связи с этим важнейшее значение на сегодняшний день приобретают вопросы, связанные с обеспечением структурной скрытности сигналов переносчиков.
Целью статьи является, повышение структурной скрытности систем передачи информации основанных на технологии широкополосного доступа с кодовым разделением каналов.
В настоящее время предложен ряд способов передачи информации в СПИ КРК с повышенным уровнем структурной скрытности, а именно:
1. Способ многостанционного доступа с кодовым разделением каналов, где расширение спектра частот осуществляется на основе использования 64 видов последовательностей, сформированных по закону функций Уолша.
2. Способ многостанционного доступа с кодовым разделением каналов, включающий 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.
3. Способ передачи информации с кодовым разделением каналов, в которой используются ортогональные сигналы, формируемые на основе производных ортогональных систем сигналов.
Однако все перечисленные выше способы имеют общий недостаток — количество структур дискретных ортогональных сигналов, формируемых предложенными способами, конечно, что приводит с ростом объема информации, к увеличению вероятности раскрытия структуры сигналов-переносчиков.
Increase of structural reserve of an information transmission system code-division channels
Zhuk A.P., Ivanov A.S.,
Stavropol state university
Abstract
In article is considered way of the shaping the systems orthogonal signal and is produced comparative estimation on parameter of the structured secretive-ness proposed signal with the known system orthogonal signal, used in system of the issue to information with code division channel.
Keywords: orthogonal signals, system of the issue to information with code division channel, structured secretiveness, base of the signal.
Наукоёмкие технологии в космических исследованиях Земли № 1-2011
TELECOMMUNICATIONS
Ж
В статье предлагается вариант повышения структурной скрытности системы передачи информации основанной на технологии широкополосного доступа с кодовым разделением каналов, который, 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.
Известно, что всякий ненулевой вектор х называется собственным вектором матрицы А, если найдется такое число X, что будет выполняться равенство:
А-х = Х- х. (1)
Это число X называется собственным значением матрицы А, соответствующим собственному вектору х.
Если в пространстве выбран определенный базис, то уравнение (1) для собственных векторов и собственных значений линейного преобразования можно записать в матричной форме:
A ■ X = !■ X.
(2)
Всякий ненулевой столбец X, для которого выполняется равенство (2), называется собственным вектором матрицы А, соответствующим собственному значению X.
Собственный вектор матрицы А — это столбец вида (3) составленный из координат собственного вектора х = Ц, х2,...,х^ линейного преобразования у=А • х в выбранном базисе.
Собственные векторы вещественной диагональной симметрической матрицы, отвечающие различным собственным значениям, ортогональны, т.е. их скалярное произведение равно нулю.
х1 х.
X =
(3)
Из всего выше сказанного следует, что для любой вещественной диагональной симметрической матрицы А соотношение (4) существует набор собственных значений X = {Х1,Х2,..., Х^ и каждому собственному значению соответствует собственный вектор X, который попарно ортогонален с любым из вектор в ансамбля
А =
а1,1 «1,2
а, л
а2,1 а2,2 ••• а2, N
>X =
XN,1 XN ,2
>А =
Х1, N
X, N
XN, N
(4)
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.
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.
Для оценки структурной скрытности рассматриваемых систем ортогональных сигналов в работе предлагается оценивать структурную скрытность сигналов через затраты на выявление его состояния с заданной достоверностью (вероятностью правильного решения). При
этом под структурной скрытностью понимается арсенальная скрытность, определяемая мощностью А (числом элементов) множества X возможных сменных параметров сигнала, в частности вариантов кодовых структур. Рабочие параметры передаваемого сигнала выбираются из этого множества случайно.
При этом ширина спектра такого сигнала определяется известным соотношением:
F = 1
T
F -
A = — = FT •
F
S = -log2(1/ A) = log2 A = log2( FT).
(5)
(6)
(7)
При базе передатчика B = FT возможное число не перекрывающихся по частоте или форме каналов (их арсенал) равно:
При условии того, что рабочий сигнал x, i = 1,A, выбирается из имеющегося арсенала с равными вероятностями pi = 1/А структурная скрытность сигналов определяется выражением:
В соответствии с выражением (7) были получены значения структурной скрытности предложенного способа и способа передачи информации на основе последовательностей де Брейна представлены в таблице в зависимости от базы сигнала.
На рисунке 1 представлена графическая зависимость структурной скрытности СПИ КРК на основе предлагаемого способа формирования ортогональных сигналов (кривая 1) и на основе последовательностей де Брейна (кривая 2) от базы сигнала.
Зависимость структурной скрытности СПИ КРК на основе предлагаемого способа формирования ортогональных сигналов (кривая 1) и
Результаты расчетов структурной скрытности сигналов для рассмотренных СПИ КРК
г
High technologies in Earth space research № 1-2011
His
К E S E А К С II
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
Рис.1
на основе последовательностей де Брейна (кривая 2) от базы сигнала. Из таблицы 2 и рисунка 1 можно увидеть, что предлагаемый способ формирования систем ортогональных сигналов (кривая 1) позволяет улучшить структурную скрытность сигналов по сравнению со
способ формирования систем ортогональных сгналов на основе последовательностей де Брейна (кривая 2) при размерности базы сигнала B = 16 на 19,57 диз, B = 32 на 23,09 диз, B=64 на 24,25 диз, B =128 на 15,89 диз, при B = 126 на 1,02 диз.
Таким образом, применение данного способа позволит повысить структурную скрытность современных системах передачи информации с кодовым разделением каналов, направленных на передачу данных различного формата (речь, факс, музыка, интернет) с различной скоростью и конфиденциальностью.
Литература
1. Варакин Л.Е. Теория систем сигналов. — М.: Советское радио, 1978. — 303 с.
2. Каневский З.М., Литвиненко В.П., Макаров ГВ, Максимов ДА Теория скрытности: Учеб. пособие / Под ред. З.М. Каневского. Воронеж: ВГТУ, 2006. — 211 с.
3. Громаков ЮА. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. — М.: АОЗТ "Эко-трендз КО", 1996.
4. Патент Российской Федерации № 2234191, кл. Н04В7/216, Н041.9/26 от 24.07.2001.
5. Попенко В.С. Векторный синтез ансамблей ортогональных сигналов — Ставрополь: МО, РФ, ч.11, 1993.
д Щ
III РОССИЙСКИЙ МЕЖДУНАРОДНЫЙ КОНГРЕСС
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМ ТРАНСПОРТНЫМ СИСТЕМАМ
17-20 мая 2011 года
Санкт-Петербург
Наукоёмкие технологии в космических исследованиях Земли
28 № 1-2011
