Скремблер

Скремблер самосинхронизирующийся

Основной частью скремблера является генератор псевдослучайной последовательности (ПСП) в виде линейного n-каскадного регистра с обратными связями, формирующий последовательность максимальной длины ${\displaystyle 2^{n}-1}$.

Особенностью самосинхронизирующегося скремблера (СС скремблера) является то, что он управляется скремблированной последовательностью, то есть той, которая передаётся в канал. Поэтому при данном виде скремблирования не требуется специальной установки состояний скремблера и дескремблера: скремблированная последовательность записывается в регистры сдвига скремблера и дескремблера, устанавливая их в идентичное состояние. При потере синхронизма между скремблером и дескремблером время восстановления синхронизма не превышает числа тактов, равного числу ячеек регистра скремблера.

На приёмной стороне выделение исходной последовательности происходит путём сложения по модулю 2 принятой скремблированной последовательности с последовательностью на выходе сдвигового регистра. Например, для схемы, приведённой на рисунке, входная последовательность ${\displaystyle IN}$ с помощью скремблера в соответствии с соотношением ${\displaystyle OUT=IN\oplus (R_{18}\oplus R_{23})}$ преобразуется в посылаемую двоичную последовательность ${\displaystyle OUT}$. В приёмнике из этой последовательности таким же регистром сдвига, как на приёме, формируется последовательность ${\displaystyle IN'=OUT\oplus (R_{18}\oplus R_{23})=IN\oplus (R_{18}\oplus R_{23})\oplus (R_{18}\oplus R_{23})=IN}$.

Как следует из принципа действия схемы, при одной ошибке в последовательности ${\displaystyle IN}$ ошибочными получаются также последующие восемнадцатый и двадцать третий символы (в данном примере). В общем случае влияние ошибочно принятого бита будет сказываться a раз, где a — число обратных связей в регистре сдвига. Таким образом, СС скремблер-дескремблер обладает свойством размножения ошибок. Данный недостаток СС скремблера-дескремблера ограничивает число обратных связей в регистре сдвига; практически это число не превышает a = 2.

Второй недостаток СС скремблера связан с возможностью появления на его выходе при определённых условиях так называемых «критических ситуаций», когда выходная последовательность приобретает периодический характер с периодом, меньшим длины ПСП. Чтобы предотвратить это, в скремблере и дескремблере предусматриваются специальные дополнительные схемы контроля, которые выявляют наличие периодичности элементов на входе и нарушают её.

Скремблер аддитивный

При аддитивном скремблировании требуется предварительная идентичная установка состояний регистров скремблера и дескремблера. В скремблере с установкой (АД-скремблере), как и в СС скремблере, производится суммирование входного сигнала и ПСП, но результирующий сигнал не поступает на вход регистра. В дескремблере скремблированный сигнал также не проходит через регистр сдвига, поэтому размножения ошибок не происходит.

Суммируемые в скремблере последовательности независимы, поэтому их период всегда равен наименьшему общему кратному величин периодов входной последовательности и ПСП и критическое состояние отсутствует. Отсутствие эффекта размножения ошибок и необходимости в специальной логике защиты от нежелательных ситуаций делают способ аддитивного скремблирования предпочтительнее, если не учитывать затрат на решение задачи синхронизации скремблера и дескремблера. В качестве сигнала установки в цифровых системах передачи данных используют сигнал цикловой синхронизации.

При частотной инверсии преобразование спектра речевого сигнала эквивалентно повороту частотной полосы сигнала вокруг некоторой средней частоты F_и — частоты инверсии.

Несколько более сложный по сравнению с частотной инверсией способ преобразования сигнала обеспечивает скремблер с разбиением полосы речевого сигнала на поддиапазоны с частотной инверсией сигнала в каждом поддиапазоне (полосно-сдвиговый инвертор). Обычно используется разбиение полосы на 2 поддиапазона.

Полосовые скремблеры используют способ разбиения полосы речевого сигнала на несколько поддиапазонов с частотными перестановками этих поддиапазонов. Полосовой скремблер может быть реализован на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ). В таком скремблере на передающей стороне производится прямое БПФ, частотная перестановка полос, а затем — обратное БПФ. На приёмной стороне осуществляются аналогичные преобразования с обратной частотной перестановкой полос. В скремблерах с БПФ возможно достичь высокой степени защиты информации за счёт увеличения количества перемешиваемых полос, однако на практике этот метод скремблирования в подвижной радиосвязи применяется редко в связи со сложностями технической реализации. Кроме этого, скремблеры с БПФ вносят в канал связи временную задержку.

Простейшим видом временного преобразования является временная инверсия, при которой исходный сигнал делится на последовательность временных сегментов и каждый из них передаётся инверсно во времени — с конца к началу.

В скремблере с временными перестановками речевой сигнал делится на временные кадры, каждый из которых в свою очередь подразделяется на сегменты, а затем сегменты речевого сигнала подвергаются перестановке.

Для дальнейшего повышения степени закрытия речи используется комбинация временного и частотного скремблирования. В таком скремблере после аналого-цифрового преобразования спектр оцифрованного речевого сигнала разбивается на частотно — временные элементы, которые затем перемешиваются на частотно — временной плоскости в соответствии с одним из криптографических элементов и суммируются, не выходя за пределы частотного диапазона исходного сигнала.