СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫХ РАДИОСИГНАЛОВ
METHOD OF FORMATION OF NOISEIMMUNE RADIO SIGNALS

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для повышения помехоустойчивости радиосигналов (PC) в системах связи.
Известны различные способы формирования помехоустойчивых PC. (см. патенты РФ № 2231924, 2205496). В предлагаемых способах для формирования шумоподобных PC, используют модуляцию несущего колебания псевдослучайной последовательностью (ПСП).
Известен способ формирования шумоподобных радиоимпульсов для передачи бинарных символов информации сложными сигналами [патент RU 2231924 С1 от 27.06.2004]. Заявленное изобретение относится к системам передачи информации и включает минимальную кодочастотную модуляцию несущей частоты путем суммирования модулированных по амплитуде и фазе колебания квадратурных каналов, модулирующие кодовые последовательности которых получают перекодировкой кодовой последовательности шумоподобных радиоимпульса, стробирование полученной суммы видеоимпульсом, равным длительности кодовой последовательности, формирование противоположного сигнала инверсией кода модулирующей кодовой последовательности одного из квадратурных каналов.
Недостатком данного способа является сложность его реализации, связанная с необходимостью формирования квадратурных каналов. Кроме того, в указанном способе применяется энергетически неоптимальная сигнально-кодовая конструкция, включающая амплитудно-фазовую модуляцию, что снижает эффект повышения помехоустойчивости.
Известен способ формирования и обработки сложного сигнала в помехо-защищенных радиосистемах [патент RU 2205496 С1 от 27.05.2003]. Заявленное изобретение относится к области радиотехники и включает фазовую манипуляцию (ФМ) несущего колебания ПСП и сигналом информации, на приемной стороне - снятие ПСП с последующей демодуляцией в схеме Костаса, причем в качестве несущего колебания используют модифицированный полосовой шум.
Недостатком данного способа является то, что повышение скрытности передаваемого PC достигается за счет снижения помехоустойчивости приемника радиолинии.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявленному является способ формирования помехоустойчивых сигналов [патент RU 2412551 С2, опубликованный 20.02.2011, Бюл. №5]. В способе-аналоге предварительно формируют биортогональные вейвлет-функции (БВФ), затем задают числовую ПСП, которую модулируют двоичной ФМ, при этом "0" и "1" модулируют противоположными БВФ.
Недостатком наиболее близкого аналога является относительно низкая помехоустойчивость, связанная с недостаточным увеличением ширины полосы PC, модулированного БВФ по сравнению с шириной полосы PC, модулированного двоичной ФМ.
Целью заявленного технического решения является разработка способа формирования помехоустойчивых PC, обеспечивающего повышение помехоустойчивости PC путем увеличения ширины полосы, занимаемой ими частот.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе формирования помехоустойчивых PC, основанном на формировании широкополосного сигнала, для которого используют расширение спектра методом ПСП, которую модулируют БВФ. Для модуляции логических элементов «1» и «0» используют пары из прямой и инверсной ей вейвлет-функции, причем при модуляции логического элемента «1» формируют пару, в которой прямая вейвлет-функция является первой в паре, а инверсная второй, или в которой инверсная вейвлет-функция является первой, а прямая второй. При этом при модуляции логического элемента «0» используют в парах обратную расстановку прямой и инверсной вейвлет-функции, по отношению к их расстановке в случае модуляции логического элемента «1».
Причем при формировании пары БВФ, которыми модулируют логические элементы, используют прямую и инверсную формы функции производной от функции Гаусса произвольного порядка.
Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе обеспечивается повышение помехоустойчивости PC за счет использования при модулировании каждого «0» и каждой «1» ПСП парой из прямой и инверсной (инверсной и прямой) форм БВФ.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг. 1 - числовая бинарная ПСП 1010010100, сформированная с помощью генератора случайных чисел;
фиг. 2 - временное представление БВФ: а - прямая форма БВФ; б - инверсная форма БВФ;
фиг. 3 - временное представление сигнала «1» Sl(t), построенного на основе пары: а - прямой и инверсной формы БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса; б - инверсной и прямой формы БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса;
фиг. 4 - временное представление сигнала «0» S0(t), построенного на основе пары: а - инверсной и прямой формы БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса; б - прямой и инверсной формы БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса;
фиг. 5 - PC, сформированный путем модулирования числовой бинарной ПСП, представленной на фиг. 1, сигналами на основе пар прямой и инверсной форм БВФ для «1» и инверсной и прямой форм БВФ для «0»;
фиг. 6 - PC, сформированный путем модулирования числовой бинарной ПСП, представленной на фиг. 1, сигналами на основе прямой формы БВФ для «1» и инверсной формы БВФ для «0»;
фиг. 7 - спектр (модуль) PC, сформированного путем модулирования числовой бинарной ПСП, представленной на фиг. 1, сигналами на основе пар прямой и инверсной форм БВФ для «1» и инверсной и прямой форм БВФ для «0»;
фиг. 8 - спектр (модуль) PC, сформированного путем модулирования числовой бинарной ПСП, представленной на фиг. 1, сигналами на основе прямой формы БВФ для «1» и инверсной формы БВФ для «0».
Реализация заявленного способа объясняется следующим образом.
п. 1. Предварительно задают числовую бинарную ПСП.
Числовая бинарная ПСП может задаваться, например, с помощью генератора случайных сигналов. Генераторы случайных сигналов известны и описаны, например, в патенте РФ № 2168260 от 27.05.2001.
В качестве примера на фиг. 1 показана числовая бинарная ПСП 1010010100, сформированная с помощью генератора случайных чисел.
п. 2. Значения «1» и «0» модулируют предварительно сформированными парами БВФ.
На фиг. 2 показаны примеры прямой (см. фиг. 2а) и инверсной (см. фиг. 2б) формы БВФ, из которых формируют пары для модуляции логических элементов (в предлагаемом описании способа используют функцию второй производной от функции Гаусса).
На фиг. 3а показано временное представление сигнала S1(t), сформированного на основе пары прямой и инверсной формы БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса, а на фиг. 3б - временное представление сигнала S1(t), сформированного на основе пары инверсной и прямой формы БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса.
На фиг. 4а - временное представление сигнала S0(t), сформированного на основе пары инверсной и прямой формы БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса, а на фиг. 4б - временное представление сигнала S0(t), сформированного на основе пары прямой и инверсной формы БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса.
Функция второй производной от функции Гаусса известна (фиг.2). Принцип ее формирования описан, см. [Н.М. Асафьев. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения // Успехи физических наук, т.166, № 11, 1996 г., с. 1152] и [патент RU 2412551 C2, опубликованный 20.02.2011 г. Бюл. №5].
Использование пары прямой и инверсной формы БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса, для модулирования логических элементов ПСП приводит к увеличению занимаемой PC полосы частот и тем самым позволяет увеличить базу сигнала. В свою очередь увеличение базы сигнала приводит к повышению его помехоустойчивости.
База сигнала - это произведение эффективного значения длительности сигнала и эффективного значения ширины его спектра [см. С.И. Баскаков. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: «Высшая школа», 2-е изд., 1988, 446 с.].
п.3. Модулируют значения «0» и «1» в ПСП парой прямой и инверсной формы БВФ и парой инверсной и прямой формы БВФ.
Процедуры модуляции известны [патент RU 2412551 C2 от 20.02.2011 г.]. На фиг. 5 представлен PC Z(t), сформированный путем модулирования числовой бинарной ПСП сигналами на основе пар БВФ. Единицы модулируют S1(t) - сигналом на основе пары прямой и инверсной форм БВФ, а нули модулируют S0(t) - сигналом на основе пары инверсной и прямой форм БВФ.
Целью заявленного технического решения является разработка способа формирования помехоустойчивых PC, обеспечивающего повышение помехоустойчивости PC путем увеличения ширины полосы, занимаемой ими частот.
Указанное увеличение ширины полосы занимаемых частот получено по отношению к PC V(t) - сформированного, путем модулирования числовой бинарной ПСП (см. фиг. 1) сигналами БВФ и ее противоположной формы, используемых для формирования помехоустойчивых PC в наиболее близком аналоге [патент RU 2412551 С2 от 20.02.2011] (см. фиг. 6).
На фиг.7 показан Fz(f) - модуль спектра PC Z(t), сформированного путем модулирования числовой бинарной ПСП сигналами на основе пар БВФ. А на фиг. 8 показан Fv(f) - модуль спектра PC, сформированного путем модулирования числовой бинарной ПСП, представленной на фиг. 1 сигналами на основе БВФ и ее инверсной формы.
Анализ полученных спектров показал увеличение ширины полосы PC, модулированного сигналами на основе пар БВФ, по отношению к PC, модулированного сигналами на основе одиночных БВФ, более чем в 1,5 раза. Или более чем в 4,9 раза по сравнению с шириной полосы сигнала, модулированного двоичной ФМ. При этом увеличение помехоустойчивости полученного PC пропорционально увеличению ширины полосы см. [патент RU 2412551 С2 от 20.02.2011] (измерение ширины спектров проводилось по уровню 20 дБ относительно максимального значения модуля спектра в соответствии с требованиями вычисления статистических оценок [Математический энциклопедический словарь. М.: Сов. Энциклопедия, 1988. 847 с.; Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике. Пер. с англ. - М.: Наука, 1977. стр. 638-643]).
Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе обеспечивается повышение помехоустойчивости PC за счет использования при модулировании каждого «0» и каждой «1» ПСП парой из прямой и инверсной (инверсной и прямой) форм БВФ.