Структурно-частотный способ повышения помехозащищённости радиоканала передачи данных Российский патент 2023 года по МПК H04L27/10 H04L25/49 H03M5/12 

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для применения в системах радиосвязи (СРС), использующих структурно-частотный способ повышения помехозащищенности цифрового частотно-модулированного радиосигнала манчестерского кода.

Известен Способ формирования шумоподобных радиоимпульсов для передачи бинарных символов информации сложными сигналами (Патент №2231924 Российская Федерация, МГЖ Н04В 1/69 (2006.01). Способ формирования шумоподобных радиоимпульсов для передачи бинарных символов информации сложными сигналами: №2003100971: заявл. 13.01.2003: опубл. 27.06.2004 / Засенко В.Е., Просвирякова Л.В. - 7 с.: ил. Текст: непосредственный).

В известном способе осуществляют минимальную кодочастотную модуляцию несущей частоты путем суммирования модулированных по амплитуде и фазе колебаний квадратурных каналов, модулирующие кодовые последовательности которых получают перекодировкой кодовой последовательности шумоподобного радиоимпульса, осуществляют стробирование полученной суммы видеоимпульсом, равным длительности кодовой последовательности, формирование противоположного сигнала осуществляют инверсией кода модулирующей кодовой последовательности одного из квадратурных каналов.

Недостатком известного способа является относительно низкая структурная и частотная скрытности формируемого сигнала вследствие малого значения его базы и отсутствие технических операций по применению режима псевдослучайной перестройки рабочих частот и как следствие, низкая помехозащищенность радиоканала.

Известен Способ передачи двоичной информации сложными сигналами с внутриимпульсной минимальной частотной манипуляцией (Патент №2358404 Российская Федерация, МПК H01L 27/10. Способ передачи двоичной информации сложными сигналами с внутриимпульсной минимальной частотной манипуляцией: опубл. 10.06.2009, Бюл. №16).

В известном способе осуществляют минимальную кодочастотную модуляцию несущей частоты путем суммирования модулированных по амплитуде и фазе колебаний квадратурных каналов. Для чего генерируют модуляционные коды квадратурной и синфазной составляющих сложного сигнала с частотой следования бит информационной последовательности. Определяют четные и нечетные тактовые интервалы, четные и нечетные единичные биты информационной последовательности. Формируют модуляционные кодовые последовательности синусного и косинусного каналов и осуществляют замену квадратурных модуляционных кодов, стоящих на четных интервалах синусного канала, на синфазные модуляционные коды четных интервалов косинусного канала и наоборот. Затем полученные последовательности преобразуют в двух полярный код и модулируют по фазе синусное и косинусное гармонические колебания поднесущей частоты, период которой равен четырехкратной длительности элементарной посылки применяемого кода, после этого модулированные по фазе колебания подают на квадратурный модулятор несущей частоты.

Недостатком известного способа является относительно низкая структурная и частотная скрытности формируемого сигнала вследствие малого значения его базы и отсутствие технических операций по применению режима псевдослучайной перестройки рабочих частот и как следствие, низкая помехозащищенность радиоканала.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и взятым за прототип является Способ формирования структурно-скрытных, помехозащищенных радиосигналов однополосной модуляции с использованием кодов Баркера (Патент №2749877 Российская Федерация, МПК H04L 5/00 (2021.02). Способ формирования структурно-скрытных, помехозащищенных радиосигналов однополосной модуляции с использованием кодов Баркера: №2022118853: заявл. 01.06.2020: опубл. 18.06.2021 / Крячко А.Ф., Дворников С.В., Пшеничников А.В., Манаенко С.С., Глухих И.Н., Дворников С.С. - 11 с.: ил. Текст: непосредственный).

В способе-прототипе используют технологию повышения структурной скрытности сигнала с контролем пригодности рабочих частот.На передающей стороне формируют информационную и тестовую битовые последовательности, каждый бит информационной и тестовой последовательностей расширяют кодом Баркера, формируют радиосигнал и передают его, на приемной стороне принятый радиосигнал демодулируют, вычисляют взаимные корреляции последовательностей демодулированного сигнала на интервале кода Баркера, которые сравнивают с пороговым значением, оценивают состояние радиоканала, по результатам оценки принимают решение о дальнейшей работе радиолинии, при этом объединяют тестовую и информационную последовательности в общую последовательность таким образом, чтобы количество битов информационной последовательности не менее чем в 10 раз превышало количество битов тестовой последовательности; формируют радиоимпульсы путем модуляции битов общей последовательности, соответственно прямой и инверсной вейвлет-функциями произвольного порядка; на основе сформированных радиоимпульсов формируют радиосигнал однополосной модуляции, который излучают в направлении приемной стороны; на приемной стороне осуществляют демодуляцию однополосного сигнала; вычисляют взаимную корреляцию общей последовательности демодулированных радиоимпульсов с последовательностями радиоимпульсов, соответствующих кодам Баркера, модулированных прямой и инверсной вейвлет-функциями произвольного порядка, аналогичным на передающей стороне; после сравнения результатов корреляции с пороговыми значениями, выделяют информационную последовательность битов и передают ее получателю; тестовую последовательность битов сравнивают с исходной тестовой последовательностью и оценивают состояние радиоканала, если принятая тестовая последовательность битов совпадает с исходной тестовой последовательностью, то принимают решение о пригодности радиоканала, а если не совпадает, то радиоканал считают непригодным, настраивают приемный тракт на новую частоту, заранее известную на передающей стороне; из принятой тестовой последовательности битов аналогичным образом формируют ответные радиоимпульсы, модулируют их и передают по радиоканалу на той частоте, на которой осуществлялся прием; на передающей частоте принимают ответный радиосигнал, аналогичным образом обрабатывают его и полученную ответную тестовую последовательность битов сравнивают с исходной тестовой последовательностью, если принятая ответная тестовая последовательность битов совпадает с исходной тестовой последовательностью, то из последующих информационных последовательностей битов аналогичным образом формируют радиосигналы однополосной модуляции и передают их в радиоканале на прежней частоте; если ответная и исходная тестовые последовательности не совпадают, то радиоканал считают непригодным и настраивают передающий тракт на новую частоту, на которую уже перестроился приемный тракт на приемной стороне и первоначально повторяют передачу той информационной последовательности, которая перед этим передавалась по непригодному радиоканалу; указанные действия выполняют до тех пор, пока не будут переданы все информационные последовательности.

Недостатком способа-прототипа является относительно низкая структурная, энергетическая скрытность формируемого сигнала, вследствие ограниченности возможностей по расширению базы широкополосного сигнала, обладающего малой спектральной плотностью мощности в заданной сигнально-помеховой обстановке и пропорциональной используемому коду Баркера (3, 4, 5, 7, 11, 13 разрядов), а также недостаточная частотная скрытность, в виду отсутствия технических операций по применению режима псевдослучайной перестройки рабочих частот, следствием чего является низкая помехозащищенность радиоканала.

На устранение указанных недостатков направлено новое техническое решение, а именно Структурно-частотный способ повышения помехозащищенности радиоканала передачи данных.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего формировать на основе цифрового частотно-модулированного сигнала манчестерского кода энергетически скрытные широкополосные шумоподобные радиосигналы с применением кодов Баркера, а также обеспечивающего частотную скрытность за счет смены рабочей частоты передаваемого радиосигнала в режиме псевдослучайной перестройки рабочих частот.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение структурной, энергетической и частотной скрытности радиосигнала и, как следствие, повышение помехозащищенности радиоканала.

Структурно-частотный способ повышения помехозащищенности радиоканала передачи данных, заключающийся в том, что, на передающей стороне формируют информационную битовую последовательность, каждый бит которой расширяют кодом Баркера. На основе сформированных радиоимпульсов формируют радиосигнал, который излучают в направлении приемной стороны. На приемной стороне осуществляют демодуляцию сигнала, выделяют информационную последовательность битов и передают ее получателю.

Принципиальным отличием от прототипа является то, что перед началом работы обеспечивают синхронизацию передающей и приемной сторон посредством предварительного программирования режима синхронной перестройки рабочей частоты по псевдослучайному закону. На передающей стороне цифровые информационные битовые последовательности манчестерского кода, в зависимости от сигнально-помеховой обстановки, расширяют заданным кодом Баркера с возможностью n-кратного уплотнения каждого бита выбранным кодом Баркера, формируют частотно-модулированный широкополосный шумопоподобный радиосигнал манчестерского кода малой спектральной плотности мощности ниже уровня плотности мощности естественных радиопомех и передают его на приемную сторону, синхронизированную с передающей стороной. При этом, каждую информационную битовую последовательность манчестерского кода передают на разном частотном канале в соответствии с заданным режимом псевдослучайной частоты. На приемной стороне выполняют демодуляцию кода Баркера в цифровую информационную битовую последовательность манчестерского кода.

Технический результат достигается за счет совокупности новых существенных признаков, заключающихся в синхронизации передающих и приемных сторон для одновременного обеспечения режима смены рабочей частоты передаваемого сигнала по псевдослучайному закону для обеспечения частотной скрытности и формировании широкополосных шумоподобных радиосигналов малой спектральной плотности мощности заданной базы в зависимости от заданной сигнально-помеховой обстановки, обеспечивающих их энергетическую скрытность ниже уровня естественных помех на основе кодирования исходных частотно-модулированных сигналов различными последовательностями Баркера с возможностью n-кратного уплотнения бита, в результате чего обеспечивается повышение структурной и энергетической скрытности, и, как следствие, помехозащищенность радиоканала.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг. 1, а - формирование цифровой информационной битовой последовательности;

фиг. 1, б - принцип кодирования цифровой информационной битовойпо-следовательности манчестерским кодом;

фиг. 1, в - принцип расширения цифровой информационной битовой последовательности манчестерского кода трехэлементным кодом Баркера, с возможностью n-кратного уплотнения;

фиг. 1, г - принцип модуляции радиоимпульсов манчестерского кода, расширенных трехэлементным кодом Баркера, путем частотной модуляции битов;

На фиг. 1, а представлен принцип формирования цифровой информационной битовой последовательности.

На фиг. 1, б, представлен фрагмент цифровой информационной битовой последовательности манчестерского кода.

На фиг. 1, в, показан принцип расширения цифровой информационной битовой последовательности манчестерского кода трехэлементным кодом Баркера.

На фиг. 1, г, показан принцип модуляции сформированной последовательности радиоимпульсов, который соответствует четырем импульсам, расширенным трехэлементным кодом Баркера.

Осуществление способа

Структурно-частотный способ повышения помехозащищенности радиоканала передачи данных заключается в следующем: перед началом работы радиоканала необходимо обеспечить синхронизацию передающей и приемной сторон посредством предварительного программирования режима синхронной перестройки рабочей частоты по псевдослучайному закону, а также определить последовательность кода Баркера, обеспечивающую структурную и энергетическую скрытность в заданной (предполагаемой) сигнально-помеховой обстановке. На передающей стороне формируют цифровую информационную битовую последовательность манчестерского кода. В результате чего получают последовательности импульсов, соответствующих логическим «0» и «1». Данную информационную битовую последовательность манчестерского кода расширяют заданным кодом Баркера, с возможностью n-кратного уплотнения. Для расширения импульсов, соответствующих логическим «1» и «0», используется прямая и обратная форма кода Баркера, которые обеспечивают пропорциональное расширение базы и формирование шумоподобного сигнала малой спектральной плотности мощности ниже уровня естественных радиопомех.

Далее формируются радиоимпульсы путем частотной модуляции битов цифровой информационной последовательности манчестерского кода. Каждая закодированная последовательность излучается на разном частотном радиоканале, в соответствии с заданным режимом перестройки на псевдослучайную рабочую частоту при условии, что время перестройки на следующий частотный канал не будет превышать времени гарантированного перебора, определяемого параметрами передаваемой команды и возможным числом частотных радиоканалов.

На приемной стороне осуществляют перестройку принятого сигнала с псевдослучайной частоты на рабочую частоту, переводят частоту на промежуточные частоты и осуществляют демодуляцию кода Баркера в цифровую информационную битовую последовательность манчестерского кода. Результатом демодуляции является цифровая информационная битовая последовательность радиоимпульсов манчестерского кода.

Очередная информационная битовая последовательность манчестерского кода передается на другом частотном канале в соответствии с программой псевдослучайной перестройки рабочей частоты. Частота также изменяется через определенные запрограммированные участки времени.

Таким образом, в заявляемом изобретении при его реализации обеспечивается повышение структурной, энергетической и частотной скрытности и, как следствие, повышение помехозащищенности радиоканала.

Заявленный способ промышленно применим, так как для его осуществления используются широко распространенные компоненты и изделия радиотехнической промышленности и вычислительной техники.

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для применения в системах радиосвязи (СРС), использующих структурно-частотный способ повышения помехозащищенности цифрового частотно-модулированного радиосигнала манчестерского кода. Техническим результатом изобретения является повышение структурной, энергетической и частотной скрытности радиосигнала и, как следствие, повышение помехозащищенности радиоканала. Структурно-частотный способ повышения помехозащищенности радиоканала передачи данных дополнительно заключается в том, что перед началом работы обеспечивается синхронизация передающей и приемной сторон посредством предварительного программирования режима синхронной перестройки рабочей частоты по псевдослучайному закону. На передающей стороне цифровые информационные битовые последовательности манчестерского кода, в зависимости от сигнально-помеховой обстановки, расширяют заданным кодом Баркера с возможностью n-кратного уплотнения каждого бита выбранным кодом Баркера, формируют частотно-модулированный широкополосный шумопоподобный радиосигнал манчестерского кода малой спектральной плотности мощности ниже уровня плотности мощности естественных радиопомех и передают его на приемную сторону, синхронизированную с передающей стороной. При этом каждую информационную битовую последовательность манчестерского кода передают на разном частотном канале в соответствии с заданным режимом псевдослучайной частоты. На приемной стороне выполняют демодуляцию кода Баркера в цифровую информационную битовую последовательность манчестерского кода. 1 ил.

Структурно-частотный способ повышения помехозащищенности радиоканала передачи данных, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют информационную битовую последовательность, каждый бит которой расширяют кодом Баркера; на основе сформированных радиоимпульсов формируют радиосигнал, который излучают в направлении приемной стороны; на приемной стороне осуществляют демодуляцию сигнала, выделяют информационную последовательность битов и передают ее получателю, отличающийся тем, что перед началом работы обеспечивают синхронизацию передающей и приемной сторон посредством предварительного программирования режима синхронной перестройки рабочей частоты по псевдослучайному закону; на передающей стороне цифровые информационные битовые последовательности манчестерского кода, в зависимости от сигнально-помеховой обстановки, расширяют заданным кодом Баркера с возможностью n-кратного уплотнения каждого бита выбранным кодом Баркера, формируют частотно-модулированный широкополосный шумопоподобный радиосигнал манчестерского кода малой спектральной плотности мощности ниже уровня плотности мощности естественных радиопомех и передают его на приемную сторону, синхронизированную с передающей стороной; при этом каждую информационную битовую последовательность манчестерского кода передают на разном частотном канале в соответствии с заданным режимом псевдослучайной частоты; на приемной стороне выполняют демодуляцию кода Баркера в цифровую информационную битовую последовательность манчестерского кода.