СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ШУМОПОДОБНЫХ ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2023 года по МПК H04B1/7085 H04L27/20 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиосвязи с шумоподобными фазоманипулированными сигналами и нелинейными усилителями мощности передатчиков для снижения уровня внеполосных излучений.

Недостатком шумоподобных фазоманипулированных сигналов, формируемых классическими способами [1, стр. 16 - стр.20], является наличие скачков фазы на сто восемьдесят градусов. При фильтрации таких сигналов, с целью подавления внеполосных спектральных составляющих, возникает глубокая амплитудная модуляция, вплоть до обращения огибающей в ноль. Если в дальнейшем сигнал проходит через нелинейный усилитель мощности передатчика, восстанавливается огибающая, а вместе с ней и подавленные спектральные составляющие [2, стр. 580].

Целью изобретения является разработка способа формирования шумоподобных фазоманипулированных сигналов при котором скачки фазы не превышают девяносто градусов. При фильтрации таких сигналов возникает легкий спад огибающей в области скачков фазы и при дальнейшем ограничении огибающая восстанавливается, а спектральные составляющие не усиливаются [2, стр. 580]. Достигаемый результат – возможность использования в системах с нелинейными усилителями мощности передатчиков.

Наиболее близким по количеству совпадающих признаков к заявляемому способу является способ формирования шумоподобных сигналов, описанный в [3].

Согласно этому способу формируют сигналы несущей и тактовой частот. Из сигнала тактовой частоты формируют квазиортогональные или ортогональные псевдослучайные последовательности, одна из которых предназначена для синхронизации (СП), а вторая – для передачи информации (ИП). Последовательности фазируют между собой, после чего ИП циклически сдвигают относительно СП на количество элементов, определяемое цифровыми данными, поступающими от источника информации за время, равное периоду псевдослучайных последовательностей. Циклически сдвинутую последовательность ИП суммируют по модулю два с дополнительным биом информации и манипулируют по фазе сигнал несущей частоты. Формируют второй сигнал несущей частоты, сдвинутый относительно первого по фазе на девяносто градусов, который манипулируют по фазе последовательностью СП и суммируют с манипулированным первым сигналом несущей частоты.

Недостатком способа – прототипа является наличие скачков фазы сигнала на сто восемьдесят градусов, возникающих в момент одновременного изменения значений последовательностей, которыми манипулируют по фазе сигналы несущей частоты.

Для решения поставленной в изобретении задачи в способе формирования шумоподобных фазоманипулированных сигналов, заключающемся в том, что формируют сигнал тактовой частоты и два сигнала несущей частоты, сдвинутые между собой по фазе на девяносто градусов, из сигнала тактовой частоты формируют двоичные квазиортогональные псевдослучайные последовательности, сфазированные между собой, синхронизирующую (СП) и информационную (ИП), на каждом периоде повторения СП осуществляют циклический сдвиг ИП относительно СП на количество элементов, определяемое передаваемым информационным символом, а также один из сигналов несущей частоты манипулируют по фазе на сто восемьдесят градусов элементами СП, согласно изобретению формируют модулирующую последовательность, текущий элемент которой равен предыдущему, если текущий элемент СП отличается от предыдущего элемента СП, в противном случае он равен текущему элементу циклически сдвинутой ИП, а второй сигнал несущей частоты манипулируют по фазе на сто восемьдесят градусов инвертированными или неинвертированными элементами модулирующей последовательности, в зависимости от значения дополнительного передаваемого бита информации, и суммируют оба фазоманипулированных сигнала.

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 двоичные квазиортогональные псевдослучайные последовательности, сфазированные между собой, синхронизирующую(СП) и информационную (ИП).

- На каждом периоде повторения СП осуществляют циклический сдвиг ИП относительно СП на количество элементов, определяемое передаваемым информационным символом.

- Формируют модулирующую последовательность, текущий элемент которой равен предыдущему, если текущий элемент СП отличается от предыдущего элемента СП, в противном случае он равен текущему элементу циклически сдвинутой ИП.

- Один из сигналов несущей частоты манипулируют по фазе на сто восемьдесят градусов элементами СП.

- Второй сигнал несущей частоты манипулируют по фазе на сто восемьдесят градусов инвертированными или неинвертированными элементами модулирующей последовательности, в зависимости от значения дополнительного передаваемого бита информации.

- Суммируют оба фазоманипулированных сигнала.

Рассмотрим математическое представление формируемого сигнала. Обозначим значения СП, циклически сдвинутой ИП и модулирующей последовательности на интервале времени , соответствующему n-ому периоду тактовой частоты, как , и соответственно. Значение дополнительного передаваемого бита информации обозначим как b.

Формируемый сигнал на интервале времени можно представить в виде:

.

Методом перебора значений двоичных чисел a и d можно доказать тождество

.

Из него следует, что

Таким образом, начальная фаза сигнала на интервале времени равна

Разность начальных фаз сигнала на соседних периодах тактовой частоты

Согласно способу формирования модулирующей последовательности

поэтому при , то есть , с точностью до .

При разность начальных фаз равна

и может принимать три значения 0, и

Таким образом, у формируемого сигнала скачки фазы не превышают девяносто градусов.

Рассмотрим особенности приема формируемых сигналов. Как и в способе-прототипе одна из квадратурных составляющих сигнала манипулирована по фазе на сто восемьдесят градусов синхронизирующей последовательностью. Следовательно, поиск и синхронизация сигнала могут осуществляться также, как и в способе-прототипе.

Отличие в приеме информации состоит в том, что для всех возможных значений передаваемых информационных символов формируют циклически сдвинутые ИП и соответствующие им модулирующие последовательности. После этого вычисляют корреляции одной из квадратурных огибающих входного сигнала со всеми модулирующими последовательностями. Находят максимальное по абсолютной величине значение корреляций и соответствующую ему модулирующую последовательность. По ней определяют информационный символ, а по знаку корреляции с максимальным абсолютным значением определяют дополнительный бит информации.

Пример технической реализации устройства формирования шумоподобного фазоманипулированного сигнала согласно заявляемому способу приведен на фиг.1.

Устройство содержит:

1 – параллельный регистр;

2 – сумматор по модулю N, где N – количество элементов СП;

3, 6 – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)

4 – формирователь сигнала тактовой частоты (ФСТЧ);

5 – счетчик по модулю N,

7, 12 – сумматор по модулю два;

8, 15 – D-триггер;

9 – коммутатор;

10 – фазовращатель;

11 – формирователь сигнала несущей частоты (ФСНЧ);

13, 17 – преобразователь уровня;

14, 18 – перемножитель;

16 – сумматор.

Устройство работает следующим образом. Сигнал тактовой частоты, формируемый ФСТЧ 4, поступает на тактовый вход счетчика по модулю N 5. На выходах счетчика 5 формируется периодическая последовательность многоразрядных чисел [0, 1,…, N-1], которая поступает на адресные входы ПЗУ 6 и один из многоразрядных входов сумматора по модулю N 2. В ПЗУ 6 записаны элементы синхронизирующей последовательности (СП), поэтому на выходе ПЗУ 6 формируется периодическая синхронизирующая последовательность. Сигнал с выхода переноса счетчика по модулю N 5 поступает на тактовый вход параллельного регистра 1 и внешнее устройство передачи данных (УПД). По этому сигналу УПД выдает многоразрядный код очередного передаваемого информационного символа и дополнительный бит информации на входы параллельного регистра 1.

Код информационного символа с выходов регистра 1 поступает на второй вход сумматора по модулю N 2, на выходе которого формируется циклически сдвинутая последовательность [0, 1,…, N-1]. Двоичное представление величины сдвига равно коду информационного символа. Выходные сигналы сумматора по модулю N 2 поступают на адресные входы ПЗУ 3. В ПЗУ 3 записаны элементы информационной последовательности (ИП), поэтому на его выходе формируется ИП циклически сдвинутая относительно СП на количество элементов, двоичное представление которого равно коду информационного символа.

Выходной сигнал ПЗУ 3 поступает на один из информационных входов коммутатора 9. Синхронизирующая последовательность (СП) с выхода ПЗУ 6 поступает на вход D-триггера 8 и один из входов сумматора по модулю два 12. На тактовый вход D-триггера 8 поступает сигнал тактовой частоты с выхода ФСТЧ 4, а на его выходе формируется задержанная на один период тактовой частоты СП, которая поступает на второй вход сумматора по модулю два 12.

В сумматоре по модулю два 12 осуществляется сравнение текущего элемента СП с предыдущим. Если они отличаются на выходе сумматора по модулю два формируется сигнал с уровнем логической единицы, а если совпадают – с уровнем логического нуля. Выходной сигнал сумматора по модулю два 12 поступает на вход управления коммутатора 9, на второй информационный вход которого поступает сигнал с выхода D-триггера 15. На выходе коммутатора 9 формируется модулирующая последовательность, которая в D-триггере 15 сигналом тактовой частоты задерживается на один период тактовой частоты.

Таким образом, при формировании текущего значения модулирующей последовательности на один вход коммутатора 12 поступает предыдущий элемент модулирующей последовательности, а на второй вход – текущий элемент циклически сдвинутый ИП с выхода ПЗУ 3.

При несовпадении текущего элемента СП с предыдущим, сигнал с выхода сумматора по модулю два 12 подключает к выходу коммутатора 9 выход D-триггера 15. В этом случае текущий элемент модулирующей последовательности становится равным её предыдущему элементу.

Если текущий элемент СП совпадает с предыдущим, выходной сигнал сумматора по модулю два 12 подключает к выходу коммутатора 9 выход ПЗУ 3. В этом случае текущий элемент модулирующей последовательности равен текущему элементу циклически сдвинутой ИП.

Модулирующая последовательность с выхода коммутатора 9 поступает на один из входов сумматора по модулю два 7, на второй вход которого подается дополнительный бит информации с выхода параллельного регистра 1. На выходе сумматора по модулю два 7 формируется последовательность инвертированных элементов модулирующей последовательности, если дополнительный бит информации равен единице, в противном случае – модулирующая последовательность. Синхронизирующая последовательность в преобразователе уровня 17 приводится к биполярному виду и поступает на вход перемножителя 18, на второй вход которого поступает сигнал несущей частоты с выхода ФСНЧ 11. Модулирующая последовательность с инвертированными или неинвертированными элементами приводится к биполярному виду в преобразователе уровня 13 и поступает на вход перемножителя 14, на второй вход которого подается сигнал несущей частоты, сдвинутый по фазе на девяносто градусов в фазовращателе 10.

На выходе перемножителя 18 формируется сигнал несущей частоты, манипулированный по фазе на сто восемьдесят градусов элементами синхронизирующей последовательности. На выходе перемножителя 14 формируется сигнал несущей частоты, сдвинутый по фазе на девяносто градусов и манипулированный по фазе на сто восемьдесят градусов инвертированными или неинверированными элементами модулирующей последовательности. В сумматоре 17 суммируются оба фазоманипулированных сигнала.

ИСТОЧНИКИ ИНФОМАЦИИ

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

2. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. – 1104с., с.733-819.

3. Патент RU 2279 183 С2. Способ передачи информации в системе связи с широкополосными сигналами. Опубликовано 27.06.2006. Бюл. №18.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиосистемах для снижения уровня внеполосных излучений. Технический результат – снижение скачков фазы до девяноста градусов формируемого сигнала, которым манипулируют сигналы несущей частоты. Такой технический результат обеспечивается тем, что формируют два сигнала несущей частоты, сдвинутые между собой по фазе на девяносто градусов, и сигнал тактовой частоты, из которого формируют синхронизирующую (СП) и информационную (ИП) псевдослучайные последовательности. Формируют модулирующую последовательность, текущий элемент которой равен предыдущему, если текущий элемент СП отличается от предыдущего элемента СП, в противном случае он равен текущему элементу циклически сдвинутой ИП, а второй сигнал несущей частоты манипулируют по фазе на сто восемьдесят градусов инвертированными или неинвертированными элементами модулирующей последовательности, в зависимости от значения дополнительного передаваемого бита информации и суммируют оба сигнала. 1 ил.

Способ формирования шумоподобных фазоманипулированных сигналов, заключающийся в том, что формируют сигнал тактовой частоты и два сигнала несущей частоты, сдвинутые между собой по фазе на девяносто градусов, из сигнала тактовой частоты формируют двоичные квазиортогональные псевдослучайные последовательности, сфазированные между собой, синхронизирующую (СП) и информационную (ИП), на каждом периоде повторения СП осуществляют циклический сдвиг ИП относительно СП на количество элементов, определяемое передаваемым информационным символом, а также один из сигналов несущей частоты манипулируют по фазе на сто восемьдесят градусов элементами СП, отличающийся тем, что формируют модулирующую последовательность, текущий элемент которой равен предыдущему, если текущий элемент СП отличается от предыдущего элемента СП, в противном случае он равен текущему элементу циклически сдвинутой ИП, а второй сигнал несущей частоты манипулируют по фазе на сто восемьдесят градусов инвертированными или неинвертированными элементами модулирующей последовательности, в зависимости от значения дополнительного передаваемого бита информации и суммируют оба фазоманипулированных сигнала.