СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЕ СВЯЗИ С ШУМОПОДОБНЫМИ СИГНАЛАМИ Российский патент 2015 года по МПК H04L27/18 

Изобретение относится к области передачи цифровой информации и предназначено для применения в системах цифровой связи.

Под передачей информации понимается совокупность операций, выполняемых как на передающем, так и на приемом концах системы связи, а также собственно операция излучения сигналов в эфир (либо в воду в случае гидроакустической связи). Кроме того, далее считаем, что в свете решаемой заявляемым способом задачи словосочетания термины «сообщение» и «поток», а также «псевдослучайная последовательность» (ПСП) и «М-последовательность» являются синонимами.

Известны способы передачи, предусматривающие кодирование информации путем фазоразностной модуляции [1]. Их недостатком является сравнительно низкая помехоустойчивость, имеющая место при ограниченной энергетике системы передачи информации.

В связи с этим при передаче цифровой информации наиболее предпочтительно использование шумоподобных сигналов (ШПС) (см. [2], с. 3). Как правило, в качестве таких сигналов используются гармонические сигналы, фазовая (или частотная) манипуляция которых осуществляется временными отсчетами ПСП. В качестве ПСП обычно используются М-последовательности (см. [2], раздел 3.3. с. 49). Далее считаем, что используемые в прототипе и заявляемом объекте М-последовательности получены путем замены в классических М-последовательностях (представляющих собой последовательность временных отсчетов, равных 0 или 1) значений, равных 0, на -1.

Как отмечено в [2], системы связи с ШПС обладают преимуществами перед прочими системами связи, как в части помехоустойчивости, так и скрытности. Один из вариантов способа передачи информации в такой системы связи описан в [3] (прототип). Прежде чем перейти к описанию прототипа, поясним следующую используемую ниже (при описании как прототипа, так и заявляемого объекта) терминологию:

- «символ источника» - подлежащий передаче символ (его бинарный код), поступающий от источника сообщения на вход заявляемого объекта;

- «структурная помеха» - помеха, обусловленная взаимным влиянием передаваемых одновременно или практически символов и снижающая достоверность передачи информации;

- «информационная ПСП» - ПСП, в которую вводится циклический временной сдвиг (ЦВС), содержащий передаваемую информацию одного символа источника;

- «вспомогательная ПСП» - ПСП, не несущая никакой информации и необходимая только в обеспечение расширения спектра структурной помехи на приемной стороне с целью ее дальнейшего подавления;

- «результирующая ПСП» - ПСП. являющаяся результатом перемножения информационной ПСП на вспомогательную ПСП.

- «канальный символ» (КС) - результат манипуляции фазы (или частоты) высокочастотного колебания временными отсчетами ПСП, сформированной с введением в нее информационного ЦВС;

- «результат модуляции символов источника» - термин, являющийся обобщением термина «канальный символ» при вариантах его формирования (путем манипуляции фазой высокочастотного колебания) с использованием либо информационной ПСП, либо результирующей ПСП, а также предполагающий суммирование с задержками результатов модуляции нескольких символов источника.

Прототип предусматривает

на передающей стороне

- формирование информационной псевдослучайной последовательности (ПСП) с циклическим временным сдвигом (ЦВС), величина которого определяется комбинацией бит каждого текущего передаваемого символа источника в соответствии с выбранным методом кодирования;

- формирование каждого текущего канального символа путем манипуляции параметром высокочастотного сигнала;

- передача результата модуляции символов источника, на приемной стороне

- преобразование каждого принимаемого каждого из результатов модуляции символов источника в электрический;

- определение максимума корреляции каждого принятого канального символа с опорным сигналом, совпадающим по форме с канальным символом, сформированным с ЦВС, известным на приемной стороне;

- на основе результата определения максимума указанной корреляции определяют величину ЦВС в каждом принимаемом канальном символе;

- по величине указанного ЦВС в соответствии с методом, обратным выбранному методу кодирования, определяют комбинацию бит каждого принятого символа источника.

При этом в прототипе термин «результат модуляции символа источника совпадает с термином «канальный символ», что принятой выше терминологии не противоречит.

Недостатком прототипа является сравнительно низкая скорость передачи информации.

Целью заявляемого способа является повышение скорости передачи информации. Цель достигается тем, что в способе передачи информации в цифровой системе связи с ШПС, предусматривающем следующие операции: на передающей стороне

- формирование информационной ПСП с ЦВС, величина которого определяется комбинацией бит каждого текущего передаваемого символа источника в соответствии с выбранным методом кодирования;

- формирование результата модуляции каждого символа источника путем манипуляции параметрами высокочастотного сигнала по закону ПСП;

- передачу каждого указанного результата модуляции, на приемной стороне

- преобразование каждого принимаемого каждого из результатов модуляции в электрический;

- определение максимума корреляции каждого принятого КС с опорным сигналом, совпадающим по форме с КС, сформированным на базе ПСП с ЦВС, известным на приемной стороне;

- определение величины ЦВС в каждом принимаемом КС на основе результата определения максимума указанной корреляции;

- по величине указанного ЦВС в соответствии с методом, обратным выбранному методу кодирования, определяют комбинацию бит каждого принятого символа источника;

вводятся следующие дополнения

на передающей стороне

- формирование информационной ПСП с ЦВС выполняют одновременно для V символов источника, составляющих блок таких символов, причем величина индивидуального ЦВС, вводимого в ПСП, при выполнении этой операции для ν-го символа источника при v=1…V определяется комбинацией бит этого символа;

- формирование вспомогательных ПСП;

- одновременное формирование V результирующих ПСП, составляющих блок, причем каждая ν-я из них формируется путем перемножения ν-й информационной ПСП и соответствующей ей вспомогательной ПСП;

- в качестве ПСП, по закону которой осуществляется манипуляция параметрами высокочастотного сигнала, реализуемая при формирование каждого v-гο КС блока из V таких КС, используется ν-я результирующая ПСП;

- по результатам формирования совокупности КС, входящих в блок блока из V этих КС, реализуется объединение указанных V КС, предусматривающее их суммирование с задержками, причем задержки КС с номерами 1>v≥V относительно КС с номером v=1, определяются этими номерами v,

на приемной стороне

- по результатам операции преобразование каждого из принятых результатов модуляции в электрический сигнал в каждом принятом КС блока осуществляется компенсация использованной при его формировании на передающей стороне вспомогательной ПСП путем умножения каждого принятого результата модуляции на указанную соответствующую вспомогательную ПСП;

- операции определения максимума корреляции каждого принятого КС с опорным сигналом, представляющим собой соответствующий КС, сформированный на базе ПСП с ЦВС, известным на приемной стороне, а также комбинации бит каждого принятого символа источника выполняются одновременно для V КС, входящих в блок;

- операции определения максимума корреляции каждого принятого КС с опорным сигналом, представляющим собой соответствующий КС, сформированный на базе ПСП с ЦВС, известным на приемной стороне, а также определения величины ЦВС в каждом принимаемом КС и комбинации бит каждого принятого символа источника выполняются одновременно для V КС, входящих в блок;

- по результатам выполнения совокупности операций определение комбинации бит каждого ν-го КС осуществляется формирование комбинации бит блока из всех V символов источника.

Блок-схема, иллюстрирующая совокупность операций заявляемого способа, представлена на фиг. 1, где обозначены:

1 - формирование блока из V информационных ПСП с индивидуальными ЦВС;

2 - формирование блока из V результирующих ПСП;

3 - формирование блока из V КС;

4 - объединение VK.C;

5 - передача результатов модуляции;

6 - формирование вспомогательных ПСП;

7 - преобразование принимаемых сигналов (т.е. результатов модуляции) в электрические;

8 - компенсация вспомогательной ПСП в каждом КС блока из V таких КС;

9.1…9.V - определение максимума корреляции КС с опорным соответственно для 1-го … V-го в блоке КС с компенсированной вспомогательной ПСП;

10.1…10.V - определение величины ЦВС соответственно в 1-м … V-м КС в блоке;

11.1…11.V - определение комбинации бит соответственно 1-го … V-го КС в блоке;

12 - формирование комбинации бит всего блока.

Входом заявляемого способа является операция 1 (формирование блока из V информационных ПСП с индивидуальными ЦВС), т.е. реализация способа начинается с выполнения операции 1. Содержание этой операции иллюстрируется блок-схемой реализующего ее устройства, приведенной на фиг. 2, где обозначены:

13 - блок буферной памяти;

14.1…14.V - формирователь соответственно 1-й … V-и информационной ПСП с ЦВС.

В процессе функционирования заявляемого способа происходит следующее. Поток символов источника поступает на вход операции 1 (формирование блока из V информационных ПСП с индивидуальными ЦВС).

Далее при иллюстрации содержания ряда операций заявляемого способа упоминаются блок-схемы выполняющих эти операции устройств; эти блок-схемы условны и представлены лишь для указанной иллюстрации, реальная же реализация всех операций заявляемого способа осуществляется аппаратно-программными вычислительными средствами (модемами), располагающимися на приемной и передающей сторонах системы связи.

Блок-схема устройства, реализующего операцию 1, приведена на фиг.2, где обозначены:

13 - блок буферной памяти;

14.1…14.V - формирователь соответственно 1-й … V-й информационной ПСП с ЦВС.

Поступающий поток символов источника на вход блока буферной памяти 13 записывается в эту память. Этот блок содержит два отдела памяти, каждый из которых в свою очередь содержит по V областей памяти. (Говоря, что память содержит отделы и области, имеем в виду, что аппаратно единая память делится на эти отделы и области программными средствами). По мере прихода символов источника с 1-го по V-й каждый v-й символ записывается в v-ю область 1-го отдела памяти. Далее по мере прихода символов источника с V+1-го по 2V-й каждый (v-V)-й символ записывается в v-ю область 2-го отдела памяти. По мере прихода символов источника с 2V+1-го по 3V-й каждый (v-2V)-й символ записывается в v-ю область 1-го отдела памяти и т.д. (Таким образом, присвоение индекса v символам осуществляется по номеру этого символа, вычисленному по модулю V). По завершении заполнения V символами, например, 1-го отдела памяти начинается чтение каждого символа, хранящегося в v-й области памяти этого отдела, на вход соответствующего формирователя 14.v v-й информационной ПСП с ЦВС (v=1…V). Указанный формирователь реализуется, например, в виде долговременной памяти, в которою заранее занесен массив из τ·f_д временных отсчетов ПСП (где τ - длительность КС, а f_д - частота дискретизации сигналов; для простоты изложения, считаем, что эта частота дискретизации реализуется как на передающей, так и на приемной стороне системы связи), а введение в эту ПСП ЦВС на n·Δf^-l·f_д отсчетов реализуется путем чтения (выдачи) этого массива на выход формирователя 14.v (он же - v-й выход операции 1), подряд, начиная с n·Δf^-1·f_д-го до (τ·Δf^-1·f_д-1)-го, и затем с 0-го по (n·Δf^-1·f_д-1)-й, где Δf - ширина полосы частот КС. Величина n=n_v масштаба ЦВС, вводимого в ПСП в формирователе 14.v, равна, например, бинарному коду символа источника, поступающего на вход этого формирователя.

Ширина полосы частот КС Δf определяется следующим образом. ПСП состоит их чередующихся и появляющихся псевдослучайно значений +1 и -1. Эти значения стабильны на интервале времени, равном δ, после чего могут либо меняться на противоположное (т.е. с+1 на -1 и наоборот) или не меняться. Закон (последовательность) смены этих значений и есть закон ПСП. Ширина полосы частот КС, сформированного на базе ПСП указанного типа, определяется как Δf=δ^-1 (где Δf - в герцах, а δ - в секундах).

Каждая ПСП длительностью τ и при ширине полосы частот Δf несет ψ=log₂τ·Δf бит информации.

В части операции, реализуемой формирователями 14.v, заявляемый способ отличается от прототипа только тем, что в последнем этот формирователь реализуется в единственном числе.

В итоге выполнения операции 1 по блоку из V символов источника формируется блок (совокупность) из V ПСП вида Υ_v(n_v·Δf^-1·f_д) при v=1…V, где индекс аргумента времени n определен с учетом ЦВС, введенного в ПСП (т.е. с осуществлением подстановки {n-n_v }→n, где фигурные скобки означают, что сдвиг по времени на величину n_v·Δf^-1·f_д является циклическим).

Операция 2 (формирование блока из V результирующих ПСП) при формировании каждой v-й (при v=1…V) результирующей ПСП предусматривает перемножение массивов одноименных по времени отсчетов v-й информационной ПСП (с введенным в нее ЦВС) и k-й вспомогательной ПСП. В итоге указанного перемножения на каждом v-м выходе операции 2 формируется v-я результирующая ПСП вида

где Х_k(n·Δf^-1·f_д) - k-я вспомогательная ПСП (количество разных вспомогательных ПСП может составлять от 1 до V, причем в последнем случае индекс номера вспомогательной ПСП k=v; описание операции 6 формирования вспомогательных ПСП см. ниже).

Совокупность вычислительных средств, реализующих операцию 2, представляет собой комплект из V перемножителей.

Операция 3 (формирование блока из V КС) при формировании каждого v-го (при v=1…V) КС предусматривает перемножение массивов временных отсчетов каждой результирующей ПСП и высокочастотного колебания

где f - несущая частота сигнала в канале связи.

При рассмотрении ПСП (М-последовательностей), временные отсчеты которых принимают значения +1 и -1, такое умножение эквивалентно бинарной фазовой манипуляции. В итоге V-кратного (при v=1…V) выполнения расчетов по формуле (2) сформирован блок высокочастотных сигналов, каждый из которых является v-м канальным символом.

Совокупность вычислительных средств, реализующих операцию 3 (как и в случае операции 2), представляет собой комплект из V перемножителей.

Операция 4 (объединение V КС) предусматривает вычисление подлежащих передаче результата модуляции Ρ (n) по формуле

где Δ_v - задержка, вносимая в v-й КС при передаче, определяемая, например, как Δ_v=(v-1)·f_д·(V·Δf^·)^-1.

Совокупность вычислительных средств, реализующих операцию 4, представляет собой память, выполняющую функцию набора из V-1 линий задержки, а также сумматор.

В итоге выполнения операции 4 сформирован блок (совокупность) КС, распределенных по времени (т.е. КС с внесенными в них относительными задержками).

Операция 5 (передача результатов модуляции) предусматривает цифро-аналоговое преобразование сигналов, а также их излучение. Например, в системе гидроакустической связи это излучение осуществляется посредством преобразования результатов модуляции в акустические колебания, излучаемых гидроакустическим излучателем в воду. Описание средств излучения акустических колебаний в воду приведено, например, в [4].

Операция 6 (формирование вспомогательных ПСП) реализуется совокупностью из К формирователей каждый из которых принципиально аналогичен формирователю 14.v. Каждый реализуемый при выполнении операции 6 формирователь формирует вспомогательную ПСП, отличающуюся от ПСП, формируемой каждым формирователем 14.v. Для получения положительного эффекта достаточно использования единой вспомогательной ПСП, что соответствует значению K=1, но при этом должны быть различны все ПСП, формируемые формирователями 14.v (имеется в виду, что они различны с точностью до вводимого в них ЦВС). Однако более эффективен вариант реализации заявляемого способа, предусматривающий формирование V разных вспомогательных ПСП, что допускает формирование блоками 14.v одинаковых (с точностью до вводимого в них ЦВС) ПСП.

Каждый из участвующих в выполнении операции 6 формирователей реализуется, например, в виде долговременной памяти, в которою заранее занесен массив временных отсчетов ПСП, а при выполнении им своей функции осуществляется считывание этого массива, начиная, например, от 0-го отсчета и заканчивая последним (τ·f_д·Δf^-1-1)-м отсчетом.

Операция 7 (преобразование принимаемых сигналов (т.е. результатов модуляции символов источника) в электрические) является обратной по отношению к операции передачи 5, т.е. в системе гидроакустической связи она предусматривает преобразование принимаемых акустических колебаний в электрические (см. [4]). Эта операция завершается выполнением аналого-цифрового преобразования.

Содержание операции 8 (компенсация вспомогательной ПСП в каждом КС блока из V таких КС; это фактически V независимо выполняемый операций) иллюстрируется блок-схемой реализующего ее устройства, представленной на фиг. 3. где обозначены (это устройство относится к версии реализации заявляемого способа предусматривающей работу с K=V различными вспомогательными ПСП):

- 15.1…15.V-1 - формирователь соответственно 1-й … V-й вспомогательной ПСП;

- 16.1…16.V-1 - соответственно 1-й … V-й блоки задержки;

- 17.1 … 15.V-блоки перемножения.

При выполнении операции 8 результат выполнения операции 7 (преобразование принимаемых сигналов в электрические) поступает параллельно на входы всех блоков перемножения 17.1 … 15.V. На второй вход каждого из этих блоков поступает временная реализация соответствующей (в данном варианте v-й) вспомогательной ПСП, формируемой блоком 15.v, причем v=1-я из этих реализаций поступает на второй вход блока перемножения 17.1 непосредственно, а каждая v-я при 2<v≤V поступает на вторые входы блоков 17.2 … 15.V через блоки задержки 16.1…16.V-1. Эти блоки обеспечивают нарастающие с увеличением их номера задержки, равные Δ_v.

Совокупность операций 9.1…9.V (определение максимума корреляции принятого сигнала с опорным соответственно для 1-го … V-го КС в блоке) состоит в следующем. Используемый при выполнении каждой v-й операции 9.v v-й опорный сигнал, представляющим собой соответствующий КС, сформированный на базе ПСП с ЦВС, известным на приемной стороне.

В качестве v-го опорного сигнала может быть использован либо сигнал вида (например при множителе Υ_v (n·Δf^-1·f_д), сформированном в виде ПСП с нулевым ЦВС), либо его комплексная огибающая. Эти варианты реализации совокупности операций 9.1…9.V между собой эквивалентны.

Каждая v-я из операций 9.1…9.V реализуется посредством вычисления циклической корреляционной функции между входным сигналом и собственным (т.е. v-м) опорным сигналом или, что то же самое, циклической свертки между входным сигналом и собственным опорным сигналом, прочитанным в обратном времени (т.е. если сигнал имеет вид S(f) при значениях аргумента времени t в диапазоне 0…N_m·Δf^-1, где N_m=τ·Δf^-1 - база КС, то этот же сигнал, прочитанный в обратном времени, имеет вид S(N_m·Δf^-1-t)).

При выполнении каждой v-й из операций 9.1…9.V указанная операция вычисления циклической корреляции (свертки) дополняется операцией нахождения ее максимума.

Операция вычисления циклической свертки описана, например, в [5, п. 2.23, где вместо термина «циклическая свертка» используется термин «круговая свертка»]. Она предусматривает вычисление операций дискретного преобразования Фурье (ДПФ) от опорного сигнала и от временной реализации обрабатываемого сигнала, векторное перемножение массивов, полученных при выполнении указанных операций ДПФ, и операцию обратного ДПФ от массива результатов этого перемножения. Каждая свертка содержит не менее N_m·Δf^-1 отсчетов, формируемых при периоде дискретизации, не меньшем величины Δf^-1.

Операция нахождения максимума полученной свертки основана на сравнении всех ее временных отсчетов, например, следующим образом: весь массив из N_m-Δf^-1 отсчетов делится на первой итерации на два подмассива, содержащих по 0.5N_m·Δf^-1 отсчетов, располагающихся в свертке в нечетных и четных временных позициях, и осуществляется сравнение одноименных отсчетов из каждом подмассива (т.е. первого отсчета из первого подмассива с первым из второго подмассива и т.д.) с удержанием максимального из каждой пары отсчетов; в итоге сформирован массив из 0.5Ν_m·Δf^-1 результатов, при этом запоминаются и аргументы (индексы) времени, которым соответствуют удержанные отсчеты; далее указанная процедура на второй итерации повторяется над массивом из 0.5Ν_η·Δf^-1 отсчетов, полученных в итоге выполнения первой итерации и т.д. В итоге выполнения log₂0.5N_m·Δf^-l таких итераций получен максимальный (в каждой v-й свертке) по уровню отсчет и соответствующий этому отсчету индекс времени m_{max v}.

Содержание совокупности операций 9.1…9.V и их реализация отличается от аналогичной операции прототипа только тем, что в прототипе при приеме каждого КС эта операция выполняется однократно (т.е. в блок КС входит только одни КС).

Совокупность операций 10.1…10.V (определение величины ЦВС в 1-м … V -м КС в блоке соответственно) выполняется путем вычисления каждого v-гο из искомых ЦВС; следует уточнить, что в данном случае искомыми являются не формально введенные в ПСП временные сдвиги, а их масштабы n_v (см. описание операции 1) по формуле

где квадратные скобки означают округление приведенного в этих скобках результата расчетов до целого.

Совокупность операций 11.1…11.V (определение комбинации бит 1-го … V-го КС в блоке соответственно) предусматривает представление соответственно v-го ЦВС (его масштаба n_v) в бинарном ψ - разрядном коде, соответствующем v-му символу источника C_v (в принятом блоке из V символов), и чтение (передачу) каждого v-го из V указанных бинарных кодов на входы устройства, реализующего операцию 12.

Операция 12 (формирование комбинации бит всего блока) предусматривает запись в память поступающих на вход реализующего ее устройства V ψ-разрядных кодов C_v в порядке возрастания их индекса v и затем их поочередную выдачу на выход этого устройства. Таким образом, операция 12 выполняет функцию демультиплексирования или преобразования параллельного бинарного кода в последовательный. В итоге выполнения операции 12 формируется последовательность принятых символов источника.

Заявляемый способ рассчитан на использование в синхронной системе связи. В такой системе при заданных моментах передача результатов модуляции на приемном конце известны моменты начала прихода каждого информационного сигнала. Принципиально возможен, например, вариант работы передающей и приемной сторон системы связи в системе единого времени. В этом случае работа компоненты модема, расположенной на передающей стороне системы связи, осуществляется по следующей временной диаграмме. По окончании заполнения отдела блока буферной памяти 13 (входящей в состав средств, выполняющих операцию 1 (формирование блока из V информационных ПСП с индивидуальными ЦВС)) начинается формирование информационных ПСП с ЦВС блоками 14.1…14.V. По завершении операции 1 начинается одновременное выполнение операций 6 (формирование вспомогательных ПСП) и 2 (формирование блока из V результирующих ПСП). По завершении выполнения этих двух операций последовательно по времени выполняются операции 3 (формирование блока из V КС), 4 (объединение V КС) и 5 (передача результатов модуляции).

Что касается синхронизации работы компонент модема, расположенного на приемной стороне системы связи, то время распространения сигнала от передатчика до приемника известно, а в состав этого модема входит устройство системы единого времени, выдающее сигнал синхронизации, управляющий выполнением всех реализуемых при приеме операций (кроме операции 7 (преобразования принимаемых сигналов в электрические)) в момент начал прихода очередного фрагмента передаваемого потока (это - нулевой момент времени для приема очередного блока КС).

В момент формирования этого сигнала начинается формирование 1-й … V-й вспомогательных ПСП блоками 15.1…15.V(участвующими в выполнении операции 8, см. фиг. 3) и подача этих ПСП на вторые входы соответственно 1-го … V-го блоков перемножения 17.1…15.V (причем 2-я … V-я вспомогательные ПСП подаются на вторые входы соответственно 2-го … F-го блоков перемножения через соответственно 16.1-й … (16.V-1)-й блоки задержки). Далее через время Δf^-1 относительно указанного нулевого момента выполняются совокупность операций 9.1…9.V, после их завершения - совокупность операций 10.1…10.V и т.д. до операции 12. Процесс выполнения всех перечисленных операций завершается до начала прихода следующего блока КС, т.е. до момента τ относительно указанного нулевого момента времени, после чего в момент прихода следующего блока КС все повторяется.

Операции синхронизации, обеспечивающие описанную временную диаграмму работы модема на передающей и приемной сторонах системы связи, в состав заявляемого объекта не включены, поскольку подавляющее большинство систем цифровой (дискретной) связи являются синхронными, а особенности заявляемого объекта с какой-либо спецификой совокупности указанных операций не связаны.

Принцип действия заявляемого способа передачи информации в цифровой системе связи с ШПС состоит в следующем. Прежде всего, он основан на следующих эффектах, возникающих при перемножении ПСП:

а) в результате перемножения двух одинаковых и совмещенных по времени ПСП формируется массив констант, равных +1 (поскольку при таком перемножении каждое из значений ПСП, равных +1 и -1, возводится в квадрат);

б) при перемножении двух разных и совмещенных по времени ПСП формируется ПСП, принимающая (как и перемножаемые ПСП) значения +1 и -1. причем моменты переключения значений из +1 в -1 и обратно может происходить только в моменты переключения значений перемножаемых ПСП, кратные δ (имеется в виду, что при начале отсчета времени от начала ПСП переключение может происходить в моменты α·δ, где α - целое число, но это имеет место не при всех α; см. фиг. 4, где на двух верхних слева графиках показаны перемножаемые ПСП, а на нижнем слева графике - результат их перемножения);

с) при перемножении двух разных и не совмещенных по времени ПСП, причем при временном сдвиге между ними, равном 0.5δ, формируется ПСП, принимающая (как и перемножаемые ПСП) значения +1 и -1, причем моменты переключения значений из +1 в -1 и обратно происходят в моменты, кратные α·0.5δ (см. фиг.4, где на двух верхних слева графиках показаны перемножаемые ПСП, а на нижнем слева графике - результат их перемножения; на этих графиках по оси абсцисс - время); эффект от рассмотренного перемножения принципиально не меняется, если ПСП не совмещены по времени ПСП, но не являются разными.

Поясним, что в результате выполнения операции 8 действительно происходит компенсация вспомогательной ПСП в каждом КС блока. Входными данными для этой операции является массив отсчетов сигнала Р(n·Δf^-1·f_a), который, согласно (3) с учетом (2) и (1), является суммой результатов умножения нескольких функций, причем в каждом v-м из слагаемых этой суммы одной из перемножаемых функций является вспомогательная ПСП. На передающей стороне в каждое v-e из указанных слагаемых введен индивидуальный v-й временной сдвиг; с другой стороны блоками задержки 16.1…16.V-1 (это компоненты, участвующие в выполнении операции 8) введены соответствующие задержки в поступающие на вторые входы блоков перемножения вспомогательные ПСП. При этом в каждом блоке 17.v реализуется перемножения v-й вспомогательной ПСП с указанной выше суммой, содержащей как v-й КС, так и все V-1 прочих КС блока. Результатом такого перемножения при каждом v является v-й КС, в котором вспомогательная ПСП компенсирована, поскольку все отсчеты результата ее перемножения с совпадающей с ней по времени и по форме v-й вспомогательной ПСП стали равны +1 (см. описание эффекта, возникающего при перемножении ПСП в ситуации а)).

Кроме указанного результата выполнения операции 8 при каждом v, являющегося полезным, на выходе каждого блока 17.v формируются еще V-1 откликов, обусловленных результатом перемножения v-й вспомогательной ПСП с V-1 ПСП, не совпадающими с этой v-й вспомогательной ПСП ни по времени, ни по форме. Суперпозиция этих откликов является структурной помехой, повышающей вероятность ошибочного декодирования при выполнении последующих операций заявляемого способа. В месте с тем, реализованный индивидуальный сдвиг по времени каждого КС в блоке уровень указанной структурной помехи существенно снижает. Как отмечено выше, в случае перемножения ПСП по варианту б) (ПСП различаются, но выровнены по времени) интервал возможного переключения результата перемножения с +1 на -1 и наоборот кратен величине δ, что, как отмечено выше, соответствует ширине полосы частот КС, равной Δf=δ^-1. В случае же перемножения ПСП по варианту в) ((ПСП различаются, и в том числе за счет сдвигов по времени; в частности, рассматриваем сдвиг 0.5·δ) интервал возможного переключения результата перемножения с +1 на -1 и наоборот кратен величине 0.5·δ, что соответствует ширине полосы частот КС, равной Δf=2·δ^-1. Мощность же результата указанного перемножения во всех случаях (ситуации а)…в)) одна и та же. При этом двукратное расширение спектра сигнала влечет за собой двукратное снижение его спектральной плотности, что эквивалентно повышению отношения сигнал/ структурная помеха на 3 дБ. Этот же эффект (по крайней мере, на качественном уровне) имеет место при практически произвольном временном сдвиге перемножаемых ПСП.

Таким образом, передача совокупности входящих блок КС, сформированных, в частности, с использованием вспомогательные ПСП, с введением в них (эти КС) временных сдвигов в совокупности с введением таких же сдвигов во вспомогательные ПСП при выполнении операции 8 (компенсации вспомогательных ПСП) на приемной стороне существенно снижает негативный эффект мешающего действия структурой помехи на качество декодирования, т.е. на достоверность передачи. Это позволяет применить параллельную (одновременную) передачу сразу V≥2 КС, т.е. повысить скорость передачи данных в раз V. Указанная передача может считаться одновременной, поскольку величины вводимых при передаче в КС временных сдвигов не превышают величины δ, которая в свою очередь на порядки меньше длительности КСτ.

В остальном принцип действия заявляемого способа совпадает с принципом действия прототипа, т.е. в нем реализуется кодирование на передающей стороне системы связи каждого символа источника посредством введения в передаваемый символ ЦВС и определение на приемной стороне этого ЦВС по каждому символу. Как отмечено выше, принципиальным отличием заявляемого объекта от прототипа является реализация в нем совокупности операций, обеспечивающих, с одной стороны, одновременную передачу блока из V символов, а с другой стороны - минимизацию появляющегося вследствие такой одновременной передачи негативного влияния на достоверность передачи структурной помехи.

Возможны следующие варианты реализации способа передачи информации, эквивалентные приведенному выше в описании, а также в формуле изобретения. Во-первых, возможно изменение порядка выполнения операций 2 и 3. Действительно, если вместо преобразования, описываемого формулой (1), выполнить преобразование вида

а вместо преобразования, описываемого формулой (2), выполнить преобразование вида

то итоговый КС от такой перемены порядка перемножений не изменится, т.е. результаты, формируемые по формулам (5) и (3) полностью совпадают.

Как уже отмечалось выше, возможна реализация заявленного способа как при сочетании совпадающих между собой информационных ПСП и различных (квазиортогональных) вспомогательных ПСП, так и, наоборот, при сочетании совпадающих между собой вспомогательных ПСП и различных информационных ПСП. Кроме того (и это тоже отмечалось выше), возможна реализация вычисления корреляций (сверток) при выполнении операций 9.1…9.V (определение максимума корреляции принятого сигнала с опорным) как на несущей частоте, так и с переходом к комплексным огибающим. Все эти варианты способа передачи, как отмечено выше, эквивалентны описанному.

Из сказанного следует, что заявляемый способ обеспечивает достижение технического эффекта, состоящего в повышении скорости передачи данных.

Литература

1. Окунев Ю.Б. Цифровая передача информации фазоманипулированными сигналами. - М.: Радио и связь. -1991. - 296 с., ил.

2. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь. 1985. 384 с., ил.

3. Николаев Р.П., Попов А.Р. Способ передачи информации в системе связи с шумоподобными сигналами. Патент РФ №2286017.

4. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Справочник. Л.: Судостроение. 1984.

5. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. - М.: Мир. - 1978.

Изобретение относится к области передачи цифровой информации и предназначено для применения в системах цифровой связи с шумоподобными сигналами (ШПС). Технический результат - повышение скорости передачи цифровой информации. Указанный технический результат достигается за счет сочетания одновременной передачи V>1 множества канальных символов (КС), входящих в блок, и реализации совокупности операций, таких как операции формирования вспомогательных псевдослучайных последовательностей (ПСП), формирования результирующих ПСП, в которых множителями являются вспомогательные ПСП, введение временных сдвигов в КС при их объединении и компенсации вспомогательной ПСП в каждом КС блока, обеспечивающих минимизацию уровня структурной помехи, порожденной одновременной передачей множества. КС. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ передачи информации в цифровой системе связи с шумоподобными сигналами (ШПС), заключающийся в том, что на передающей стороне
- формируют информационную псевдослучайную последовательность (ПСП) с циклическим временным сдвигом (ЦВС), величина которого определяется комбинацией бит каждого текущего передаваемого символа источника в соответствии с выбранным методом кодирования;
- формируют результат модуляции каждого символа источника путем манипуляции параметрами высокочастотного сигнала по закону ПСП;
- передают каждый указанный результат модуляции,
на приемной стороне
- преобразование каждого из принимаемых результатов модуляции в электрический;
- определяют максимум корреляции каждого принятого КС с опорным сигналом, совпадающим по форме с КС, сформированным на базе ПСП с ЦВС, известным на приемной стороне;
- на основе результата определения максимума указанной корреляции определяют величину ЦВС в каждом принимаемом КС,
отличающийся тем, что
на передающей стороне
- операцию формирования информационной ПСП с ЦВС выполняют одновременно для V символов источника, составляющих блок таких символов, причем величина индивидуального ЦВС, вводимого в ПСП, при выполнении этой операции для ν-го символа источника при ν=1…V определяется комбинацией бит этого символа;
- формируют вспомогательные ПСП;
- одновременно формируют V результирующих ПСП, составляющих блок, причем каждая ν-я из них формируется путем перемножения ν-й информационной ПСП и вспомогательной ПСП;
- в качестве ПСП, по закону которой осуществляется манипуляция параметрами высокочастотного сигнала, реализуемая при формировании каждого ν-го КС блока из V таких КС, используют ν-ю результирующую ПСП;
- по результатам формирования совокупности КС, входящих в блок блока из V этих КС, реализуют объединение указанных V КС, предусматривающее их суммирование с задержками, причем задержки КС с номерами 1>ν≥V относительно КС с номером ν=1 определяются этими номерами ν,
на приемной стороне
- по результатам операции преобразование каждого из принятых результатов модуляции символов источника в электрический сигнал в каждом принятом КС блока осуществляют компенсацию использованной на передающей стороне при формировании этого КС вспомогательной ПСП путем умножения каждого принятого результата модуляции на указанную соответствующую вспомогательную ПСП;
- операции определения максимума корреляции каждого принятого КС с опорным сигналом, представляющим собой соответствующий КС, сформированный на базе ПСП с ЦВС, известным на приемной стороне, а также определения величины ЦВС в каждом принимаемом КС и комбинации бит каждого принятого символа источника выполняют одновременно для V КС, входящих в блок;
- по результатам выполнения совокупности операций определение комбинации бит каждого ν-го КС осуществляют формирование комбинации бит блока из всех V символов источника.

2. Способ передачи информации в системах связи с ШПС по п. 1, отличающийся тем, что при передаче временной сдвиг ν-го КС при ν≥1 относительно ν=1-го КС равен (ν-1)( ν·Δf)^-1, где Δf - ширина полосы частот, занимаемой этими КС.