Способ цифрового формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром
METHOD FOR DIGITAL GENERATION OF PHASE-SHIFT KEYED RADIO SIGNAL WITH SPREAD SPECTRUM

Предлагаемый способ относится к области радиосвязи и может найти применение в радиосистемах, в частности в блоках встроенного контроля приемников, использующих широкополосные фазоманипулированные сигналы.
Известны классические способы формирования фазоманипулированных радиосигналов с расширенным спектром, например, описанные в [1] и [2], в которых манипулируются по фазе гармонические сигналы несущей частоты, сдвинутые по фазе на 90 градусов, а затем складываются. Недостатком этих способов является сложность их реализации в цифровом виде, связанная с необходимостью формирования сигналов синусоидальной формы.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ, описанный в [3], принятый за прототип.
Способ цифрового формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром заключается в последовательном выполнении следующих действий:
- символы из поступающей информационной последовательности объединяют попарно.
- каждый символ из пары символов умножают на псевдослучайную последовательность символов.
- полученные сигналы с расширенным спектром умножают на сигналы несущей частоты формы меандра, сдвинутые между собой по фазе на 90 градусов.
- полученные после перемножения сигналы складывают.
Недостатком способа-прототипа является то, что при технической реализации требуется сигнал с частотой, в четыре раза превышающей несущую частоту формируемого сигнала. Действительно, формирование меандров несущей частоты, сдвинутых по фазе на 90 градусов (четверть периода), в цифровом виде с высокой точностью возможно только при использовании импульсов с периодом повторения, равным четверти периода меандров. Даже для диапазона дециметровых волн частота этих импульсов превышает 1 ГГц. При работе с такими частотами требуется элементная база с очень высоким быстродействием, что приводит к неоправданному удорожанию устройств формирования сигналов.
С другой стороны, в некоторых приложениях, например в блоках встроенного контроля приемников, не требуется формирование сигнала с низким уровнем шумов.  Даже наоборот, чем больше присутствует помех, тем более качественно проверяется помехозащищенность приемника. К этим блокам предъявляются другие требования: техническая простота, малые габариты и  потребляемая энергия.
В заявленном изобретении решается задача снижения требования к быстродействию элементной базы при технической реализации.  Достигаемый при использовании изобретения технический результат –снижение требования к быстродействию элементной базы более чем в четыре раза за счет использования сигналов с частотами ниже несущей частоты формируемого сигнала.
Следует отметить, что в способе-прототипе все операции выполняются с двухразрядными двоичными числами один и минус один. Это приводит к излишнему усложнению технической реализации данного способа. Проще использовать одноразрядные двоичные числа ноль и один, если ввести изоморфизм -1↔1, 1↔0. В этом случае операция умножения заменяется на операцию сложения по модулю два, и последовательность действий способа-прототипа выглядит следующим образом:
- символы из поступающей двоичной информационной последовательности объединяют попарно;
- каждый символ из пары символов складывают по модулю два с соответствующей расширяющей псевдослучайной последовательностью;
- один из полученных сигналов с расширенным спектром складывают по модулю два  с меандром, а второй-  с меандром, задержанным на четверть периода;
- полученные сигналы складывают.
Для решения поставленной задачи в отличие от способа цифрового формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром, заключающегося в том, что символы из поступающей двоичной информационной последовательности объединяют попарно, каждый символ из пары складывают по модулю два с соответствующей расширяющей псевдослучайной последовательностью, полученные парные сигналы с расширенным спектром складывают по модулю два соответственно с двумя меандрами, один из которых задержан на четверть периода относительно другого, согласно изобретению полученные сигналы вместо последующего сложения коммутируют сигналом совпадения текущих значений парных сигналов с расширенным спектром, после чего складывают по модулю два с одним или несколькими периодическими импульсными сигналами, у которых существует комбинационная гармоника, отличающаяся от несущей частоты на величину, равную частоте меандров.
Способ цифрового формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром заключается в последовательном выполнении следующих действий:
- символы из поступающей двоичной информационной последовательности объединяют попарно;
- каждый символ из пары складывают по модулю два с соответствующей расширяющей псевдослучайной последовательностью;
- один из парных сигналов с расширенным спектром складывают по модулю два с меандром, а второй - с меандром, задержанным на четверть периода;
- полученные сигналы коммутируют сигналом совпадения текущих значений парных сигналов с расширенным спектром;
- полученный сигнал складывают по модулю два с одним или несколькими периодическими импульсными сигналами, у которых существует комбинационная гармоника, отличающаяся от несущей частоты формируемого сигнала на частоту меандра.
Покажем, что полученный сигнал представляет собой сумму сигнала аналогичному сигналу, формируемому согласно способу-прототипу, и помех. Для математического описания вернемся к первоначальному представлению сигналов в виде последовательностей один и минус один, при котором операция сложения по модулю два заменяется умножением. После коммутации сигнал имеет вид:
где:
,    - парные сигналы с расширенным спектром;
,    - меандры.
Первую гармонику этого сигнала можно представить в виде
где:        - частота меандра.
Сформированный сигнал имеет вид
где:       – дополнительные импульсные сигналы;
n - количество импульсных сигналов.
По условию существует комбинационная гармоника импульсных сигналов, отличающаяся от несущей частоты  формируемого сигнала на частоту  меандра. Допустим, ее частота равна (, тогда
Соответственно
Сигналы , ,  – помеховые составляющие, а  – первая гармоника сигнала, формируемого согласно способу-прототипу.
Очевидно, что частоты импульсных сигналов могут быть выбраны меньше несущей частоты формируемого сигнала. Если частоту меандров выбрать меньше четвертой части несущей частоты, для их формирования понадобится сигнал с частотой, не превышающей несущую частоту. Таким образом, требование к быстродействию элементной базы определяется несущей частотой формируемого сигнала, а не её учетверенному значению.
Для примера, рассмотрим случай одного импульсного сигнала. Если выбрать его частоту  в интервале  , то его третья гармоника будет находиться в интервале частот    , и для формирования меандра потребуется частота  .
1
n
1
n
Пример технической реализации заявляемого способа изображен на фиг. 1. Формирователь содержит синтезатор частоты 1, делитель частоты на четыре 2, триггер 3, сумматоры по модулю два  4, 5, 10, 11, 13… 13,генератор расширяющих ПСП 6, последовательно-параллельный преобразователь 7, схему сравнения 8,  коммутатор 9, формирователь частоты 14 и делители частоты 12… 12.
Формирователь работает следующим образом. Синтезатор частоты 1 формирует импульсный сигал с частотой импульсов в четыре раза превышающей  частоту используемых меандров. Делитель частоты на четыре 2 формирует один из меандров, а триггер 3 задерживает его на четверть периода.  Входная информация в последовательно-параллельном преобразователе 7 разделяется на две последовательности, которые поступают на сумматоры по модулю два 4 и 10. Генератор расширяющих ПСП 6 формирует две квазиортогональные ПСП, которые суммируются по модулю два с двоичными информационными символами в блоках 4 и 10 и поступают на схему сравнения 8, а также суммируются по модулю два с меандрами в блоках 5 и 11.  Выходные сигналы сумматоров по модулю два 5 и 11 подаются на коммутатор 9, который пропускает на выход один из них в зависимости от выходного сигнала схемы сравнения 8.
1
n
1
n
1
n.
Формирователь частоты 14 генерирует импульсный сигнал стабильной частоты, из которого в делителях частоты 12… 12 формируются импульсные сигналы с различными периодами повторения. Выходной сигнал коммутатора 9 суммируется по модулю два с сигналами делителей частоты 12… 12 в  сумматорах  по модулю два 13… 13
В некоторых системах связи информация передается только в одной квадратуре сигнала, а другая квадратура используется для передачи синхронизирующей псевдослучайной последовательности.
Для таких систем отличие заявленного способа состоит в том, что одну из псевдослучайных последовательностей складывают по модулю два с каждым информационным символом, а вторую  складывают по модулю два с постоянным символом.
ИСТОЧНИКИ ИНФОМАЦИИ
1.  Патент SU 300946A1, Н03С 3/46 опубликовано 07.04.1971.
2. В.И.Борисов и др. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью –М.: Радио и связь, 2003-641с.
3. Патент RU 2475935C1, H03C 3/00, Н04В 7/00 опубликовано 20.02.2013.