Способ помехозащищенной передачи дискретных сигналов на основе однополосной модуляции Российский патент 2022 года по МПК H04B10/54 

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для применения в помехозащищенных системах радиосвязи.

Известен «Способ формирования шумоподобных радиоимпульсов для передачи бинарных символов информации сложными сигналами», (Патент РФ № 2231924. МПК Н04L 27/34, опубл. 27.06.2004. Бюл. № 18).

В известном способе осуществляют минимальную кодочастотную модуляцию несущей частоты путем суммирования модулированных по амплитуде и фазе колебаний квадратурных каналов, модулирующие кодовые последовательности которых получают на основе перекодировки кодовой последовательности шумоподобного радиоимпульса.

Недостатком известного способа является низкая помехозащищенность формируемого радиосигнала в условиях воздействия имитационных помех.

Известен «Способ формирования и обработки сложного сигнала в помехозащищенных радиосистемах» (Патент РФ № 2205496. МПК Н04L 27/18, опубл. 27.05.2003, Бюл. № 15).

В известном способе в качестве несущего колебания используют модифицированный полосовой шум, временные участки которого с амплитудой выше пороговой имеют равномерное распределение фазы в пределах ±π/2 относительно фазы опорного частотно-модулированного колебания, а участки с амплитудой ниже пороговой имеют распределение фазы, равномерное в пределах ±π, причем обработку сложного сигнала производят схемой Костаса с отслеживанием введенной частотной модуляции несущей.

Недостатком известного способа, как и предыдущего аналога, является низкая помехозащищенность формируемого радиосигнала в условиях воздействия имитационных помех.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является «Способ передачи информации по коротковолновому каналу связи с использованием частотно-манипулированных сигналов» (Патент РФ № 2705357, МПК Н04L 27/22, опубл. 07.11.2019. Бюл. № 31). В способе-прототипе методами частотной манипуляции формируют радиосигнал перестановочной модуляции на основе кодирования информационного слова последовательностью с постоянным весом. Количество поднесущих формируемого радиосигнала выбирают в соответствии с разрядностью кода.

Информационный поток двоичных бит разбивают на информационные блоки в соответствии с числом доступных комбинаций и формируют сигналы в виде амплитудно-манипулированных колебаний на длительности каждого передаваемого символа только на тех поднесущих, которым соответствуют информационные единицы. Формирование радиосигнала осуществляют на основе аддитивного объединения сформированных сигналов. Принимают результирующий частотно-манипулированный сигнал на поднесущих частотах как независимые частотно-разнесенные амплитудно-манипулированные колебания.

Недостатком известного способа является низкая помехозащищенность формируемого радиосигнала в условиях воздействия имитационных помех.

Задачей изобретения является создание способа, обеспечивающего повышение помехозащищенности передачи дискретных сигналов в условиях воздействия имитационных помех, за счет использования свойств радиосигналов однополосной модуляции.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение помехозащищенности передачи дискретных сигналов в условиях воздействия имитационных помех.

Технический результат достигается тем, что в способе помехозащищенной передачи дискретных сигналов на основе однополосной модуляции, заключающимся в том, что выбирают код с постоянным весом для кодирования поднесущих формируемого радиосигнала таким образом, чтобы разрядность кода соответствовала числу доступных для передачи поднесущих, разбивают битовый поток на информационные блоки в соответствии с числом доступных комбинаций кода, определяющих его алфавит, ставят в соответствие каждому информационному блоку свою уникальную комбинацию элементов кода, формируют сигналы в виде амплитудно-манипулированных колебаний на длительности каждого передаваемого символа только на тех поднесущих, которым соответствуют информационные единицы, после чего осуществляют аддитивное сложение сформированных сигналов на всех поднесущих, демодулируют результирующий частотно-манипулированный сигнал на поднесущих частотах как независимые частотно-разнесенные амплитудно-манипулированные колебания, при этом на передающей и приемной сторонах задают значения частотных и фазовых сдвигов, для чего частотный диапазон от нуля до двух килогерц и диапазон изменения фазы от нуля до триста шестидесяти градусов разбивают на девять равных интервалов, за каждым из которых закрепляют численное значение, определяющее соответствующий номинал частотного или фазового сдвига, и численное значение, равное сумме начального граничного значения интервала и значения, определяющего его протяженность, а для каждого информационного блока формируют случайную двоичную последовательность из десяти элементов, на основе которой получают первое и второе случайное число, причем первое случайное число получают в результате перевода в десятичное число всех элементов сформированной двоичной случайной последовательности, по первому элементу которой получают второе случайное число, принимающее соответственно значение нуля или единицы, разбивают диапазон значений первого случайного числа на девять целочисленных равномерных интервалов, за каждым из которых последовательно закрепляют значения частотного и фазового сдвигов, определяют значение частоты излучения, для чего к номиналу рабочей частоты добавляют значение частотного сдвига, соответствующего значению первого случайного числа, если второе случайное число равно единице, если случайное число равно нулю, то частотный сдвиг вычитают, на передающей стороне на промежуточной частоте формируют результирующий частотно-манипулированный сигнал, на основе которого на частоте излучения формируют радиосигнал однополосной модуляции, причем фазу несущей сигнала однополосной модуляции выбирают равной фазовому сдвигу, соответствующему значению первого случайного числа, излучают радиосигнал в сторону корреспондента, на приемной стороне принимают радиосигнал на частоте излучения, демодулируют радиосигнал однополосной модуляции на промежуточную частоту, причем фазу несущей сигнала однополосной модуляции принимают равной значению фазового сдвига, соответствующего значению первого случайного числа, затем проводят демодуляцию результирующего частотно-манипулированного сигнала.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе происходит расширение базы сигнала на основе технологии программной перестройки рабочей частоты в ограниченной полосе частот, а также повышение структурной скрытности формируемого радиосигнала за счет использования явления асинхронизма однополосной модуляции.

Поясним достигаемый технический результат. В способе-прототипе реализуются методы перестановочной модуляции, основанные на кодировании информационного блока последовательностью с постоянным весом и амплитудной манипуляции поднесущих. База сформированного таким образом радиосигнала близка к единичному значению, кроме того является известными его спектральное и временное представление, что, согласно (Борисов В. И., Зинчук В. М., Лимарев А. Е. Помехозащищенность систем радиосвязи расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты // под ред. В. И. Борисова; изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: РадиоСофт, 2008. – 512 с.), обуславливает низкую помехозащищенность формируемого радиосигнала в условиях воздействия имитационных помех.

В заявляемом способе перед каждой передачей информационного блока изменяется частота несущей формируемого радиосигнала однополосной модуляции, определяемая на основе вычитания (добавления) из номинала рабочей частоты значений частотных сдвигов в пределах от одного до двух килогерц, что обеспечивает реализацию технологии программной перестройки рабочей частоты в а ограниченном диапазоне частот. Кроме того, синхронно с изменением рабочей частоты меняется фаза несущей. Учитывая свойства радиосигналов с программной перестройкой рабочей частоты, для постановщика имитационных помех алгоритм формирования сигнала и его вариативные параметры является псевдослучайными. Таким образом при оценке им данных параметров возникает высокая степень неопределенности, что, в свою очередь, приводит к высокой степени искажений при его демодуляции вследствие проявления явления асинхронизма однополосной модуляции (см., например, М. В. Верзунов «Однополосная модуляция в радиосвязи». – М., Воениздат, 1972 – 296 с ). Следовательно, дополнительно обеспечивается повышение структурной скрытности формируемого радиосигнала. Создание имитационных помех в данных условиях существенно затрудняется, что, согласно (Борисов В. И., Зинчук В. М., Лимарев А. Е. Помехозащищенность систем радиосвязи расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты // под ред. В. И. Борисова; изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: РадиоСофт, 2008. – 512 с.), определяет повышение помехозащищенности передачи.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:

Фиг. 1 – а) битовая последовательность;

б) формирование сигнала перестановочной модуляции на промежуточной частоте;

в) значения фазового, частотного сдвигов, первого случайного числа;

г) формирование радиосигнала на частоте излучения.

Фиг. 2 – результаты моделирования.

Реализация заявляемого способа помехозащищенной передачи дискретных сигналов на основе однополосной модуляции предусматривает выполнение следующих технических операций.

1. Выбирают код с постоянным весом для кодирования поднесущих формируемого радиосигнала таким образом, чтобы разрядность кода соответствовала числу доступных для передачи поднесущих.

2. Разбивают битовый поток (фиг. 1,а. U_бп(t)) на информационные блоки в соответствии с числом доступных комбинаций кода, определяющих его алфавит, ставят в соответствие каждому информационному блоку свою уникальную комбинацию элементов кода.

3. Формируют сигналы в виде амплитудно-манипулированных колебаний на длительности каждого передаваемого символа только на тех поднесущих, которым соответствуют информационные единицы, после чего осуществляют аддитивное сложение сформированных сигналов на всех поднесущих. (фиг. 1, б. F₁(f)… F₆(f)).

Процедуры по п.1 – п.3 идентичны аналогичным процедурам способа-прототипа, за исключением п.3, в котором сложение сигналов на поднесущих осуществляется на промежуточной частоте. Операция выбора промежуточной частоты является известной и приведена, в частности, в (C.В. Дворников и др. Радиоприемные устройства. Учебник – СПБ. ВАС, 2016 г. – 440 с.).

4. На передающих и приемных сторонах задают значения частотных и фазовых сдвигов, для чего частотный диапазон от нуля до двух килогерц и диапазон изменения фазы от нуля до триста шестидесяти градусов разбивают на девять равных интервалов, за каждым из которых закрепляют численное значение, определяющее соответствующий номинал частотного или фазового сдвига, и численное значение, равное сумме начального граничного значения интервала и значения, определяющего его протяженность (фиг. 1 в, частотный и фазовый сдвиги).

Операции разбиения диапазона чисел на интервалы и закрепления вычисленных чисел являются арифметико-логическими и могут быть реализованы на базе цифровых микропроцессорных устройств. Процедуры выбора и техническая реализация применения микропроцессорных устройств приведены, например, в (Патенте РФ № 2273099 «Радиолиния с программной перестройкой рабочей частоты». МПК Н04В 15/00, опубл. 27.03.2006. Бюл. № 9).

5. На передающих и приемных сторонах для каждого информационного блока формируют случайную двоичную последовательность из десяти элементов, на основе которой получают первое и второе случайное число, причем первое случайное число получают в результате перевода в десятичное число всех элементов сформированной двоичной случайной последовательности, по первому элементу которой получают второе случайное число, принимающее соответственно значение нуля или единицы.

Операция формирования случайной двоичной последовательности является известной и приведена, например, в (Патенте РФ № 2281603 «Генератор случайной двоичной последовательности», МПК Н03К 3/84, опубл. 10.08.2006. Бюл. № 22). Отличительной особенностью данной операции является то, что формируются десять элементов случайной двоичной последовательности.

Операция формирования первого случайного числа основывается на переводе десятиразрядного целого числа в десятичное, является известной, и приведена, в частности, в (https://sistemy-schisleniya.ru/perevody/iz-lyuboj-sistemy-schisleniya-v-desyatichnuyu, дата обращения: 03.06.2022).

Операция формирования второго случайного числа основывается на выборе значения первого элемента сформированной случайной двоичной последовательности. Соответственно второе случайное число принимает значение нуля или единицы.

Учитывая особенности формирования первого и второго случайного числа и их последующего использования, данные операции целесообразно реализовать на основе цифровых микропроцессорных устройств.

6. На передающих и приемных сторонах разбивают диапазон значений первого случайного числа на девять целочисленных равномерных интервалов, за каждым из которых последовательно закрепляют значения частотного и фазового сдвигов (см. фиг. 1 в, числовые интервалы).

Данные операции являются арифметико-логическими и могут быть реализованы на базе цифровых микропроцессорных устройств.

7. Определяют значение частоты излучения, для чего к номиналу рабочей частоты добавляют значение частотного сдвига, соответствующего значению первого случайного числа, если второе случайное число равно единице, если случайное число равно нулю, то частотный сдвиг вычитают.

Данные операции являются арифметико-логическими и их реализация целесообразна на базе цифровых микропроцессорных устройств.

8. На передающей стороне на промежуточной частоте формируют результирующий частотно-манипулированный сигнал, на основе которого на частоте излучения формируют радиосигнал однополосной модуляции, причем фазу несущей сигнала однополосной модуляции выбирают равной фазовому сдвигу, соответствующему значению первого случайного числа.

Данные операции основаны на формировании сигнала однополосной модуляции на основе частотно-манипулированного сигнала (см. п. 3), на частоте излучения ( см. п. 7), причем фаза несущей определяется согласно п. 6 на основе значения первого случайного числа. Операция формирования сигнала однополосной модуляции является известной и приведена, например, в (Патенте РФ № 2487462 «Однополосный модулятор». МПК Н03С 1/60, опубл. 10.07.2013. Бюл. № 19).

Операция формирования частоты излучения является известной, основывается на методах синтеза частот см. (Патент РФ № 2423784, «Синтезатор частот». МПК Н03L 7/18, опубл. 10.07.2011. Бюл. № 19).

Операция изменения фазы несущей является известной и может быть реализована на основе применения управляемых фазовращателей, см. (Патент РФ № 2738316 «Управляемый фазовращатель». МПК Н03L 7/08, опубл. 11.12.2020. Бюл. № 35).

8. Излучают радиосигнал в сторону корреспондента.

Данная операция аналогична способу-прототипу и основана на реализации радиопередающих устройств см. (Радиопередающие устройства: Учебник для вузов / Под ред. В. В. Шахгельдяна. – М. : Радио и связь, 2003. – 560 с.).

9. На приемной стороне принимают радиосигнал U_pc (f) на частоте излучения f_и.

Данная операция основывается на выборе частоты излучения (см. п. 7), селекции и усиления радиосигнала и реализована в радиоприемных устройствах, например, серий Р-160П, Р-170П, или, см. (C.В. Дворников и др. Радиоприемные устройства. Учебник – СПБ. ВАС, 2016 г. – 440 с.).

10. Демодулируют радиосигнал однополосной модуляции U_pc (f) на промежуточную частоту, причем фазу несущей сигнала однополосной модуляции принимают равной значению фазового сдвига, соответствующего значению первого случайного числа.

Данная операция является известной и приведена в (C.В. Дворников и др. Радиоприемные устройства. Учебник – СПБ. ВАС, 2016 г.) или в (Патент РФ № 2127018 от «Синхронный детектор с подавлением помех». МПК Н03D 3/00, опубл. 27.02.1999). Отличительными особенностями процедуры демодуляции является получение первичного электрического сигнала на промежуточной частоте (п. 3), а также выбор фазы несущей (п. 6).

11. Проводят демодуляцию частотно-манипулированного сигнала.

Данная операция аналогична способу-прототипу и основывается на приеме результирующего частотно-манипулированного сигнала на поднесущих частотах как независимых частотно-разнесенных амплитудно-манипулированных колебаний.

Результаты проведенного имитационного моделирования (см. фиг. 2) передачи сообщений в среде МаtLAB на основе разработанного способа показали высокую вероятность ошибки (P_{ош с}) демодуляции постановщиком имитационных помех при неизвестных ждя него алгоритма и параметров формирования и обработки радиосигнала для заданных значениях отношения мощности сигнала к мощности шума (h₀). Данный факт исключает точное определение параметров излучаемого сигнала и, следовательно, постановку имитационных помех, что определяет повышение свойств структурной скрытности формируемого радиосигнала. Кроме того, в заявляемом способе осуществляется реализация технологии программной перестройки рабочей частоты.

Таким образом, согласно, (Борисов В. И., Зинчук В. М., Лимарев А. Е. Помехозащищенность систем радиосвязи расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты // под ред. В. И. Борисова; изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: РадиоСофт, 2008. – 512 с.) при реализации заявляемого способа помехозащищенность передачи дискретных сигналов в условиях воздействия имитационных помех повышается, что указывает на достижение технического результата.

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для применения в помехозащищенных системах радиосвязи. Техническим результатом заявляемого способа является повышение помехозащищенности передачи дискретных сигналов в условиях воздействия имитационных помех. Заявляемый технический результат достигается за счет расширения базы сигнала на основе технологии программной перестройки рабочей частоты в ограниченной полосе частот, а также повышения структурной скрытности формируемого радиосигнала за счет использования явления асинхронизма однополосной модуляции. 2 ил.

Способ помехозащищенной передачи дискретных сигналов на основе однополосной модуляции, заключающийся в том, что выбирают код с постоянным весом для кодирования поднесущих формируемого радиосигнала таким образом, чтобы разрядность кода соответствовала числу доступных для передачи поднесущих, разбивают битовый поток на информационные блоки в соответствии с числом доступных комбинаций кода, определяющих его алфавит, ставят в соответствие каждому информационному блоку свою уникальную комбинацию элементов кода, формируют сигналы в виде амплитудно-манипулированных колебаний на длительности каждого передаваемого символа только на тех поднесущих, которым соответствуют информационные единицы, после чего осуществляют аддитивное сложение сформированных сигналов на всех поднесущих, демодулируют результирующий частотно-манипулированный сигнал на поднесущих частотах как независимые частотно-разнесенные амплитудно-манипулированные колебания, отличающийся тем, что на передающей и приемной сторонах задают значения частотных и фазовых сдвигов, для чего частотный диапазон от нуля до двух килогерц и диапазон изменения фазы от нуля до трехсот шестидесяти градусов разбивают на девять равных интервалов, за каждым из которых закрепляют численное значение, определяющее соответствующий номинал частотного или фазового сдвига, и численное значение, равное сумме начального граничного значения интервала и значения, определяющего его протяженность, а для каждого информационного блока формируют случайную двоичную последовательность из десяти элементов, на основе которой получают первое и второе случайное число, причем первое случайное число получают в результате перевода в десятичное число всех элементов сформированной двоичной случайной последовательности, по первому элементу которой получают второе случайное число, принимающее соответственно значение нуля или единицы, разбивают диапазон значений первого случайного числа на девять целочисленных равномерных интервалов, за каждым из которых последовательно закрепляют значения частотного и фазового сдвигов, определяют значение частоты излучения, для чего к номиналу рабочей частоты добавляют значение частотного сдвига, соответствующего значению первого случайного числа, если второе случайное число равно единице, если случайное число равно нулю, то частотный сдвиг вычитают, на передающей стороне на промежуточной частоте формируют результирующий частотно-манипулированный сигнал, на основе которого на частоте излучения формируют радиосигнал однополосной модуляции, причем фазу несущей сигнала однополосной модуляции выбирают равной фазовому сдвигу, соответствующему значению первого случайного числа, излучают радиосигнал в сторону корреспондента, на приемной стороне принимают радиосигнал на частоте излучения, демодулируют радиосигнал однополосной модуляции на промежуточную частоту, причем фазу несущей сигнала однополосной модуляции принимают равной значению фазового сдвига, соответствующего значению первого случайного числа, затем проводят демодуляцию результирующего частотно-манипулированного сигнала.