Способ формирования шумоподобных сигналов Российский патент 2025 года по МПК H04L27/20 

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах передачи данных шумоподобными сигналами.

Основной задачей, среди решаемых при проектировании таких систем, является повышение скорости передачи данных при одновременном обеспечении высокой достоверности их приема в условиях воздействия как естественных помех, так и помех от средств радиоэлектронного подавления.

Большинство систем связи с шумоподобными сигналами, описанных в научных публикациях [1, 2, 3] и патентах [4, 5], используют для передачи данных двоичные алфавиты сигналов. Повышение скорости передачи данных в таких системах связи возможно только за счет сокращения длительности сигналов, то есть уменьшения их базы [3. стр. 5]. Это приводит к снижению помехоустойчивости системы связи [3. стр. 6].

Одним из путей повышения помехоустойчивости системы связи при высокой скорости передачи данных является использование алфавита сигналов большого объема [3. стр. 163].

Из известных способов формирования шумоподобных сигналов с большим объемом алфавита наиболее близким по количеству совпадающих признаков к заявляемому способу является способ формирования шумоподобных сигналов, описанный в [6].

Согласно этому способу формируют два сигнала несущей частоты, сдвинутые между собой по фазе на девяносто градусов, и сигнал тактовой частоты. Из сигнала тактовой частоты формируют две квазиортогональные или ортогональные двоичные псевдослучайные последовательности. Осуществляют фазирование псевдослучайных последовательностей. На каждом периоде повторения псевдослучайных последовательностей одну из них сдвигают относительно другой. При этом цифровые данные, поступающие от источника информации за время равное длительности одного периода повторения псевдослучайных последовательностей, взаимно однозначно преобразуют в величину этого сдвига. Сдвинутую псевдослучайную последовательность манипулируют по фазе дополнительной передаваемой информацией. Полученной последовательностью манипулируют по фазе один из сигналов несущей частоты. Второй сигнал несущей частоты манипулируют по фазе второй псевдослучайной последовательностью. Суммируют два фазоманипулированных сигнала несущей частоты.

Недостатком способа-прототипа является неэффективное использование мощности излучаемого сигнала, так как только одна квадратурная составляющая сигнала передает информацию.

Целью изобретения является передача цифровых данных по обеим квадратурным составляющим сигнала. Достигаемый технический результат - повышение скорости передачи данных.

Для решения поставленной в изобретении задачи в способе формирования шумоподобных сигналов, заключающемся в том, что формируют два сигнала несущей частоты, сдвинутые между собой по фазе на девяносто градусов, и сигнал тактовой частоты, из которого формируют две периодические квазиортогональные псевдослучайные последовательности импульсов (ПСП), сфазированные между собой, а на каждом периоде ПСП формируют циклически сдвинутую копию одной из ПСП, которой манипулируют по фазе один из сигналов несущей частоты, согласно изобретению на каждом периоде ПСП формируют циклически сдвинутую копию второй ПСП, которой манипулируют по фазе второй сигнал несущей частоты и суммируют фазоманипулированные сигналы, а передаваемые цифровые данные взаимно однозначно преобразуют в разность значений циклических сдвигов копий одной из ПСП на соседних периодах ПСП и в разность значений циклических сдвигов копий двух ПСП на одном и том же периоде ПСП.

Способ формирования шумоподобных сигналов заключается в последовательном выполнении следующих операций:

- Формируют два сигнала несущей частоты, сдвинутые между собой по фазе на девяносто градусов.

- Формируют сигнал тактовой частоты.

- Из сигнала тактовой частоты формируют две периодические квазиортогональные псевдослучайные последовательности импульсов (ПСП), сфазированные между собой.

- Цифровые данные, передаваемые на n-ом периоде ПСП взаимно однозначно преобразуют в два целых неотрицательных числа и не превышающих число N-1, где N - количество элементов ПСП.

- На каждом периоде ПСП формируют циклически сдвинутые копии обеих ПСП. Если ПСП описывается последовательность амплитуд импульсов (кодовой последовательностью [3. стр. 39]).

,

то циклически сдвинутой копии соответствует кодовая последовательность

,

где k - значение циклического сдвига.

Значения циклических сдвигов копий ПСП на n-ом периоде ПСП определяются следующим образом. Для копии одной из ПСП значение её циклического сдвига зависит от значения её сдвига на предыдущем (n-1)-ом периоде ПСП и вычисляется по формуле:

.

Значение циклического сдвига копии второй ПСП вычисляется по формуле:

.

Из этих двух формул следует:

,

Таким образом, передаваемые цифровые данные взаимно однозначно преобразуются в разность значений циклических сдвигов копий одной из ПСП на соседних периодах ПСП и в разность значений циклических сдвигов копий двух ПСП на одном и том же периоде ПСП.

Циклически сдвинутыми копиями ПСП манипулируют по фазе сигналы несущей частоты и суммируют оба фазоманипулированных сигнала.

Преобразование передаваемых цифровых данных в числа и может осуществляться различными способами, в том числе и с применением помехоустойчивого кодирования. В простейшем случае биты цифровых данных могут быть значениями разрядов двоичных представлений чисел и .

Так как и не могут превышать число N - 1, то максимальное количество бит данных, передаваемых за один период ПСП равно . В способе-прототипе оно равно . Таким образом, заявляемый способ позволяет увеличить скорость передачи данных почти в два раза.

В отличие от способа-прототипа прием цифровых данных может осуществляться некогерентными методами, так как фаза несущей частоты не является информационным параметром. Это имеет большое значение для радиоканалов, в которых слежение за несущей частотой сигнала в приемнике невозможно или технически сложно. Кроме того, при большом алфавите сигналов (количестве возможных циклических сдвигов копий ПСП) помехоустойчивости некогерентного и когерентного приема информации отличаются незначительно [3. стр. 163, рис. 7.6].

Способ некогерентного приема данных включает в себя следующие операции:

- Для каждой ПСП, на каждом периоде ПСП вычисляют корреляции квадратурных огибающих принимаемого сигнала с её всевозможными циклически сдвинутыми копиями.

- Вычисляют суммы квадратов корреляций квадратурных огибающих для каждого сдвига.

- Определяют максимальное значение сумм квадратов и соответствующее ему значение циклического сдвига.

- Для одной из ПСП вычисляют разность по модулю найденных значений циклических сдвигов на соседних периодах ПСП как оценку чисел .

- На одном и том же периоде ПСП вычисляют разность по модулю найденных значений циклических сдвигов двух ПСП как оценку чисел .

- Оценки чисел и преобразуют в принимаемые данные. В том случае когда биты передаваемых данных являются значениями разрядов двоичных представлений чисел и , принимаемые данные являются значениями разрядов двоичных представлений оценок этих чисел.

Еще одним преимуществом заявляемого способа является то, что для приема данных необходимо правильно определить разности значений циклических сдвигов копий ПСП и , а не сами эти значения.

Если в приемнике отсутствует точная синхронизация с принимаемым сигналом по задержке, значения циклических сдвигов копий ПСП вычисляются с некоторой постоянной ошибкой, которая исчезает при вычислении их разностей. Это свойство снижает требование к схеме слежения за задержкой сигнала в приемнике, что немаловажно, например, для систем передачи данных между подвижными объектами.

Пример технической реализации устройства, формирующего шумоподобные сигналы рассматриваемым способом, приведен на фиг. 1.

Устройство содержит:

1 - формирователь тактовой частоты (ФТЧ);

2, 6 - параллельный регистр;

3, 5, 7, 8 - сумматор по модулю N;

4 - счетчик по модулю N;

9 - синтезатор несущей частоты (СНЧ);

10, 11 - постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);

12 - фазовращатель;

13, 14 - перемножитель;

15 - сумматор.

Устройство работает следующим образом. Сигнал тактовой частоты, формируемый ФТЧ 1, поступает на вход счетчика по модулю N 4. На выходах счетчика 4 формируется периодическая последовательность многоразрядных двоичных чисел [0, 1, …, N-1], которая поступает на один из многоразрядных входов сумматоров по модулю N 7 и 8. Сигнал с выхода переноса счетчика по модулю N 4 поступает на тактовые входы параллельных регистров 2, 6 и внешнее устройство передачи данных (УПД). По этому сигналу УПД выдает очередные передаваемые данные в параллельном коде и . Часть разрядов кода (двоичное представление числа ) поступает на вход параллельного регистра 2, а часть (двоичное представление числа ) - на один из многоразрядных входов сумматора по модулю N 3, на его второй вход поступает многоразрядное число с выхода параллельного регистра 6. На выходах сумматора по модулю N 3 формируется двоичный код числа , который записывается в параллельный регистр 6 импульсом (ТИ) с выхода переноса счетчика по модулю N 4. Этим же импульсом в параллельный регистр 2 записывается двоичный код числа .

Двоичный код числа с выходов параллельного регистра 6 поступает на второй многоразрядный вход сумматора по модулю N 8 и на один из многоразрядных входов сумматора по модулю N 5. На его второй вход поступает двоичный код числа с выходов параллельного регистра 2, а на выходах формируется двоичный код числа , который поступает на второй многоразрядный вход сумматора по модулю N 7. Поскольку на первый вход сумматора по модулю N 7 поступают двоичные коды последовательности [0, 1, …, N-1], на его выходах формируются двоичные коды последовательности [], то есть циклически сдвинутой на элементов последовательности [0, 1, …, N-1].

Аналогично, на выходах сумматора по модулю N 8, формируются двоичные коды последовательности [], то есть циклически сдвинутой на элементов последовательности [0, 1, …, N-1].

Выходные сигналы сумматоров по модулю N 7 и 8 поступают на адресные входы ПЗУ 10 и 11 соответственно, в которых записаны значения элементов псевдослучайных последовательностей (ПСП). Когда на адресные входы ПЗУ 10 и 11 поступают двоичные коды периодической последовательности [0, 1, …, N-1], на их выходах формируются периодически ПСП, сфазированные между собой.

Если на очередном периоде последовательности [0, 1, …, N-1] на адресные входы поступают циклически сдвинутые последовательности [0, 1, …, N-1], на их выходах формируются циклически сдвинутые копии ПСП, причем значения сдвигов равны значениям сдвигов последовательности адресов. Таким образом, на выходе ПЗУ 10 формируется циклически сдвинутая на элементов копия одной из ПСП, а на выходе ПЗУ 11 - циклически сдвинутая на элементов копия второй ПСП.

Копии ПСП с выходов ПЗУ 10 и 11 поступают на входы перемножителей 13 и 14 соответственно. На второй вход перемножителя 14 поступает сигнал несущей частоты с выхода СНЧ 9, а на второй вход перемножителя 13 - сигнал несущей частоты, сдвинутый по фазе на девяносто градусов в фазовращателе 12.

В перемножителях 13 и 14 копии ПСП, приведенные к биполярному виду, перемножаются с сигналами несущей частоты, в результате чего формируются фазоманипулированные сигналы. Выходные сигналы перемножителей 13 и 14 суммируются в сумматоре 15, на выходе которого формируется сигнал передающего устройства.

ИСТОЧНИКИ ИНФОМАЦИИ

1. 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.

2. Борисов В. И. и др. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью - М.: Радио и связь, 2003. - 641 с.

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

4. Патент RU 2646353 С1. Передатчик повышенной структурной и энергетической скрытности. Опубликовано 02.03.2018. Бюл. №7.

5. Патент RU 2127486 С1. Способ и устройство передачи сообщений широкополосными сигналами. Опубликовано 10.03.1999.

6. Патент RU 2279183 С2. Способ передачи информации в системе связи с широкополосными сигналами. Опубликовано 27.06.2006. Бюл. №18.

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах передачи данных шумоподобными сигналами. Техническим результатом изобретения является повышение скорости передачи данных. Способ формирования шумоподобных сигналов состоит в том, что формируют две периодические квазиортогональные псевдослучайные последовательности импульсов (ПСП), сфазированные между собой. На каждом периоде ПСП формируют их циклически сдвинутые копии, которыми манипулируют по фазе два сигнала несущей частоты, сдвинутые между собой по фазе на девяносто градусов, и суммируют фазоманипулированные сигналы. Передаваемые цифровые данные взаимно однозначно преобразуют в разность значений циклических сдвигов копий одной из ПСП на соседних периодах ПСП и в разность значений циклических сдвигов копий двух ПСП на одном и том же периоде ПСП. 1 ил.

Способ формирования шумоподобных сигналов, заключающийся в том, что формируют два сигнала несущей частоты, сдвинутые между собой по фазе на девяносто градусов, и сигнал тактовой частоты, из которого формируют две периодические квазиортогональные псевдослучайные последовательности импульсов (ПСП), сфазированные между собой, а на каждом периоде ПСП формируют циклически сдвинутую копию одной из ПСП, которой манипулируют по фазе один из сигналов несущей частоты, отличающийся тем, что на каждом периоде ПСП формируют циклически сдвинутую копию второй ПСП, которой манипулируют по фазе второй сигнал несущей частоты и суммируют фазоманипулированные сигналы, а передаваемые цифровые данные взаимно однозначно преобразуют в разность значений циклических сдвигов копий одной из ПСП на соседних периодах ПСП и в разность значений циклических сдвигов копий двух ПСП на одном и том же периоде ПСП.