СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ШУМОПОДОБНЫХ ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2022 года по МПК H04L27/20 

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в системах радиосвязи с шумоподобными сигналами для повышения их помехоустойчивости и увеличения скорости передачи информации.

Применение шумоподобных сигналов обеспечивает высокую помехоустойчивость систем радиосвязи к воздействию целого ряда помех, создаваемых средствами радиоэлектронного подавления (РЭП). К ним, например, относятся прицельные и заградительные помехи [1, стр.16]. Для нарушения радиосвязи мощность таких помех должна на один-два порядка превышать мощность передаваемого сигнала.

В то же время имитирующие помехи, применяемые средствами РЭП [1, стр.14], могут нарушать радиосвязь при мощности помехового сигнала, соизмеримой с мощностью передаваемого сигнала.

Известен способ формирования шумоподобных фазоманипулированных сигналов [2], обеспечивающий эффективную защиту от имитирующих помех. Недостатком этого способа является низкая скорость передачи информации.

Задачей изобретения является увеличение скорости передачи информации при сохранении высокой помехоустойчивости системы радиосвязи к имитирующим помехам. Достигаемый при использовании изобретения результат– повышение скорости передачи информации.

Наиболее близким по количеству совпадающих признаков к заявляемому способу является способ формирования шумоподобных фазоманипулированных сигналов, описанный в [2].

Согласно этому способу формируют сигналы несущей и тактовой частот, из сигнала тактовой частоты формируют двоичные квазиортогональные псевдослучайные последовательности (ПСП) максимальной длины, синхронизирующую и информационную. На каждом периоде повторения информационной ПСП формируют модулированную ПСП путем циклического сдвига информационной ПСП на количество элементов, определяемое передаваемым информационным символом, и дополнительного сложения по модулю два с ещё одним битом информации. Информационную ПСП и модулированную ПСП укорачивают или удлиняют на один элемент. Модулированную ПСП суммируют по модулю два с задержанной на целое число периодов тактовой частоты синхронизирующей ПСП, а результат мажоритарно суммируют с синхронизирующей ПСП и информационной ПСП. Полученной двоичной последовательностью осуществляют фазовую манипуляцию сигнала несущей частоты, а фазоманипулированный сигнал дополнительно смещают по фазе на ноль или девяносто градусов последовательностью, которую формируют сложением по модулю два синхронизирующей ПСП и информационной ПСП. Синхронизирующую ПСП и информационную ПСП периодически фазируют между собой. Период фазирования равен произведению числа элементов синхронизирующей ПСП, числа элементов информационной ПСП и длительности периода тактовой частоты.

Недостатком способа-прототипа является низкая скорость передачи информации.

Для решения поставленной в изобретении задачи в способе формирования шумоподобных фазоманипулированных сигналов, заключающемся в том, что формируют сигналы несущей и тактовой частот, из сигнала тактовой частоты формируют периодические двоичные псевдослучайные последовательности (ПСП), синхронизирующую и информационную, причем синхронизирующая ПСП является М-последовательностью, а информационную ПСП формируют из М-последовательности, число элементов которой равно числу элементов синхронизирующей ПСП, путем добавления одного постоянного элемента, на каждом периоде повторения информационной ПСП формируют модулированную ПСП путем циклического сдвига М-последовательности, из которой образована информационная ПСП, на количество элементов, определяемое передаваемым информационным символом, и добавлением одного постоянного элемента, модулированную ПСП суммируют по модулю два с задержанной на целое число n периодов тактовой частоты синхронизирующей ПСП, а результат мажоритарно суммируют с информационной ПСП и синхронизирующей ПСП и полученной двоичной последовательностью осуществляют фазовую манипуляцию сигнала несущей частоты, согласно изобретению на каждом периоде повторения информационной ПСП формируют дополнительную модулированную ПСП путем циклического сдвига М-последовательности, из которой образована информационная ПСП, на количество элементов, определяемое дополнительным передаваемым информационным символом, и добавлением одного постоянного элемента, дополнительную модулированную ПСП суммируют по модулю два с задержанной на целое число m периодов тактовой частоты синхронизирующей ПСП, причем m не равно n, а результат мажоритарно суммируют с информационной ПСП и поэлементно проинвертированной синхронизирующей ПСП, полученной последовательностью манипулируют по фазе сигнал несущей частоты, предварительно сдвинутый по фазе на девяносто градусов, и суммируют с фазоманипулированным сигналом несущей частоты.

Способ формирования шумоподобных фазоманипулированных сигналов заключается в последовательном выполнении следующих операций:

- формируют сигнал тактовой частоты и два сигнала несущей частоты, сдвинутые между собой по фазе на девяносто градусов;

- из сигнала тактовой частоты формируют периодические двоичные псевдослучайные последовательности (ПСП), синхронизирующую и информационную, синхронизирующая ПСП является М-последовательностью, информационную ПСП формируют из М-последовательности, число элементов которой равно числу элементов синхронизирующей ПСП, путем добавления одного постоянного элемента;

- на каждом периоде повторения информационной ПСП формируют две модулированных ПСП путем циклических сдвигов М-последовательности, из которой образована информационная ПСП, на количество элементов, определяемое двумя передаваемыми информационными символами, и добавлением одного постоянного элемента;

- одну из модулированных ПСП суммируют по модулю два с задержанной на целое число n периодов тактовой частоты синхронизирующей ПСП, а затем мажоритарно суммируют с информационной ПСП и синхронизирующей ПСП, полученной последовательностью манипулируют по фазе один из сигналов несущей частоты;

- вторую модулированную ПСП суммируют по модулю два с задержанной на целое число m (m≠n) периодов тактовой частоты синхронизирующей ПСП, а затем мажоритарно суммируют с информационной ПСП и поэлементно проинвертированной синхронизирующей ПСП, полученной последовательностью манипулируют по фазе второй сигнал несущей частоты;

- суммируют два фазоманипулированных сигнала несущей частоты.

Таким образом, за счет передачи дополнительного информационного символа скорость передачи информации увеличивается почти в два раза. Более точно, если количество элементов информационной ПСП равно 2^k, то в способе-прототипе за один период информационной ПСП может передаваться (k+1) бит информации, а в заявляемом способе 2k бит. Например, при k=9 увеличение скорости передачи составляет

Рассмотрим математическое представление формируемого сигнала (без учета его амплитуды):

где - несущая частота;

- синхронизирующая ПСП;

- информационная ПСП;

- модулированная ПСП, сложенная по модулю два с задержанной на n периодов тактовой частоты синхронизирующей ПСП;

- мажоритарная сумма трех логических переменных;

- поэлементно проинвертированная синхронизирующая ПСП;

- дополнительная модулированная ПСП, сложенная по модулю два с задержанной на m периодов тактовой частоты синхронизирующей ПСП.

Методом перебора значений логических переменных a, b, c можно доказать тождество

Используя это соотношение, формируемый сигнал можно представить в виде

Таким образом, формируемый сигнал представляет собой сумму шести сигналов несущей частоты с различными фазовыми сдвигами, модулированными по фазе последовательностями Можно показать, что эти последовательности квазиортогональны между собой, поэтому при корреляционной обработке в приемном устройстве они не создают значительных помех друг другу. Таким образом, в приемном устройстве может быть реализован отдельный поиск синхронизирующей ПСП и информационной ПСП. После обнаружения этих сигналов осуществляется автоподстройка тактовой частоты и прием информации.

Защита от имитирующих помех осуществляется также как в способе-прототипе, то есть путем автоподстройки тактовой частоты с оценкой задержек синхронизирующей ПСП и информационной ПСП и выбором минимальной по абсолютной величине.

Прием информации может осуществляться как когерентными методами, так и некогерентными. При оптимальном некогерентном приеме приемное устройство должно содержать два идентичных канала приема информации. В одном из них квадратурные огибающие входного сигнала предварительно умножают на а во втором - на где и - опорные ПСП, синхронизированные с принимаемым сигналом. Дальнейшая обработка сигналов в каждом канале идентична. Вычисляют корреляции огибающих с каждым из сигналов вида где - модулированная ПСП, соответствующая i-му из Q возможных передаваемых информационных символов, а также сумму их квадратов. Выбирают максимальное из Q значений суммы квадратов и соответствующую ему модулированную ПСП, по которой определяют передаваемый информационный символ.

Пример технической реализации устройства формирования передаваемого сигнала приведен на фиг.1.

Устройство содержит:

1 - формирователь сигналов несущей и тактовой частот (ФНТЧ);

2 - счетчик по модулю N;

3 - счетчик по модулю N +1;

4, 5, 9, 10 - постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);

6, 8 - сумматор по модулю N;

7 - параллельный регистр;

11, 12 - схема 2ИЛИ;

13 - инвертор;

14, 15 - сумматор по модулю два;

16, 17 - мажоритарный элемент;

18 - фазовращатель на 90 градусов;

19, 20 - фазовый манипулятор;

21 - сумматор.

В данном примере N - количество элементов синхронизирующей ПСП, а N+1 - информационной ПСП.

Устройство работает следующим образом. Сигнал тактовой частоты, формируемый ФНТЧ1, поступает на тактовые входы счетчика по модулю N 2 и счетчика по модулю (N+1) 3.

Формирование псевдослучайных последовательностей происходит следующим образом. На выходах счетчиков 2 и 3 с частотой тактовых импульсов формируются периодические последовательности многоразрядных двоичных чисел [0, …, N-1] и [0, …, N] соответственно. Выходные сигналы счетчика 2 поступают на адресные входы трехразрядного ПЗУ 4, в одном разряде которого записана синхронизирующая ПСП, во втором – синхронизирующая ПСП, циклически сдвинутая на n элементов и в третьем – синхронизирующая ПСП, циклически сдвинутая на m элементов. На выходах ПЗУ 4 формируются периодически повторяющиеся синхронизирующая ПСП и ее копии, задержанные на n и m тактовых интервалов.

Аналогично, выходные сигналы счетчика 3 поступают на адресные входы ПЗУ 5, в котором записана информационная ПСП, первые N элементов которой являются M-последовательностью, а (N+1)-й элемент – постоянное число. На выходе ПЗУ 5 формируется периодически повторяющаяся информационная ПСП.

Формирование модулированных ПСП происходит следующим образом. Импульсы с выхода переноса счетчика 3 (ТИ) поступают на внешнее устройство передачи данных (УПД). По переднему фронту ТИ УПД выдает двоичные коды новых передаваемых информационных символов на вход параллельного регистра 7. Эти коды записываются в регистр 7 по заднему фронту ТИ. С выходов регистра 7 двоичный код одного информационного символа поступает на вход сумматора по модулю N 6, а другого символа - на вход сумматора по модулю N 8. На вторые входы сумматоров по модулю N 6 и8 поступает многоразрядный сигнал с выхода счетчика по модулю (N+1) 3. На выходах сумматоров по модулю N 6 и8 формируются последовательности, являющиеся циклическими сдвигами последовательности [0, …, N-1]. Величины сдвигов соответствуют двоичным кодам передаваемых информационных символов.

Выходные сигналы сумматоров по модулю N 6 и 8 поступают на адресные входы ПЗУ 9 и 10 соответственно, в которые записана информационная ПСП. На выходах ПЗУ 9 и 10 формируются последовательности, являющиеся циклическими сдвигами M-последовательности, из которой образована информационная ПСП. В схемах 2ИЛИ 11 и 12 происходит добавление к ним постоянного элемента, равного логической единице, в момент прихода импульса переноса с выхода счетчика по модулю (N+1) 3.

Модулированные ПСП с выходов схем 2ИЛИ 11 и 12 поступают на входы сумматоров по модулю два 14 и 15 соответственно, в которых суммируются по модулю два с задержанными копиями синхронизирующей ПСП. Сигнал с выхода сумматора по модулю два 14 поступает на вход мажоритарного элемента 16, на два других входа которого поступают синхронизирующая ПСП с выхода ПЗУ 4 и информационная ПСП с выхода ПЗУ 5. Сигнал с выхода сумматора по модулю два 15 поступает на вход мажоритарного элемента 17, на два других входа которого поступают инвертированная синхронизирующая ПСП с выхода инвертора 13 и информационная ПСП с выхода ПЗУ 5.

На выходах мажоритарных элементов 16 и 17 формируются сигналы с уровнем логической единицы только при наличии на их входах двух или трех сигналов с уровнем логической единицы. Выходные сигналы мажоритарных элементов 16 и 17 поступают на входы фазовых манипуляторов 19 и 20 соответственно. На второй вход фазового манипулятора 19 поступает сигнал несущей частоты с выхода ФНТЧ1, а на второй вход фазового манипулятора 20 - сигнал несущей частоты, сдвинутый по фазе на девяносто градусов в фазовращателе 18. Фазоманипулированные сигналы с выходов фазовых манипуляторов 19 и 20 суммируются в сумматоре 21, формирующем выходной сигнал устройства.

ИСТОЧНИКИ ИНФОМАЦИИ

1. Военно-техническая подготовка. Военно-технические основы построения средств и комплексов РЭП: учебник /А.С. Осипов; под науч. ред. Е.Н. Гарина. – Красноярск: Сиб. Федер. ун-т, 2013. – 344с.

2. Патент RU 2731 681 С1. Способ формирования шумоподобных фазоманипулированных сигналов. Опубликовано 07.09.2020. Бюл. №25.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиосвязи с шумоподобными сигналами. Технический результат - повышение скорости передачи информации. Для этого способ состоит в том, что формируют две двоичные псевдослучайные последовательности максимальной длины, синхронизирующую (СП) и информационную (ИП). ИП удлиняют на один элемент и на каждом периоде повторения формируют две модулированные последовательности (МП1 и МП2) путем циклического сдвига ИП исходной длины на количество элементов, определяемое двумя очередными передаваемыми информационными символами, и добавлением постоянного элемента. МП1 и МП2 суммируют по модулю два с последовательностями, полученными задержкой СП на определенное количество тактовых интервалов. Одну из результирующих последовательностей мажоритарно суммируют с ИП и СП, а другую мажоритарно суммируют с ИП и поэлементно проинвертированной СП. Полученными сигналами осуществляют квадратурную модуляцию сигнала несущей частоты. 1 ил.

Способ формирования шумоподобных фазоманипулированных сигналов, заключающийся в том, что формируют сигналы несущей и тактовой частот, из сигнала тактовой частоты формируют периодические двоичные псевдослучайные последовательности (ПСП), синхронизирующую и информационную, причем синхронизирующая ПСП является М-последовательностью, а информационную ПСП формируют из М-последовательности, число элементов которой равно числу элементов синхронизирующей ПСП, путем добавления одного постоянного элемента, на каждом периоде повторения информационной ПСП формируют модулированную ПСП путем циклического сдвига М-последовательности, из которой образована информационная ПСП, на количество элементов, определяемое передаваемым информационным символом, и добавлением одного постоянного элемента, модулированную ПСП суммируют по модулю два с задержанной на целое число n периодов тактовой частоты синхронизирующей ПСП, а результат мажоритарно суммируют с информационной ПСП и синхронизирующей ПСП и полученной двоичной последовательностью осуществляют фазовую манипуляцию сигнала несущей частоты, отличающийся тем, что на каждом периоде повторения информационной ПСП формируют дополнительную модулированную ПСП путем циклического сдвига М-последовательности, из которой образована информационная ПСП, на количество элементов, определяемое дополнительным передаваемым информационным символом, и добавлением одного постоянного элемента, дополнительную модулированную ПСП суммируют по модулю два с задержанной на целое число m периодов тактовой частоты синхронизирующей ПСП, причем m не равно n, а результат мажоритарно суммируют с информационной ПСП и поэлементно проинвертированной синхронизирующей ПСП, полученной последовательностью манипулируют по фазе сигнала несущей частоты, предварительно сдвинутого по фазе на девяносто градусов, и суммируют с фазоманипулированным сигналом несущей частоты.