СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДВОИЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ СЛОЖНЫМИ СИГНАЛАМИ С ВНУТРИИМПУЛЬСНОЙ МИНИМАЛЬНОЙ ЧАСТОТНОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ
METHOD OF TRANSMITTING BINARY INFORMATION USING COMPOSITE SIGNALS WITH INTRA-PULSE MINIMUM FREQUENCY KEYING

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах передачи информации.
Известен способ передачи двоичной информации путем минимальной частотной модуляции [Волков Л.Н., Немировский М.С., Шинаков Ю.С. Системы цифровой радиосвязи: базовые методы и характеристики: Учебное пособие. - М.: Эко-Тренд, 2005. - 392 с.], заключающийся в том, что последовательность бит, подлежащих передаче, разделяют на два потока, в первый из которых попадают биты, поступающие на нечетных тактовых интервалах, а во второй - на четных. Длительность единичных бит каждого из потоков удваивается. Биты первой последовательности манипулируют по фазе квадратурную составляющую поднесущей частоты, период которой равен учетверенной длительности передаваемого бита, а второй - синфазную составляющую этого колебания. Манипулированные по фазе колебания, в каждом из каналов, используются для модуляции квадратурных компонент несущей частоты, и результаты, полученные в обоих каналах, суммируются.
Этот способ предназначен для передачи дискретной информации простыми импульсами с минимальной модуляцией и не пригоден для передачи импульсов сложными сигналами, расширяющими спектр передаваемого сигнала с целью введения избыточности, необходимой для повышения помехоустойчивости приема.
Известен способ формирования шумоподобных радиоимпульсов для передачи бинарных символов информации сложными сигналами [Патент РФ №2231924, H04B 1/69, 2003 г.], близкий по технической сущности и достигаемому результату и принятый за прототип. В этом 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.
В этом способе решена проблема формирования двух противоположных кодированных радиоимпульсов, пригодных для передачи двоичной информации с минимальной манипуляцией, но не решена проблема непрерывности фазы на стыке соседних кодовых групп, непрерывно следующих друг за другом при передаче двоичной информации.
Изобретение направлено на повышение помехоустойчивости передачи двоичной информации сложными сигналами путем более эффективного использования полосы частот, отведенной для передачи двоичной информации сложными сигналами.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе передачи двоичной информации сложными сигналами с внутриимпульсной минимальной частотной манипуляцией, включающем минимальную кодочастотную модуляцию несущей частоты путем суммирования модулированных по амплитуде и фазе колебаний квадратурных каналов, 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, 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 двухполярный 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, при этом в кодовую последовательность синусного канала включают модуляционный код квадратурной составляющей сложного сигнала при поступлении нечетных единичных или следующих за ними нулевых бит информации или инверсный модуляционный код квадратурной составляющей сложного сигнала при поступлении четных единичных или следующих за ними нулевых бит информации, а в кодовую последовательность косинусного канала включают модуляционный код синфазной составляющей сложного сигнала при поступлении нечетных единичных или нулевых бит, следующих за четными битами единиц, или инверсный модуляционный код синфазной составляющей сложного сигнала при поступлении четных единичных или нулевых бит, следующих за нечетными битами единиц информационной последовательности.
Отличительными признаками способа является то, что для передачи двоичной информации сложными сигналами с внутриимпульсной минимальной частотной манипуляцией 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, причем в кодовую последовательность синусного канала включают модуляционный код квадратурной составляющей сложного сигнала при поступлении нечетных единичных или следующих за ними нулевых бит информации или инверсный модуляционный код квадратурной составляющей сложного сигнала при поступлении четных единичных или следующих за ними нулевых бит информации, а в кодовую последовательность косинусного канала включают модуляционный код синфазной составляющей сложного сигнала при поступлении нечетных единичных, или нулевых бит, следующих за четными битами единиц, или инверсный модуляционный код синфазной составляющей сложного сигнала при поступлении четных единичных или нулевых бит, следующих за нечетными битами единиц информационной последовательности, затем осуществляют замену квадратурных модуляционных кодов, стоящих на четных тактовых интервалах синусного канала, на синфазные модуляционные коды четных тактовых интервалов косинусного канала и наоборот, затем полученные последовательности преобразуют в двухполярный 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.
Предлагаемый способ передачи двоичной информации сложными сигналами с внутриимпульсной минимальной частотной манипуляцией приводит к взаимнооднозначному соответствию подлежащих передаче информационных бит и отображающих их кодированных радиосигналов с внутриимпульсной минимальной модуляцией, улучшает характеристики электромагнитной совместимости систем радиосвязи.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».
Анализ патентной и научно-технической информации с целью установления уровня техники позволил выявить источник, содержащий сведения об известности некоторых отличительных признаков формулы (Волков Л.Н., Немировский М.С., Шинаков Ю.С. Системы цифровой радиосвязи: базовые методы и характеристики: Учебное пособие. - М.: Эко-Тренд, 2005, с.179-185). В частности, известно преобразование полученных информационных последовательностей в двухполярный код и модулирование по фазе синусных и косинусных гармонических колебаний поднесущей частоты, период которой равен четырехкратной длительности элементарной посылки применяемого кода, подача модулированных по фазе колебаний на квадратурный модулятор несущей частоты. Однако известные признаки, выполняя известные функции, позволяют заявляемой новой совокупности отличительных признаков получить новый технический результат, заключающийся в установлении взаимнооднозначного соответствия между передаваемыми битами информации и используемыми для их передачи сигналами, при этом появляется возможность получения непрерывности фазы, что способствует повышению помехоустойчивости передачи двоичной информации сложными сигналами и эффективности использования отведенной полосы частот при передаче двоичной информации сложными сигналами.
Получение нового технического результата при использовании новой совокупности отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».
Порядок формирования модуляционных кодовых последовательностей синусного и косинусного каналов рассмотрим на примере передачи двоичной информации с помощью сложного сигнала с внутриимпульсной минимальной частотной модуляцией, закодированного в соответствии с кодом Баркера с длительностью N=5, который имеет вид
Требуется передать информационную двоичную последовательность
таким образом, чтобы каждый бит этой последовательности был закодирован кодом (1) с внутриимпульсной минимальной частотной модуляцией.
Для этого генерируют модуляционный код квадратурной составляющей сложного сигнала, Q, с частотой следования бит поступающей информации, который имеет вид
и модуляционный код синфазной составляющей сложного сигнала, I, с такой же частотой
Анализируют информационную двоичную последовательность, подлежащую передаче, с целью определения четных и нечетных тактовых интервалов, а также четных и нечетных единичных бит передаваемой информации.
В последовательность синусного канала включают модуляционный код квадратурной составляющей сложного сигнала, Q, при поступлении нечетных единичных (1-я и 5-я единицы) или следующих за ними нулевых бит информации (6-й и 7-й нули после 5-й единицы) или инверсный модуляционный код квадратурной составляющей сложного сигнала,  при поступлении четных единичных (2-я, 8-я) или следующих за ними нулевых бит информации (3-й и 4-й нули после 2-й единицы и 9-й нуль после 8-ой).
В последовательность косинусного канала включают модуляционный код синфазной составляющей сложного сигнала, I, при поступлении нечетных единичных (1-я, 5-я) или нулевых бит, следующих за четными битами единиц (3-й и 4-й нули после 2-й единицы и 9-й нуль после 8-ой), или инверсный модуляционный код синфазной составляющей сложного сигнала, 7 при поступлении четных единичных (2-я, 8-я) или нулевых бит, следующих за нечетными битами единиц информационной последовательности (6-й и 7-й нули после 5-й единицы).
Осуществляют замену квадратурных модуляционных кодов, стоящих на четных тактовых интервалах синусного канала, на синфазные модуляционные коды четных тактовых интервалов косинусного канала и наоборот.
Полученные последовательности преобразуют в двухполярный код.
Перечисленные операции и результаты их действия показаны в таблице. Стрелками в таблице указаны замены, производимые на четных тактовых интервалах.
Таблица
Результаты формирования модуляционных последовательностей квадратурных каналов
Входная последовательность
1-н
2-ч
3-н
4-ч
5-н
6-ч
7-н
8-ч
9-н
1
1
0
0
1
0
0
1
0
1-й этап формирования модуляционной последовательности синусного канала
Q
<img file="00000006.tif" he="7" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000007.tif" he="7" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000008.tif" he="7" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" />
Q
Q↓
Q
<img file="00000009.tif" he="7" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" />
Q
11110
00001
00001
00001
11110
11110
11110
00001
00001
1-й этап формирования модуляционной последовательности косинусного канала
I
<img file="00000010.tif" he="6" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
I
↑I
I
<img file="00000010.tif" he="6" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000011.tif" he="5" wi="3" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000010.tif" he="6" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
I
11100
00011
11100
11100
11100
00011
00011
00011
11100
Модуляционная последовательность синусного канала после замены кодов на четных интервалах
Q
<img file="00000011.tif" he="5" wi="3" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000012.tif" he="7" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" />
I
Q
<img file="00000011.tif" he="5" wi="3" img-content="undefined" img-format="tif" />
Q
<img file="00000011.tif" he="5" wi="3" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000013.tif" he="7" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" />
11110
00011
00001
11100
11110
00011
11110
00011
00001
Модуляционная последовательность косинусного канала после замены кодов на четных интервалах
I
<img file="00000012.tif" he="7" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" />
I
<img file="00000012.tif" he="7" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" />
I
Q
<img file="00000011.tif" he="5" wi="3" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000012.tif" he="7" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" />
I
11100
00001
11100
00001
11100
11110
00011
00001
11100
Модуляционная последовательность синусного канала в двухполярном коде
+Q
-I
-Q
+I
+Q
-I
+Q
-I
-Q
++++-
---++
----+
+++--
++++-
---++
++++-
---++
----+
Модуляционная последовательность косинусного канала в двухполярном коде
+I
-Q
+I
-Q
+I
+Q
-I
-Q
+I
+++--
----+
+++--
----+
+++--
++++-
---++
----+
+++--
(IQ)
+++-+
+++-+
---+-
---+-
+++-+
---+-
---+-
+++-+
---+-
Модуляционные последовательности в виде двухполярных кодов модулируют по фазе синусное и косинусное гармонические колебания поднесущей частоты, период которой равен четырехкратной длительности элементарной посылки применяемого кода.
Модулированные по фазе колебания синусного и косинусного каналов подают на квадратурный модулятор несущей частоты, после чего модулированные по амплитуде и фазе квадратурные составляющие несущей частоты суммируются. Колебание на выходе сумматора имеет вид
где
0
1
1
1
2
1
2
2
2
1
2
- частота поднесущей, [рад/с], τ - длительность элементарного дискрета сложного сигнала, [с], ω - несущая частота, [рад/с], t - текущее время, [с]. Из (2) видно, что частота выходного сигнала зависит от знака произведения (IQ). Подставляя данные из нижней строки таблицы, убеждаемся, что единичные биты информационной последовательности передаются сигналами с расстановкой частот f, f, f, f, f, а нулевые биты - противоположными им сигналами с расстановкой частот f, f, f, f, f, где
Переход от частоты к частоте происходит без разрывов фазы, как внутри импульса, так и между кодированными импульсами сложных сигналов с минимальной частотной манипуляцией.
На чертеже изображены осциллограммы, полученные путем моделирования предлагаемого способа передачи двоичной информации сложными сигналами с внутриимпульсной минимальной частотной манипуляцией, без разрыва фазы.
1 - информационная последовательность, подлежащая передаче;
2 - модулированное по фазе синусное колебание поднесущей частоты;
3 - модулированное по фазе косинусное колебание поднесущей частоты;
4 - сигнал несущей частоты с минимальной частотной манипуляцией.