Введение
Псевдослучайный сигнал с характеристиками, схожими со шумом.
В криптографии псевдослучайный шум (PRN) — это сигнал, подобный шуму, который удовлетворяет одному или нескольким стандартным тестам на статистическую случайность. Хотя он кажется лишенным какой-либо определенной закономерности, псевдослучайный шум состоит из детерминированной последовательности импульсов, которая повторяется после достижения своего периода. В криптографических устройствах шаблон псевдослучайного шума определяется ключом, а период повторения может быть очень большим, даже исчисляться миллионами цифр. Псевдослучайный шум используется в некоторых электронных музыкальных инструментах, как самостоятельно, так и в качестве входного сигнала для субтрактивного синтеза, а также во многих генераторах белого шума. В системах с расширенным спектром приемник сопоставляет локально сгенерированный сигнал с принятым сигналом. Такие системы требуют набора из одного или нескольких "кодов" или "последовательностей", которые, подобно случайному шуму, имеют очень низкую корреляцию с любой другой последовательностью в наборе, с той же последовательностью при значительно отличающемся временном сдвиге, с узкополосными помехами или с тепловым шумом. В отличие от случайного шума, необходимо, чтобы одну и ту же последовательность было легко генерировать как на передатчике, так и на приемнике, поэтому локально сгенерированная последовательность приемника имеет очень высокую корреляцию с передаваемой последовательностью. В системе прямого распространения спектра каждый бит в псевдослучайной двоичной последовательности называется чипом, а величина, обратная его периоду – скоростью чипа; сравните со скоростью передачи битов и скоростью символов. В последовательности частотного скачка каждое значение в псевдослучайной последовательности называется номером канала, а величина, обратная его периоду – скоростью скачка. Раздел 15 FCC предписывает наличие как минимум 50 различных каналов и частоту скачка не менее 2,5 Гц для узкополосных систем частотного скачка. Спутники GPS передают данные со скоростью 50 бит в секунду – каждый спутник модулирует свои данные одним потоком PN-битов со скоростью 1,023 миллиона чипов в секунду и теми же данными другим потоком PN-битов со скоростью 10,23 миллиона чипов в секунду. GPS-приемники сопоставляют принятый поток PN-битов с локальной опорной точкой для измерения расстояния. GPS – это система, работающая только на прием, использующая относительные измерения времени от нескольких спутников (и известные положения спутников) для определения местоположения приемника. Другие приложения для определения дальности включают в себя двустороннюю передачу. Локальная станция генерирует псевдослучайную битовую последовательность и передает ее в удаленное местоположение (с использованием любой техники модуляции). Объект в удаленном местоположении отражает этот PN-сигнал обратно на станцию местоположения либо пассивно, как в некоторых типах радиолокационных и гидроакустических систем, либо с использованием активного ответчика в удаленном местоположении, как в системе объединенного S-диапазона Apollo. Сопоставляя (задержанную версию) переданного сигнала с принятым сигналом, можно определить точное время прохождения сигнала в обе стороны до удаленного местоположения и, следовательно, расстояние.
Like random noise, the local sequence has a very low correlation with any other sequence in the set, or with the same sequence at a significantly different time offset, or with narrow band interference, or with thermal noise. Unlike random noise, it must be easy to generate exactly the same sequence at both the transmitter and the receiver, so the receiver's locally generated sequence has a very high correlation with the transmitted sequence. In a direct sequence spread spectrum system, each bit in the pseudorandom binary sequence is known as a chip and the inverse of its period as chip rate; compare bit rate and symbol rate. In a frequency hopping spread spectrum sequence, each value in the pseudorandom sequence is known as a channel number and the inverse of its period as the hop rate. FCC Part 15 mandates at least 50 different channels and at least a 2.5 Hz hop rate for narrow band frequency hopping systems. GPS satellites broadcast data at a rate of 50 data bits per second – each satellite modulates its data with one PN bit stream at 1.023 million chips per second and the same data with another PN bit stream at 10.23 million chips per second. GPS receivers correlate the received PN bit stream with a local reference to measure distance. GPS is a receive only system that uses relative timing measurements from several satellites (and the known positions of the satellites) to determine receiver position. Other range finding applications involve two way transmissions. A local station generates a pseudorandom bit sequence and transmits it to the remote location (using any modulation technique). Some object at the remote location echoes this PN signal back to the location station – either passively, as in some kinds of radar and sonar systems, or using an active transponder at the remote location, as in the Apollo Unified S band system. By correlating a (delayed version of) the transmitted signal with the received signal, a precise round trip time to the remote location can be determined and thus the distance.
Код PN
Псевдошумный код (PN-код) или псевдослучайный шумовой код (PRN-код) — это код, спектр которого аналогичен спектру случайной последовательности битов, но генерируется детерминированным образом. Наиболее часто используемые последовательности в системах с прямой последовательностью расширения спектра включают последовательности максимальной длины, коды Голда, коды Каса́ми и коды Баркера.