Способ передачи информации в широкополосной системе связи Российский патент 2020 года по МПК H04B1/10 

Предлагаемый способ относится к области радиосвязи, использующей широкополосные фазоманипулированные сигналы на основе псевдослучайных последовательностей (ПСП). Способ может найти применение в системах радиосвязи, использующих подобные сигналы.

Общие принципы формирования и обработки широкополосных сигналов (ШПС) и их применение в системах радиосвязи неоднократно описаны в литературе, например, в [1, стр. 341-354], [2, стр. 25-33, 49-65]. Способы передачи [1, 2] по принципам формирования ШПС и алгоритму работы аналогичны заявляемому. Недостатком способов [1, 2] является относительно низкая скорость передачи информации для системы связи, функционирующей в конфликтной среде приема-передачи и обеспечивающей заданный уровень помехозащищенности.

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

Способ передачи заключается в следующем.

На передающей стороне формируют сигналы несущей и тактовой частот, из сигнала тактовой частоты формируют три двоичные псевдослучайные последовательности, сфазированные между собой: синхронизирующую, информационную и дополнительную; причем информационная и дополнительная последовательности квазиортогональны, а синхронизирующая последовательность может совпадать с информационной, длины последовательностей одинаковы или длины информационной и дополнительной последовательности могут составлять целую часть результата деления длины синхронизирующей последовательности на целое число; причем информационную последовательность кодируют информацией, передаваемой за время, равное периоду ее повторения путем циклического сдвига относительно синхронизирующей или дополнительной последовательности на целое число тактов, определяемое передаваемым символом информации, и сложением по модулю два с дополнительным битом информации, кодированную последовательность складывают по модулю два с дополнительной последовательностью и манипулируют по фазе сигнал несущей частоты, сдвинутый по фазе на 90 градусов, который складывают с сигналом несущей частоты, манипулированный по фазе синхронизирующей последовательностью,

полученный сигнал усиливают и передают по каналу связи;

на приемной стороне входной сигнал усиливают и преобразовывают по частоте, формируют сигнал тактовой частоты, из которого формируют сфазированнные между собой двоичные псевдослучайные последовательности: синхронизирующую, информационную и дополнительную; синхронизирующую последовательность фазируют с принимаемым сигналом, дополнительной последовательностью демодулируют усиленный и преобразованный по частоте входной сигнал, после чего определяют циклический сдвиг информационной последовательности и наличие инверсии, по которым определяют принятый символ информации и его дополнительный бит.

Недостатком способа-прототипа является фиксированный объем передачи информации, который определяется числом циклических сдвигов информационной ПСП, то есть количеством элементов информационной ПСП. Скорость передачи информации способа-прототипа составляет

, (1)

где F – тактовая частота, N – количество элементов информационной ПСП.

Для увеличения скорости передачи информации в X раз без расширения полосы частот сигнала необходимо во столько же раз (в X раз) уменьшить количество элементов N, то есть уменьшить длительность одного периода информационной ПСП, что приведет к уменьшению энергии сигнала в X раз. Для Х=2 уменьшение энергии в 2 раза приведет к снижению помехозащищенности на 3 дБ.

В заявляемом изобретении решается задача повышения скорости передачи информации при незначительном снижении помехозащищенности.

Для решения поставленной задачи в способе передачи, заключающемся в том, что на передающей стороне формируют сигналы несущей и тактовой частот, из сигнала тактовой частоты формируют три квазиортогональные двоичные псевдослучайные последовательности: синхропоследовательность (СП), информационную (ИП) и дополнительную (ДП) последовательности, сфазированные между собой; формируют модулированную последовательность путем циклического сдвига ИП относительно СП на количество элементов, определяемое передаваемым информационным символом, и сложения по модулю два с дополнительным битом информации и ДП, кроме того, последовательностью СП манипулируют по фазе сигнал несущей частоты и складывают с манипулированном по фазе сигналом несущей частоты, сдвинутым по фазе на 90 градусов,

полученный сигнал усиливают и передают по каналу связи;

на приемной стороне входной сигнал усиливают, преобразуют по частоте, формируют сигнал тактовой частоты, из которого формируют три сфазированные между собой последовательности СП, ИП и ДП, осуществляют фазирование СП с принимаемым сигналом, а преобразованный входной сигнал манипулируют по фазе ДП,

согласно изобретению , на передающей стороне из сигнала тактовой частоты формируют вспомогательную последовательность (ВП), сфазированную с СП, которую циклически сдвигают относительно СП на количество элементов, определяемое передаваемым дополнительном символом информации, и складывают по модулю два с модулированной последовательностью, затем полученной последовательностью манипулируют по фазе сигнал несущей частоты, сдвинутый на по фазе 90 градусов,

на приемной стороне из сигнала тактовой частоты формируют ВП, сфазированную с СП, вычисляют взаимные корреляции сигнала, манипулированного по фазе ДП, с последовательностями, образованными сложением по модулю два циклически сдвинутых ИП и ВП, для всех возможных их сдвигов, выбирают максимальное по абсолютной величине значение взаимной корреляции, по которому определяют значение циклических сдвигов ИП и ВП, по этим значениям определяют передаваемые символы информации, а по знаку максимального по абсолютной величине значения взаимной корреляции определяют дополнительный бит информации.

В качестве предпочтительного варианта исполнения информационная, дополнительная и вспомогательная последовательности образуют большую систему Касами. В этом случае обеспечивается практически минимальное значение коэффициентов взаимной корреляции сигналов, соответствующих различным предаваемым информационным символам [2, стр.121].

В качестве предпочтительного варианта исполнения, синхронизирующая и информационная последовательность совпадают.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

На передающей стороне формируют сигналы несущей и тактовой частот, из сигнала тактовой частоты формируют три квазиортогональные двоичные псевдослучайные последовательности: синхропоследовательность (СП), информационную (ИП), дополнительную (ДП) последовательности, сфазированные между собой, формируют модулированную последовательность путем циклического сдвига ИП относительно СП на количество элементов, определяемое передаваемым информационным символом, и сложения по модулю два с дополнительным битом информации и ДП,

кроме того, формируют вспомогательную последовательность (ВП), сфазированную с СП, которую циклически сдвигают относительно СП на количество элементов, определяемое передаваемым дополнительном символом информации,

затем полученную ВП складывают по модулю два с модулированной последовательностью, полученной последовательностью манипулируют по фазе сигнал несущей частоты, сдвинутый на по фазе 90 градусов, и складывают с манипулированным по фазе СП сигналом несущей частоты;

полученный сигнал усиливают и передают по каналу связи;

на приемной стороне входной сигнал усиливают, преобразуют по частоте, формируют сигнал тактовой частоты, из которого формируют четыре сфазированные между собой последовательности СП, ИП, ДП и ВП, осуществляют фазирование СП с принимаемым сигналом, а усиленный и преобразованный по частоте входной сигнал манипулируют по фазе ДП,

вычисляют взаимные корреляции сигнала, манипулированного по фазе ДП, с последовательностями, образованными сложением по модулю два циклически сдвинутых ИП и ВП, для всех возможных их сдвигов, выбирают максимальное по абсолютной величине значение взаимной корреляции, по которому определяют значение циклических сдвигов ИП и ВП, по этим значениям определяют передаваемые символы информации, а по знаку максимального по абсолютной величине значения взаимной корреляции определяют дополнительный бит информации.

Преимущества заявленного способа поясняются следующими расчетами.

Для изобретения скорость передачи информации составляет

, (2)

то есть увеличилась почти в 2 раза по сравнению с (1).

При этом вероятность ошибки составляет

, (3)

, (4)

где q – отношение сигнал/шум, Ф(q) – интеграл ошибки.

Для способа-прототипа вероятность ошибки [3] составляет

. (5)

Для примера проведем расчет для N = 100 и Рош1 = Рош2 = 10^-5. Из (3) и (5) получим q1 ≈ 6,0, q2 ≈ 5,2. Вычислим потери помехозащищенности:

. (6)

Потери помехозащищенности составляют 1,2 дБ.

Таким образом, способ позволяет повысить скорость передачи информации при незначительном снижении помехозащищенности.

Источники информации

1. Пестряков В.Б., Афанасьев В.П., Гурвиц В.Л. и др. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. М.: Сов. радио, 1973. – 424 с.

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

3. Патент РФ №2691384. Способ передачи информации широкополосными сигналами / А.Н. Асосков, Ю.В. Левченко, И.Н. Малышева, Ю.А. Плахотнюк (RU); заявитель(и) и патентообладатель(и) АО «Концерн «Созвездие». Заявка 2018126983, 23.07.2018, опубл. 13.06.19. Бюл. №17.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат – повышение скорости передачи информации. На передающей стороне формируют сигналы несущей и тактовой частот, из сигнала тактовой частоты формируют три квазиортогональные двоичные псевдослучайные последовательности: синхропоследовательность (СП), информационную (ИП), дополнительную (ДП) последовательности. Формируют вспомогательную последовательность (ВП), сфазированную с СП. На приемной стороне формируют сигнал тактовой частоты, из которого формируют четыре сфазированные между собой последовательности СП, ИП, ДП и ВП, выбирают максимальное по абсолютной величине значение взаимной корреляции, по которому определяют значение циклических сдвигов ИП и ВП, по этим значениям определяют передаваемые символы информации, а по знаку максимального по абсолютной величине значения взаимной корреляции определяют дополнительный бит информации. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ передачи информации в широкополосной системе связи, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют сигналы несущей и тактовой частот, из сигнала тактовой частоты формируют три квазиортогональные двоичные псевдослучайные последовательности: синхропоследовательность (СП), информационную (ИП) и дополнительную (ДП) последовательности, сфазированные между собой; формируют модулированную последовательность путем циклического сдвига ИП относительно СП на количество элементов, определяемое передаваемым информационным символом, и сложения по модулю два с дополнительным битом информации и ДП, кроме того, последовательностью СП манипулируют по фазе сигнал несущей частоты и складывают с манипулированном по фазе сигналом несущей частоты, сдвинутым по фазе на 90 градусов;

полученный сигнал усиливают и передают по каналу связи;

на приемной стороне входной сигнал усиливают, преобразуют по частоте, формируют сигнал тактовой частоты, из которого формируют три сфазированные между собой последовательности СП, ИП и ДП, осуществляют фазирование СП с принимаемым сигналом, а входной сигнал манипулируют по фазе ДП,

отличающийся тем, что на передающей стороне из сигнала тактовой частоты формируют вспомогательную последовательность (ВП), сфазированную с СП, которую циклически сдвигают относительно СП на количество элементов, определяемое передаваемым дополнительном символом информации, и складывают по модулю два с модулированной последовательностью, затем полученной последовательностью манипулируют по фазе сигнал несущей частоты, сдвинутый по фазе на 90 градусов;

на приемной стороне из сигнала тактовой частоты формируют ВП, сфазированную с СП, вычисляют взаимные корреляции сигнала, манипулированные по фазе ДП, с последовательностями, образованными сложением по модулю два циклически сдвинутых ИП и ВП, для всех возможных их сдвигов, выбирают максимальное по абсолютной величине значение взаимной корреляции, по которому определяют значение циклических сдвигов ИП и ВП, по этим значениям определяют передаваемые символы информации, а по знаку максимального по абсолютной величине значения взаимной корреляции определяют дополнительный бит информации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ИП, ДП и ВП выбирают так, чтобы они образовывали большую систему Касами.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что СП и ИП одинаковы.