Способ цифрового формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром Российский патент 2019 года по МПК H04L27/20 

Предлагаемый способ относится к области радиосвязи и может найти применение в радиосистемах, в частности в блоках встроенного контроля приемников, использующих широкополосные фазоманипулированные сигналы.

Известны классические способы формирования фазоманипулированных радиосигналов с расширенным спектром, например, описанные в [1] и [2], в которых манипулируются по фазе гармонические сигналы несущей частоты, сдвинутые по фазе на 90 градусов, а затем складываются. Недостатком этих способов является сложность их реализации в цифровом виде, связанная с необходимостью формирования сигналов синусоидальной формы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ, описанный в [3], принятый за прототип.

Способ цифрового формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром заключается в последовательном выполнении следующих действий:

- символы из поступающей информационной последовательности объединяют попарно.

- каждый символ из пары символов умножают на псевдослучайную последовательность символов.

- полученные сигналы с расширенным спектром умножают на сигналы несущей частоты формы меандра, сдвинутые между собой по фазе на 90 градусов.

- полученные после перемножения сигналы складывают.

Недостатком способа-прототипа является то, что при технической реализации требуется сигнал с частотой, в четыре раза превышающей несущую частоту формируемого сигнала. Действительно, формирование меандров несущей частоты, сдвинутых по фазе на 90 градусов (четверть периода), в цифровом виде с высокой точностью возможно только при использовании импульсов с периодом повторения, равным четверти периода меандров. Даже для диапазона дециметровых волн частота этих импульсов превышает 1 ГГц. При работе с такими частотами требуется элементная база с очень высоким быстродействием, что приводит к неоправданному удорожанию устройств формирования сигналов.

С другой стороны, в некоторых приложениях, например в блоках встроенного контроля приемников, не требуется формирование сигнала с низким уровнем шумов. Даже наоборот, чем больше присутствует помех, тем более качественно проверяется помехозащищенность приемника. К этим блокам предъявляются другие требования: техническая простота, малые габариты и потребляемая энергия.

В заявленном изобретении решается задача снижения требования к быстродействию элементной базы при технической реализации. Достигаемый при использовании изобретения технический результат –снижение требования к быстродействию элементной базы более чем в четыре раза за счет использования сигналов с частотами ниже несущей частоты формируемого сигнала.

Следует отметить, что в способе-прототипе все операции выполняются с двухразрядными двоичными числами один и минус один. Это приводит к излишнему усложнению технической реализации данного способа. Проще использовать одноразрядные двоичные числа ноль и один, если ввести изоморфизм -1↔1, 1↔0. В этом случае операция умножения заменяется на операцию сложения по модулю два, и последовательность действий способа-прототипа выглядит следующим образом:

- символы из поступающей двоичной информационной последовательности объединяют попарно;

- каждый символ из пары символов складывают по модулю два с соответствующей расширяющей псевдослучайной последовательностью;

- один из полученных сигналов с расширенным спектром складывают по модулю два с меандром, а второй- с меандром, задержанным на четверть периода;

- полученные сигналы складывают.

Для решения поставленной задачи в отличие от способа цифрового формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром, заключающегося в том, что символы из поступающей двоичной информационной последовательности объединяют попарно, каждый символ из пары складывают по модулю два с соответствующей расширяющей псевдослучайной последовательностью, полученные парные сигналы с расширенным спектром складывают по модулю два соответственно с двумя меандрами, один из которых задержан на четверть периода относительно другого, согласно изобретению полученные сигналы вместо последующего сложения коммутируют сигналом совпадения текущих значений парных сигналов с расширенным спектром, после чего складывают по модулю два с одним или несколькими периодическими импульсными сигналами, у которых существует комбинационная гармоника, отличающаяся от несущей частоты на величину, равную частоте меандров.

Способ цифрового формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром заключается в последовательном выполнении следующих действий:

- символы из поступающей двоичной информационной последовательности объединяют попарно;

- каждый символ из пары складывают по модулю два с соответствующей расширяющей псевдослучайной последовательностью;

- один из парных сигналов с расширенным спектром складывают по модулю два с меандром, а второй - с меандром, задержанным на четверть периода;

- полученные сигналы коммутируют сигналом совпадения текущих значений парных сигналов с расширенным спектром;

- полученный сигнал складывают по модулю два с одним или несколькими периодическими импульсными сигналами, у которых существует комбинационная гармоника, отличающаяся от несущей частоты формируемого сигнала на частоту меандра.

Покажем, что полученный сигнал представляет собой сумму сигнала аналогичному сигналу, формируемому согласно способу-прототипу, и помех. Для математического описания вернемся к первоначальному представлению сигналов в виде последовательностей один и минус один, при котором операция сложения по модулю два заменяется умножением. После коммутации сигнал имеет вид:

где:

, - парные сигналы с расширенным спектром;

, - меандры.

Первую гармонику этого сигнала можно представить в виде

где: - частота меандра.

Сформированный сигнал имеет вид

где: – дополнительные импульсные сигналы;

n - количество импульсных сигналов.

По условию существует комбинационная гармоника импульсных сигналов, отличающаяся от несущей частоты формируемого сигнала на частоту меандра. Допустим, ее частота равна (, тогда

Соответственно

Сигналы , , – помеховые составляющие, а – первая гармоника сигнала, формируемого согласно способу-прототипу.

Очевидно, что частоты импульсных сигналов могут быть выбраны меньше несущей частоты формируемого сигнала. Если частоту меандров выбрать меньше четвертой части несущей частоты, для их формирования понадобится сигнал с частотой, не превышающей несущую частоту. Таким образом, требование к быстродействию элементной базы определяется несущей частотой формируемого сигнала, а не её учетверенному значению.

Для примера, рассмотрим случай одного импульсного сигнала. Если выбрать его частоту в интервале , то его третья гармоника будет находиться в интервале частот , и для формирования меандра потребуется частота .

Пример технической реализации заявляемого способа изображен на фиг. 1. Формирователь содержит синтезатор частоты 1, делитель частоты на четыре 2, триггер 3, сумматоры по модулю два 4, 5, 10, 11, 13₁ … 13_n, генератор расширяющих ПСП 6, последовательно-параллельный преобразователь 7, схему сравнения 8, коммутатор 9, формирователь частоты 14 и делители частоты 12₁ … 12_n.

Формирователь работает следующим образом. Синтезатор частоты 1 формирует импульсный сигал с частотой импульсов в четыре раза превышающей частоту используемых меандров. Делитель частоты на четыре 2 формирует один из меандров, а триггер 3 задерживает его на четверть периода. Входная информация в последовательно-параллельном преобразователе 7 разделяется на две последовательности, которые поступают на сумматоры по модулю два 4 и 10. Генератор расширяющих ПСП 6 формирует две квазиортогональные ПСП, которые суммируются по модулю два с двоичными информационными символами в блоках 4 и 10 и поступают на схему сравнения 8, а также суммируются по модулю два с меандрами в блоках 5 и 11. Выходные сигналы сумматоров по модулю два 5 и 11 подаются на коммутатор 9, который пропускает на выход один из них в зависимости от выходного сигнала схемы сравнения 8.

Формирователь частоты 14 генерирует импульсный сигнал стабильной частоты, из которого в делителях частоты 12₁ … 12_n формируются импульсные сигналы с различными периодами повторения. Выходной сигнал коммутатора 9 суммируется по модулю два с сигналами делителей частоты 12₁ … 12_n в сумматорах по модулю два 13₁ … 13_n.

В некоторых системах связи информация передается только в одной квадратуре сигнала, а другая квадратура используется для передачи синхронизирующей псевдослучайной последовательности.

Для таких систем отличие заявленного способа состоит в том, что одну из псевдослучайных последовательностей складывают по модулю два с каждым информационным символом, а вторую складывают по модулю два с постоянным символом.

ИСТОЧНИКИ ИНФОМАЦИИ

1. Патент SU 300946A1, Н03С 3/46 опубликовано 07.04.1971.

2. В.И.Борисов и др. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью –М.: Радио и связь, 2003-641с.

3. Патент RU 2475935C1, H03C 3/00, Н04В 7/00 опубликовано 20.02.2013.

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в радиосистемах, в частности в блоках встроенного контроля приемников, использующих широкополосные фазоманипулированные сигналы. При осуществлении способа цифрового формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром сигналы формируют в цифровом виде на элементной базе с низким быстродействием. Способ состоит в том, что символы из поступающей двоичной информационной последовательности объединяют попарно. Каждый символ из пары складывают по модулю два с соответствующей расширяющей псевдослучайной последовательностью. Полученные парные сигналы с расширенным спектром складывают по модулю два соответственно с двумя меандрами, один из которых задержан на четверть периода относительно другого. Результирующие сигналы коммутируют сигналом совпадения текущих значений парных сигналов с расширенным спектром, после чего складывают по модулю два с одним или несколькими периодическими импульсными сигналами, у которых существует комбинационная гармоника, отличающаяся от несущей частоты формируемого сигнала на величину, равную частоте меандров. 1 ил.

Способ цифрового формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром, заключающийся в том, что символы из поступающей двоичной информационной последовательности объединяют попарно, каждый символ из пары складывают по модулю два с соответствующей расширяющей псевдослучайной последовательностью (ПСП), полученные парные сигналы с расширенным спектром складывают по модулю два соответственно с двумя меандрами, один из которых задержан на четверть периода относительно другого, отличающийся тем, что полученные сигналы коммутируют сигналом совпадения значений парных сигналов с расширенным спектром, после чего складывают по модулю два с одним или несколькими периодическими импульсными сигналами, у которых существует комбинационная гармоника, отличающаяся от несущей частоты формируемого сигнала на величину, равную частоте меандров.