Способ мультипараметрического кодирования информации, передаваемой с помощью сверхширокополосных импульсов Российский патент 2020 года по МПК H04B1/717 

Изобретение относится к теории информации и предназначено для кодирования битовой информации при помощи логических нулей либо единиц в процессе ее передачи последовательностью сверхширокополосных (СШП) гауссовых импульсов.

Известен способ выделения закодированной информации для СШП систем скрытой связи с высокой скоростью передачи данных [1]. Способ заключается в том, что с помощью источника передачи сообщений (объект X) из первой точки пространства излучают в свободное пространство синхронизирующий сверхширокополосный сигнал (ССШПС), который формируют из последовательности сверхширокополосных импульсов (СШПИ) с наносекундной длительностью τ и периодом следования Т. Параметры ССШПС известны во второй точке пространства на пункте приема сообщений (объект Y). Объектом Y во второй точке пространства осуществляют прием ССШПС.

Для этого во временном интервале (временном окне) длительностью Δt, причем τ≤Δt≤(T-r), объект Y осуществляет обнаружение СШПИ. Временное окно формируют через интервал времени t_k=T+k⋅Δt, где k - целые числа 1,2,3, …. После обнаружения СШПИ относительно начала временного окна определяют положение максимума СШПИ. К временному положению максимума СШПИ t_{махСШПИ} прибавляют и принимают полученное значение за центр положения временного окна длительностью Δt, а начало временного окна используют для определения момента начала синхронизации Последующие временные окна формируют относительно t_нач с периодом Т. В результате каждый последующий СШПИ ССШПС будет находиться во временном окне. После установления факта наличия СШПИ во временном окне объектом Y в свободное пространство излучается ССШПС, сигнализирующий о готовности объекта Y к синхронному приему. Параметры ССШПС известны объекту X. Объектом X осуществляется прием излученного объектом Y ССШПС, после чего объект X начинает излучать в свободное пространство информационный сверхширокополосный сигнал (ИСШПС). Информационный сверхширокополосный сигнал формируют из кодовой последовательности СШПИ. При этом кодирование логической «единицы» (фиг. 1) осуществляется передачей СШПИ относительно начала каждого периода в момент времени а кодирование логического «нуля» - в момент времени Параметры ИСШПС должны быть известны объекту Y. При этом в каждом из временных интервалов Т, передается СШПИ, соответствующий логической «единице» или «нулю».

Во второй точке пространства объектом Y осуществляют прием ИСШПС. Во временном окне длительностью Δt, обеспечивающем прием одного СШПИ, осуществляют обнаружение СШПИ ИСШПС. При этом центр формируемого объектом Y временного окна соответствует моментам времени равным t_нач+Tk. Принятый ИСШПС усиливают и передают через делитель в два параллельных канала. Один из каналов, именуемый сигнальным каналом, используют для выделения полезной информации, а дополнительный канал используют для оценки уровня внешних шумов и сигналов, переотраженных от препятствий. Определяют среднеквадратическое значение U_cp сигнала в дополнительном канале. Выбирают пороговое значение U_пор сигнала выше U_ср на величину, обеспечивающую требуемую вероятность ошибки на бит информации. Сравнивают уровень сигналов в сигнальном канале с уровнем порога U_пор. При превышении сигналом порогового уровня U_пор принимают решение о наличии СШПИ ИСШПС и определяют положение его максимума относительно центра временного окна. Принимают решение о наличии в данный момент времени логического «нуля» либо «единицы». Из совокупности логических «нулей» и «единиц» составляют цифровую последовательность, которую используют для выделения закодированной информации.

При отсутствии СШПИ ИСШПС во временном окне Δt (из-за смещения окна вследствие нестабильности работы системы синхронизации) прием объектом Y прекращается, и осуществляется повторное вхождение в синхронную работу с объектом X.

Сущность кодирования битовой информации в данном способе заключается во временном расположении СШПИ относительно их периода следования.

Недостатком данного способа кодирования битовой информации является низкая достоверность выделения логических «нулей» и «единиц», которая будет определятся всего одним параметром обнаружения СШПИ, а именно среднеквадратическим значением U_ср сигнала во временном окне Δt.

Известен способ выделения закодированной информации, передаваемой потребителю с помощью СШП импульсов [2]. Способ заключается в том, что с помощью источника передачи сообщений (объект X) из первой точки пространства излучают в свободное пространство сложный сигнал, состоящий из сверхширокополосного сигнала (СШПС) и гармонического сигнала. Гармонический сигнал представляет собой радиоимпульс (РИ) длительностью τ_ри на несущей частоте ƒ. Гармонический сигнал следует с периодом повторения Т. Сверхширокополосный сигнал формируют из последовательности СШПИ наносекундной длительности τ, причем кодирование логического «нуля» и «единицы» осуществляется временным положением каждого СШПИ относительно центра РИ (фиг. 2). Несущая частота РИ ƒ гармонического сигнала располагается в частотном диапазоне ниже полосы частот, занимаемой спектром СШПС. Например несущая частота РИ ƒ=kГц, а внутри импульсная частотная модуляция СШПС ƒ_СШПС=МГц. При этом кодирование логической «единицы» осуществляется передачей СШП импульсов относительно центра РИ с задержкой на а кодирование логического «нуля» - с задержкой на (фиг. 2). Во второй точке пространства осуществляют прием передаваемого сложного сигнала на пункте приема сообщений (объект Y). Параметры СШПС и параметры гармонического сигнала должны быть известны объекту Y. Процесс передачи сложного сигнала объектом X объекту Y происходит до тех пор, пока с объекта Y объекту X не поступит СШПС, несущий информацию о выделении передаваемого сообщения и готовности принимать следующее.

С помощью узкополосного фильтра объекта Y выделяют принятый от объекта X гармонический сигнал, а с помощью полосового фильтра выделяют СШПС. Усиливают принятый гармонический сигнал и подвергают согласованной обработке. Определяют временное положение первого максимума амплитуды гармонического сигнала. Усиливают принятый СШПС. Передают усиленный СШПС сигнал через делитель в два параллельных канала. Один из каналов, именуемый сигнальным каналом, используют для выделения полезной информации, а дополнительный канал используют для оценки уровня внешних шумов и сигналов, переотраженных от препятствий.

Для приема СШПС в сигнальном канале формируют временные интервалы (временные окна) длительностью Δt_ок=2⋅τ, центры которых совпадают с центрами РИ после согласованной обработки. Определяют среднеквадратическое значение сигнала в дополнительном канале. Выбирают уровень порогового сигнала U_пор ниже U_ср на величину, обеспечивающую требуемую вероятность ошибки на бит информации. Сравнивают уровень сигналов в сигнальном канале с уровнем порога U_пор. При превышении сигналом во временном окне порогового уровня U_пор принимают решение о наличии СШПИ СШПС и фиксируют его временное положение относительно центра временного окна. При обнаружении СШПИ СШПС в первой половине временного окна принимают решение о передаче логического «нуля», а при обнаружении СШПИ СШПС во второй половине окна принимают решение о передаче логической «единицы». Из совокупности логических «нулей» и «единиц» составляют цифровую последовательность, которую используют для выделения закодированной информации. После выделения информации из СШПС объектом Y осуществляется повторный прием и выделение информации из сложного сигнала известного на стороне приема (объект X), до тех пор пока выделенная информация не совпадет дважды. К примеру при совпадении выделенной информации из первого СШПС с выделенной информацией из принятого сложного сигнала во второй раз объектом Y осуществляется передача объекту X сложного сигнала, сигнализирующего о готовности к синхронному приему информации объектом Y. После этого объектом X осуществляется передача объекту Y СШПС, несущего полезную информацию объекту Y о выделенной информации.

Сущность кодирования битовой информации в данном способе заключается во временном расположении СШПИ относительно центра радиоимпульса.

Недостатком данного способа кодирования битовой информации является низкая достоверность выделения логических «нулей» и «единиц», которая будет определятся всего одним параметром обнаружения СШПИ, а именно средним значением U_ср сигнала во временном окне Δt_ок.

Задачей изобретения является повышение достоверности правильного выделения логических «нулей» и «единиц» в кодовой последовательности сверхширокополосных импульсов (КПСШПИ) за счет мультипараметрического кодирования битовой информации.

Идея мультипараметрического кодирования битовой информации, позволяющего повысить достоверность выделения логических «нулей» и «единиц» из кодограммы (под которой понимается КПСШПИ), заключается в использовании для кодирования четырех параметров СШПИ:

амплитуды;

фазы;

временного взаимного расположения;

положения спектра на оси частот.

Для этого предлагается:

вместо одиночных СШПИ, кодирующих своим положением во временном окне обнаружения логический «нуль» и «единицу», как в способах [1] и [2], предлагается использовать пару одинаковых СШПИ, причем для кодирования логического «нуля» используют СШПИ, спектр которых расположен ниже по оси частот относительно спектра СШПИ, кодирующих логическую «единицу».

Кроме того амплитуду СШПИ, кодирующих логический «нуль» предлагается использовать в два раза меньше амплитуды СШПИ, кодирующих логическую «единицу»;

длительность временных задержек между каждой парой СШПИ, кодирующих логический «нуль», должна быть в два раза меньше длительности временных задержек между каждой парой СШПИ, кодирующих логическую «единицу».

Фазу СШПИ, кодирующих логический «нуль», предлагается делать отличной (иной) и отрицательной относительно фазы СШПИ, кодирующих логическую «единицу».

В результате в КПСШПИ вся битовая информация будет закодирована четырьмя параметрами СШПИ, а именно - их спектральным диапазоном, амплитудой, длительностью временных задержек между СШПИ и их фазой.

Выделение четырех параметров СШПИ, кодирующих логический «нуль» и «единицу», предлагается производить на основе алгоритмов корреляционного анализа и преобразования Фурье после пороговой обработки и синхронизации моментов приема и передачи КПСШПИ.

Под источником передачи сообщений предлагается использовать первый приемопередатчик, называемый в дальнейшем объектом X. Под пунктом приема сообщений второй приемопередатчик, называемый в дальнейшем объектом Y.

Предлагаемый способ состоит в следующем:

с помощью приемопередатчика сообщений (объект X) из первой точки пространства излучают в свободное пространство сложный сигнал, состоящий из КПСШПИ и гармонического сигнала. Гармонический сигнал представляет собой радиоимпульс (РИ) длительностью τ_ри на несущей частоте ƒ. Гармонический сигнал следует с периодом повторения Т. Несущую частоту РИ ƒ гармонического сигнала выбирают в частотном диапазоне ниже полосы частот, занимаемой спектром СШПИ, кодирующих логический «нуль» и «единицу» в КПСШПИ. Во второй точке пространства, в аналогичном приемопередатчике, осуществляют прием передаваемого гармонического сигнала (объект Y). Параметры КПСШПИ и параметры гармонического сигнала должны быть известны объекту Y.

В качестве СШПИ предлагается использовать импульсы, описываемые производными Гауссовой функции (фиг. 3-4):

где А - амплитуда импульса;

G - номер производной Гауссовой функции;

а - величина, характеризующая половину длительности импульса на уровне ±0,707 от его нормированной амплитуды.

С помощью узкополосного фильтра объекта Y выделяют принятый от объекта X гармонический сигнал, а с помощью полосового фильтра выделяют КПСШПИ. Усиливают принятый гармонический сигнал и подвергают его согласованной обработке. Определяют временное положение первого максимума амплитуды сжатого в согласованном фильтре гармонического сигнала. Усиливают принятую КПСШПИ. Передают усиленную КПСШПИ через делитель в два параллельных канала. Один из каналов, именуемый сигнальным каналом, используют для выделения полезной информации, а дополнительный канал используют для оценки уровня внешних шумов и сигналов, переотраженных от препятствий. Передачу сложного сигнала предполагается вести до тех пор, пока от объекта Y не поступит контрольный сигнал, известный объекту X и сигнализирующий об установлении факта приема всей совокупности кодограммы.

Для кодирования логического «нуля» предложено использовать сверхширокополосные импульсы, описываемые первой производной Гауссовой функции (СШПИ1ГФ), а для кодирования логической «единицы» - сверхширокополосные импульсы, описываемые пятой производной Гауссовой функции (СШПИ5ГФ).

Для разрешения СШПИ по полосе частот предложено использовать СШПИ1ГФ длительностью τ, а для СШПИ5ГФ - длительностью

В результате полоса частот СШПИ1ГФ, кодирующего логический «нуль» Δƒ₀, и полоса частот СШПИ5ГФ, кодирующего логическую «единицу» Δƒ₁ (фиг. 5, 6).

Для СШПИ1ГФ, кодирующего логический «нуль», начальную фазу ϕ₀ предложено считать отрицательной, а для СШПИ5ГФ, кодирующего логическую «единицу» ϕ₁ предложено считать положительной.

Отличие СШПИ1ГФ от СШПИ5ГФ по амплитуде составит А. Поэтому для СШПИ1ГФ, кодирующего логический «нуль», амплитуду предложено принять равной А, а для СШПИ5ГФ, кодирующего логическую «единицу» амплитуду предложено принять равной 2А.

Для повышения достоверности передаваемой информации при кодировании логических «нуля» и «единицы» предложено использование дополнительного одноименного сверхширокополосного импульса с временем запаздывания t_з0=T_и/2 при кодировании логического «нуля» и при кодировании логической «единицы», где Т_и=2τ - длительность одного информационного бита, закодированного логическим «нулем» или «единицей» (фиг. 7).

Основные признаки, повышающие достоверность принятого логического «нуля» и «единицы», представлены в таблице 1.

Выделение информации предлагается производить в электронно-вычислительной машине (ЭВМ) объектом Y. При этом параметры СШПИ, кодирующих логический «нуль» и «единицу», предложено вычислять на основе алгоритмов корреляционного анализа и преобразований Фурье. Синхронизация, используемая для определения начала отсчета, может быть организована как в способе [2].

Операции, выражающие существо предлагаемого способа мультипараметричесого кодирования и выделения информации, могут быть описаны следующей совокупностью последовательных действий:

1) кодирование информации при помощи СШПИ1ГФ и СШПИ5ГФ, по специальному правилу для получения кодограммы;

2) излучение гармонического сигнала из первой точки пространства объектом X;

3) прием во второй точке пространства гармонического сигнала объектом Y;

4) передача объектом Y объекту X контрольного сигнала, свидетельствующего о готовности объекта Y к приему кодограммы;

5) излучение кодограммы из первой точки пространства объектом X;

6) прием во второй точке пространства кодограммы объектом Y;

7) усиление каждого из импульсов принятой кодограммы;

8) фильтрация принимаемой кодограммы;

9) оцифровка аналого-цифровым преобразователем (АЦП) каждого импульса кодограммы;

10) передача информации с АЦП в ЭВМ;

11) разделение при помощи ЭВМ принятой цифровой информации на массивы данных, каждый из которых соответствует временному интервалу Δ, включающему два смежных оцифрованных СШПИ одинаковой формы, причем смежные интервалы Δ не пересекаются;

12) выделение информационных признаков СШПИ, кодирующих логические «нули» и «единицы», на основе алгоритмов корреляционного анализа и преобразования Фурье из каждого временного интервала Δ;

13) составление из совокупности выделенных логических нулей и единиц цифровой последовательности, которую используют в качестве выделенной информации;

14) передача объектом Y объекту X контрольного сигнала, свидетельствующего о готовности объекта Y к приему следующей кодограммы. Последняя операция востребована тем, что передача каждой из кодограмм, состоящих из логических «нулей» и «единиц», будет вестись с периодом равным длительности кодограммы. Передачу предполагается вести до тех пор, пока от объекта Y не поступит контрольный сигнал, известный объекту X, сигнализирующий об установлении факта приема всей совокупности кодограммы.

Кодирование битовой информации заключается в использовании в качестве основных носителей СШПИ длительностью не менее 5 наносекунд.

В результате каждый бит информации кодируется двумя СШПИ, описываемыми первой или пятой производными Гауссовой функции. При этом набор нескольких бит информации будет представлять собой некоторое сообщение, именуемое кодограммой.

Для передачи полезного сообщения предлагаемым способом с помощью источника передачи сообщений (объект X) из первой точки пространства необходимо излучить в свободное пространство гармонический сигнал. Гармонический сигнал представляет собой радиоимпульс (РИ) длительностью τ_ри на несущей частоте ƒ. Гармонический сигнал следует с периодом повторения Т. Несущая частота РИ ƒ гармонического сигнала находится в частотном диапазоне ниже полосы частот, занимаемой спектром СШПИ, кодирующих логический «нуль» и «единицу». Во второй точке пространства осуществляют прием передаваемого гармонического сигнала на пункте приема сообщений (объект Y). Параметры КПСШПИ и параметры гармонического сигнала должны быть известны объекту Y.

С помощью узкополосного фильтра на объекте Y выделяют принятый гармонический сигнал. Усиливают принятый гармонический сигнал. Определяют временное положение первого максимума амплитуды гармонического сигнала, после чего с объекта Y на объект X передают гармонический сигнал, сигнализирующий о готовности к принятию КПСШПИ, кодирующих логические «нули» и «единицы».

После синхронизации объекта X и объекта Y [2] осуществляется прием кодограммы объектом Y и ее усиление, после чего КПСШПИ предлагается оцифровать при помощи АЦП с частотой дискретизации не менее 2 ГГц. К примеру, возможно использование такого АЦП как ADS10×2G/1 с частотой дискретизации 2000 [МГц].

Получившийся в результате набор данных, описывающий оцифрованный сигнал, поступает в ЭВМ, где по мере поступления данных с АЦП осуществляют формирование генерального массива данных D, из элементов которого формируют смежных Z пробных массивов. Каждый вновь сформированный пробный z-й массив записывается в память ЭВМ и включает в себя значения оцифрованной последовательности сверхширокополосных импульсов, ограниченной временным интервалом длительностью Δ. Причем величина Δ, соответствующая z-му пробному интервалу Δ_z, и равна Т_и (фиг. 8).

Каждый z-й пробный массив включает по N отсчетов, извлекаемых из генерального массива D, причем число элементов N в пробном массиве должно быть четным и определяется по формуле

где F_д - частота дискретизации АЦП.

Первый пробный массив формируют из элементов массива D с номерами с 1-го по N-й, второй пробный массив формируют из элементов массива D с номерами со N+1-го по (2⋅N)-й, третий пробный массив формируют из элементов массива D с номерами с 2⋅N+1-го по (3⋅N)-й, а Z-й пробный массив формируют из элементов массива D с номерами с Z⋅N-го+1 по (Z+1)⋅N-й (фиг 8). К примеру, если генеральный массив D содержит 512 элементов, а N равно 48, тогда первый пробный массив будет включать в себя элементы генерального массива D с первого по 48-й, второй пробный массив будет включать в себя элементы генерального массива D со 49-го по 96-й, третий пробный массив будет включать в себя элементы генерального массива D с 97-го по 144-й и т.д.

В дальнейшем каждый z-й пробный массив Δ_z копируется и записывается в память ЭВМ в виде двух проверочных массивов U0z_n и U1z_n (фиг. 9), где n=1…N, каждый из которых делится пополам, образуя два проверочных подмассива U0z0_j, U0z1_j и U1z0_j, U1z1_j, где j=1…N/2. (фиг. 10).

Выделение фазового признака, кодирующего логический «нуль» или «единицу», в пробном массиве Δ_z предложено производить по следующему правилу: создаются суммарные массивы, в которых происходит поэлементное складывание проверочных подмассивов Uϕz0_j=U0z0_j+U0z1_j и (фиг. 11), каждый из которых подвергается корреляционной обработке по формулам:

где - массив данных, в который записаны значения амплитуды оцифрованного сверхширокополосного импульса, описываемого первой производной Гауссовой функции; - массив данных в который записаны значения амплитуды оцифрованного сверхширокополосного импульса описываемого пятой производной Гауссовой функции, w=1…N/2.

В последующем используют заранее рассчитанное максимальное значение амплитуды отклика в массивах K0z(1)_w, K0z(5)_w, K1z(1)_w, K1z(5)_w при отсутствии помех, записанное в ЭВМ. Умножают полученное максимальное значение на 0,7 и принимают результат в качестве порогового значения θ_{пор ϕ} для каждого массива K0z(1)_w, K0z(5)_w, K1z(1)_w, K1z(5)_w. Сравнивают величину θ_{пор ϕ} c каждым элементом массивов K0z(1)_w, K0z(5)_w, K1z(1)_w, K1z(5)_w. При превышении порога θ_{пор ϕ} значениями одного из массивов K0z(1)_w, K0z(5)_w, K1z(1)_w, K1z(5)_w на интервале и отсутствии превышения на интервале принимают решение об отрицательной фазе СШПИ и наличии логического «нуля» в пробном интервале Δ_z. При превышении порога θ_{пор ϕ} значенями одного из массивов K0z(1)_w, K0z(5)_w, K1z(1)_w, K1z(5)_w на интервале и отсутствии на интервале принимают решение о положительной начальной фазе СШПИ и наличии логической «единицы» в пробном интервале Δ_z (фиг. 12). При не выполнении одного из условий превышении порога θ_{пор ϕ} значениями массивов K0z(1)_w, K0z(5)_w, K1z(1)_w, K1z(5)_w на интервале и решение о наличии логической «единицы» или «нуля» в пробном интервале Δ_z соответствующего данному признаку не принимается.

Выделение амплитудного признака, кодирующего логический «нуль» или «единицу», в пробном интервале Δ_z предложено производить по следующему правилу: используют заранее полученное максимальное значение амплитуды отклика в массивах Uϕz0_j и Uϕz1_j при отсутствии помех, записанное в ЭВМ. Умножают полученное максимальное значение на 0,7 и принимают результат в качестве порогового значения θ_{пор А} для каждого массива Uϕz0_j и Uϕz1_j. Создают дополнительный порог 0_{пор 2А}=2⋅θ_{пор А}. Сравнивают величину θ_{пор А} и θ_{пор 2А} с каждым элементом массивов Uϕz0_j и Uϕz1_j. При превышении порога θ_{пор А} значениями одного из массивов Uϕz0_j или Uϕz1_j на интервале и отсутствии превышения порога θ_{пор 2А} принимают решение о амплитуде СШПИ А и наличии логического «нуля» в пробном интервале Δ_z. При одновременном превышении порогов θ_{пор А} и θ_{пор 2А} значениями одного из массивов Uϕz0_j или Uϕz1_j на интервале принимают решение о наличии логической «единицы» в пробном интервале Δ_z (фиг. 13). При не выполнении условий превышении порогов θ_{пор А} и θ_{пор 2А} значениями массивов Uϕz0_j и Uϕz1_j на интервале и решение о наличии логической «единицы» или «нуля» в пробном интервале Δ_z соответствующего данному признаку не принимается.

Выделение признака, соответствующего временной задержке, кодирующего логический «нуль» или «единицу» в пробном интервале Δ_z предлагается производить по следующему правилу (фиг. 14): массив U0z_n подвергают корреляционной обработке по формулам:

где - массив данных в который записаны значения амплитуды оцифрованного сверхширокополосного импульса описываемого первой производной Гауссовой функции; - массив данных в который записаны значения амплитуды оцифрованного сверхширокополосного импульса описываемого пятой производной Гауссовой функции, a k=1…N.

В последующем используют заранее полученное максимальное значение амплитуды отклика в массиве U0z_n при отсутствии помех, записанное в ЭВМ. Умножают полученное максимальное значение на 0,7 и принимают результат в качестве порогового значения θ_{пор tз}. Сравнивают величину θ_{пор tз} с значениями массива U0z_n. При превышении порога θ_{пор tз} значениями массива U0z_n на интервале и и отсутствии превышения в массиве U0z_n на интервале и принимают решение о временной задержке t_з0 и наличии логического «нуля» в пробном интервале Δ_z. При превышении порога θ_{пор tз} значениями массива U0z_n на интервале и и отсутствии превышения в массиве U0z_n на интервале и принимают решение о временной задержке t_з1 и наличии логической «единицы» в пробном интервале Δ_z. При не выполнении одного из условий превышении порога θ_{пор tз} значениями массива U0z_n на интервале , и , решение о наличии логической «единицы» или «нуля» в пробном интервале Δ_z соответствующего данному признаку не принимается.

Выделения признака, соответствующего полосам частот СШПИ кодирующих логический «нуль» или «единицу» в пробном интервале Δ_z, предложено производить по следующему правилу: массив U0z_n подвергают дискретному прямому преобразованию Фурье [3] с использованием формулы

где n - номер отчета во временной области, m - номер отчета в частотной области m=1…N; S_m - значение амплитуды m-го отсчета спектра оцифрованного сигнала для массива U0z_n.

В последующем используют заранее полученное максимальное значение амплитуды отклика в массиве S_m при отсутствии помех, записанное в ЭВМ. Умножают полученное максимальное значение на 0,7 и принимают результат в качестве порогового значения θ_{пор Δf}.

Сравнивают величину θ_{пор Δf} с значениями массива S_m. При превышении порога θ_{пор Δf} значениями массива S_m на интервале и отсутствии превышения порога на интервале принимают решение о наличии сигнала в полосе частот Δƒ₀ (СШПИ1ГФ), кодирующего логический «нуль» в пробном интервале Δ_z. При превышении порога θ_{пор Δf} значениями массива S_m на интервале и отсутствии превышения порога на интервале принимают решение о наличии сигнала в полосе частот Δƒ₁ (СШПИ5ГФ), кодирующего логическую «единицу» в пробном интервале Δ_z (фиг. 15). При не выполнении одного из условий превышении порога θ_{пор Δf} значениями массива S_m на интервале и решение о наличии логической «единицы» или «нуля» в пробном интервале Δ_z соответствующего данному признаку не принимается.

Выделенная информация о логическом «нуле» и «единице» в соответствии с признаком записывается в таблицу 2 для каждого пробного массива Δ_z. При наличии любых двух или трех из четырех информационных признаков о передаче закодированного логического «нуля» или «единицы» принимается решение о наличии логического «нуля» или «единицы».

Считают, что выделенная информация из первого пробного интервала Δ₁ соответствует первому биту информации принятой кодограммы. Информация из второго пробного интервала Δ₂ соответствует второму биту информации принятой кодограммы, а информация из z-го пробного интервала - z-му биту информации принятой кодограммы. В последующем создают результирующий массив, представляющий собой расшифрованную кодограмму. В его элементы записывают последовательно, начиная с первого пробного интервала и заканчивая Z-м пробным интервалом, выделенную информацию из каждого z-го пробного интервала. При отсутствии превышения порога θ_{пор tз} в массиве U0z_n принимают решение об окончании приема кодограммы, после чего с объекта Y на объект X посылают удовлетворяющий сигнал, свидетельствующий о готовности объекта Y к приему следующей кодограммы.

Сущность способа, а именно сущность процесса мультипараметрического кодирования и выделения информации, позволяющая повысить достоверность передаваемой информации, заключается в следующем.

В известных способах [1-2] при кодировании информации временным положением СШП импульсов относительно их периода следования для выделения информации необходимо точно определить временное положение начала каждого периода, чтобы в последующем относительно него оценивать временное положение СШП импульсов. Для повышения достоверности выделения информации предлагается изменить способ кодирования информации так, чтобы передача логического «нуля» или логической «единицы» проверялось по четырем признакам.

В результате, информация будет продублирована амплитудой, временной задержкой, начальной фазой и полосой частот излучаемых СШПИ. А выделение информации предлагается производить в ЭВМ, анализируя принимаемое сообщение в цифровом виде.

Предложенный способ легко реализуем, и сохраняет свою работоспособность при отношении сигнал/шум не менее 9 дБ (фиг. 16). Он может быть рекомендован для использования в цифровых сверхширокополосных системах передачи данных.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Immoreev I.J, Sudakov A.A., "Ultra-Wideband Interference Resistant System for Secure Radio Communication with High Data Rate", ICCSC'02, St. Petersburg, Russian Federation, June 2002 (аналог).

2. Патент №2315424 (РФ). Система связи с высокой скоростью передачи информации сверхширокополосными сигналами. МПК⁷ Н04В 1/69, H04L 5/26. Бондаренко В.В., Кыштымов С.Г. Заявка №2006119887/09 от 06.06.2006. Опубл. 20.01.2008 (прототип).

3. Смоленцев Н.К. Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в MATLAB: Издание третье. - М.: Прикладная математика, 2008. - с. 39.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для выделения последовательностей логических нулей либо единиц в процессе декодирования информации из кодовой последовательности сверхширокополосных импульсов в помехоустойчивых сверхширокополосных системах с высокой скоростью передачи данных. Технический результат – повышение достоверного выделения информации при работе источника передачи сообщений и пункта приема сообщений. Для повышения достоверности выделения информации предлагается изменить способ кодирования информации так, чтобы передача логического «нуля» или логической «единицы» проверялось по четырем признакам. В результате информация будет продублирована амплитудой, временной задержкой, начальной фазой и полосой частот излучаемых СШПИ, а выделение информации предлагается производить в ЭВМ, анализируя принимаемое сообщение в цифровом виде. 16 ил., 2 табл.

Способ мультипараметрического кодирования информации, передаваемой с помощью сверхширокополосных импульсов, заключающийся в том, что с помощью приемопередатчика сообщений, называемого объектом X, из первой точки пространства излучают в свободное пространство гармонический сигнал, во второй точке пространства аналогичным приемопередатчиком осуществляют прием передаваемого гармонического сигнала на пункте приема сообщений, называемом объектом Y, с помощью узкополосного фильтра объекта Y выделяют принятый гармонический сигнал, усиливают и подвергают принятый гармонический сигнал согласованной обработке, определяют временное положение первого максимума амплитуды гармонического сигнала, после чего с объекта Y на объект X передают гармонический сигнал, сигнализирующий о готовности к принятию кодовой последовательности сверхширокополосных импульсов, кодирующих логический «нуль» либо «единицу», отличающийся тем, что для кодирования каждого бита информации используют несколько информационных параметров сверхширокополосных импульсов, для этого в качестве сверхширокополосных импульсов используют импульсы, описываемые производными Гауссовой функции, которые имеют вид

где А - амплитуда импульса; G - номер производной Гауссовой функции; а - величина, характеризующая половину длительности импульса на уровне 0,707 от его амплитуды, для кодирования логического «нуля» используют сверхширокополосные импульсы, описываемые первой производной Гауссовой функции, а для кодирования логической «единицы» используют сверхширокополосные импульсы, описываемые пятой производной Гауссовой функции, для их разрешения по полосе частот используют сверхширокополосные импульсы, описываемые первой производной Гауссовой функции, длительностью τ и сверхширокополосные импульсы, описываемые пятой производной Гауссовой функции, длительностью полосу частот, занимаемых импульсами, описываемыми первой производной Гауссовой функции, кодирующими логический «нуль», принимают Δƒ₀, а полосу частот сверхширокополосных импульсов, описываемых пятой производной Гауссовой функции, кодирующих логическую «единицу», принимают Δƒ₁, для сверхширокополосных импульсов, описываемых первой производной Гауссовой функции, кодирующих логический «нуль», начальную фазу ϕ₀ принимают отрицательной, а для сверхширокополосных импульсов, описываемых пятой производной Гауссовой функции, кодирующих логическую «единицу», начальную фазу ϕ₁ принимают положительной, для сверхширокополосных импульсов, описываемых первой производной Гауссовой функции, кодирующих логический «нуль», амплитуду принимают равной А, а для сверхширокополосных импульсов, описываемых пятой производной Гауссовой функции, кодирующих логическую «единицу», амплитуду принимают равной 2А, для кодирования логического «нуля» используют дополнительный сверхширокополосный импульс, описываемый первой производной Гауссовой функции, с временем запаздывания t_з0=Т_и/2 от первого сверхширокополосного импульса, кодирующего логический «нуль», для кодирования логической «единицы» используют дополнительный сверхширокополосный импульс, описываемый пятой производной Гауссовой функции, с временем запаздывания от первого сверхширокополосного импульса, кодирующего логическую «единицу», где Т_и=2⋅τ - длительность одного информационного бита, закодированного логическим «нулем» или «единицей», при этом передаваемое закодированное сообщение, именуемое кодограммой, составляют на объекте X из конечной последовательности логических нулей и единиц, принятую объектом Y кодограмму усиливают по мощности и оцифровывают, оцифрованные импульсы подают на вход электронно-вычислительной машины, в электронно-вычислительной машине по мере поступления данных с аналого-цифрового преобразователя осуществляют формирование генерального массива данных D, из элементов которого формируют z-e пробные массивы, где по мере формирования каждый вновь сформированный z-й пробный массив записывают в память электронно-вычислительной машины, в каждый z-й пробный массив включают значения оцифрованной последовательности сверхширокополосных импульсов, ограниченной временным интервалом длительностью Δ, причем величина Δ, соответствующая каждому пробному интервалу, равна Т_и, в каждый z-й пробный массив включают по N отсчетов, извлекаемых из генерального массива D, начиная с z-го элемента массива D и заканчивая (z+N-1)-м элементом массива D, причем число элементов N в пробном массиве должно быть четным и определяется по формуле:

N=Δ⋅F_д,

где F_д - частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя, первый пробный массив формируют из элементов массива D с номерами с 1-го по N-й, второй пробный массив формируют из элементов массива D с номерами со (N+1)-го по (2⋅N)-й, третий пробный массив формируют из элементов массива D с номерами с 2⋅N+1-го по (3⋅N)-й, а Z-й пробный массив формируют из элементов массива D с номерами с (Z⋅N+1)-го по (Z+1)⋅N-й, в дальнейшем каждый z-й пробный массив Δ_z копируется и записывается в память электронно-вычислительной машины в виде двух проверочных массивов U0z_n и U1z_n, где n=1…N, каждый из которых делится напополам, образуя два проверочных подмассива U0z0_j, U0z1_j и U1z0_j, U1z1_j, где j=1…N/2, после чего выделяют фазовый признак, кодирующий логический «нуль» или «единицу» в пробном интервале Δ_z в соответствии со следующим правилом: создают суммарные массивы, в которых происходит поэлементное складывание проверочных подмассивов Uϕz0_j=U0z0_j+U0z1_j и каждый из которых подвергается корреляционной обработке по выражениям:

где - массив данных, в который записаны значения амплитуды оцифрованного сверхширокополосного импульса, описываемого первой производной Гауссовой функции, - массив данных, в который записаны значения амплитуды оцифрованного сверхширокополосного импульса, описываемого пятой производной Гауссовой функции, где w=1…N/2, в последующем используют заранее полученное максимальное значение амплитуды отклика в массивах K0z(1)_w, K0z(5)_w, K1z(1)_w, K1z(5)_w при отсутствии помех, записанное в ЭВМ, умножают полученное максимальное значение на 0,7 и принимают результат в качестве порогового значения θ_{пор ϕ} для каждого массива K0z(1)_w, K0z(5)_w, K1z(1)_w, K1z(5)_w, сравнивают величину θ_{пор ϕ} с каждым элементом массивов K0z(1)_w, K0z(5)_w, K1z(1)_w, K1z(5)_w, при превышении порога θ_{пор ϕ} значениями одного из массивов K0z(1)_w, K0z(5)_w, K1z(1)_w, K1z(5)_w на интервале и отсутствии превышения порога на интервале принимают решение об отрицательной начальной фазе СШПИ и наличии логического «нуля» в пробном интервале Δ_z, при превышении порога θ_{пор ϕ} значений одного из массивов K0z(1)_w, K0z(5)_w, K1z(1)_w, K1z(5)_w на интервале и отсутствии на интервале принимают решение о положительной начальной фазе СШПИ и наличии логической «единицы» в пробном интервале Δ_z, при невыполнении одного из условий превышении порога θ_{пор ϕ} значениями массивов K0z(1)_w, K0z(5)_w, K1z(1)_w, K1z(5)_w на интервале и решение о наличии логической «единицы» или «нуля» в пробном интервале Δ_z, соответствующего данному признаку, не принимается, после чего выделяют амплитудный признак, кодирующий логический «нуль» или «единицу» в пробном интервале Δ_z, в соответствии со следующим правилом: используют заранее полученное максимальные значение в массивах Uϕz0_j и Uϕz1_j при отсутствии помех, записанное в ЭВМ, умножают найденное максимальное значение на 0,7 и принимают результат в качестве порогового значения θ_{пор А} для каждого массива Uϕz0_j и Uϕz1_j, вычисляют дополнительный порог θ_{пор 2А}=2⋅θ_{пор А}, сравнивают величину θ_{пор А} и θ_{пор 2А} с каждым массивом Uϕz0_j и Uϕz1_j, при превышении порога θ_{пор А} значениями одного из массивов Uϕz0_j или Uϕz1_j на интервале и отсутствии превышения порога θ_{пор 2А} принимают решение о наличии логического «нуля» в пробном интервале Δ_z, при одновременном превышении порогов ϕ_{пор А} и θ_{пор 2А} значениями одного из массивов Uϕz0_j или Uϕz1_j на интервале принимают решение о наличии логической «единицы» в пробном интервале Δ_z, при невыполнении условий превышении порогов θ_{пор А} и θ_{пор 2А} значениями массивов Uϕz0_j и Uϕz1_j на интервале и решение о наличии логической «единицы» или «нуля» в пробном интервале Δ_z, соответствующего данному признаку, не принимается, после чего выделяют признак, соответствующий временной задержке, кодирующей логический «нуль» или «единицу», в пробном интервале Δ_z по следующему правилу: массив U0z_n подвергают корреляционной обработке по формулам:

где - массив данных, в который записаны значения амплитуды оцифрованного сверхширокополосного импульса, описываемого первой производной Гауссовой функции, - массив данных, в который записаны значения амплитуды оцифрованного сверхширокополосного импульса, описываемого пятой производной Гауссовой функции, a k=1…N, в последующем используют заранее полученное максимальное значение амплитуды отклика в массиве U0z_n, при отсутствии помех, записанное в ЭВМ, умножают полученное максимальное значение на 0,7 и принимают результат в качестве порогового значения, сравнивают величину θ_{пор tз} с значениями массива U0z_n, при превышении порога θ_{пор tз} значениями массива U0z_n на интервале и и отсутствии превышения в массиве U0z_n на интервале и принимают решение о временной задержке t_з0 и наличии логического «нуля» в пробном интервале Δ_z, при превышении порога θ_{пор tз} значениями массива U0z_n на интервале и и отсутствии превышения в массиве U0z_n на интервале и принимают решение о временной задержке t_з1 и наличии логической «единицы» в пробном интервале Δ_z, при невыполнении одного из условий превышения порога θ_{пор tз} значениями массива U0z_n на интервале , и , решение о наличии логической «единицы» или «нуля» в пробном интервале Δ_z, соответствующего данному признаку, не принимается, после чего выделяют признак, соответствующий полосам частот сверхширокополосных импульсов, кодирующих логический «нуль» или «единицу» в пробном интервале Δ_z, по следующему правилу: массив U0z_n подвергают дискретному прямому преобразованию Фурье с использованием формулы

где n - номер отчета во временной области, m - номер отчета в частотной области, m=1…N; S_m - значение амплитуды m-го отсчета спектра оцифрованного сигнала для массива U0z_n, в последующем используют заранее полученное максимальное значение амплитуды отклика в массиве S_m при отсутствии помех, записанное в ЭВМ, умножают полученное максимальное значение на 0,7 и принимают результат в качестве порогового значения θ_{пор Δf}, сравнивают величину θ_{пор Δf} с значениями массива S_m, при превышении порога θ_{пор Δf} значениями массива S_m на интервале и отсутствии превышения порога на интервале принимают решение о наличии сигнала в полосе частот Δƒ₀ (СШПИПГФ), кодирующего логический «нуль» в пробном интервале Δ_z, при превышении порога θ_{пор Δf} значениями массива S_m на интервале и отсутствии превышения порога на интервале принимают решение о наличии сигнала в полосе частот Δƒ₁, кодирующего логическую «единицу» в пробном интервале Δ_z, при невыполнении одного из условий превышения порога θ_{пор Δf} значениями массива S_m на интервале и решение о наличии логической «единицы» или «нуля» в пробном интервале Δ_z, соответствующего данному признаку, не принимается, после чего выделенную информацию о логическом «нуле» и «единице» в соответствии с признаком кодирования оценивают по следующему правилу: при минимальном совпадении любых двух или трех из четырех информационных признаков о кодировании логического «нуля» или «единицы» принимается решение о достоверном наличии логического «нуля» или «единицы», после чего принимают решение о том, что выделенная информация из первого пробного интервала Δ₁ соответствует первому биту информации принятой кодограммы, информация из второго пробного интервала Δ₂ соответствует второму биту информации принятой кодограммы, а информация из z-го пробного интервала - z-му биту информации принятой кодограммы, в его элементы записывают последовательно, начиная с первого пробного интервала и заканчивая Z-м пробным интервалом, выделенную информацию из каждого z-го пробного интервала, при отсутствии превышения порога θ_{пор tз} в массиве U0z_n принимают решение об окончании приема кодограммы, после чего с объекта Y на объект X посылают запросный сигнал, свидетельствующий о готовности объекта Y к приему следующей кодограммы.