СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ШУМОПОДОБНЫХ СИГНАЛОВ
NOISE-LIKE SIGNALS GENERATING METHOD

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах радиосвязи с шумоподобными сигналами.
Основной задачей, которую приходится решать 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 сигналы несущей и тактовой частот. Из сигнала тактовой частоты формируют две квазиортогональные или ортогональные двоичные псевдослучайные последовательности, одна из которых предназначена для синхронизации (СП), а вторая – для передачи информации (ИП). Последовательности фазируют между собой, после чего ИП циклически сдвигают относительно СП на количество элементов, определяемое цифровыми данными, поступающими от высокоскоростного источника информации за время, равное периоду псевдослучайных последовательностей. Циклически сдвинутую последовательность ИП оставляют без изменения или поэлементно инвертируют в зависимости от значения бита информации, поступающего от низкоскоростного источника информации. Полученной двоичной последовательностью манипулируют по фазе сигнал несущей частоты. Формируют второй сигнал несущей частоты, сдвинутый относительно первого по фазе на девяносто градусов, который манипулируют по фазе последовательностью СП. Суммируют два фазоманипулированных сигнала несущей частоты.
Недостатком способа - прототипа является низкая помехоустойчивость передачи данных от низкоскоростного источника информации.
Прием информации от высокоскоростного источника представляет собой определение величины циклического сдвига последовательности ИП относительно последовательности СП. Прием информации от низкоскоростного источника состоит в определении того, передавалась ли последовательность с найденной величиной циклического сдвига с инвертированными элементами или с неинвертированными.
Следовательно, при неправильном определении величины циклического сдвига последовательности ИП вероятность ошибки определения значения бита информации от низкоскоростного источника равна 0,5.
Таким образом, вероятность ошибки приема информации от низкоскоростного источника всего лишь в два раза меньше вероятности ошибки приема информации от высокоскоростного источника.
Целью изобретения является повышение помехоустойчивости передачи данных от низкоскоростного источника информации. Достигаемый при использовании изобретения результат – повышение помехоустойчивости передачи данных от низкоскоростного источника информации и расширение его функциональных возможностей.
Для решения поставленной в изобретении задачи в способе формирования шумоподобных фазоманипулированных 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 квазиортогональные двоичные псевдослучайные последовательности (ПСП), сфазированные между собой, синхронизирующую и информационную, причем синхронизирующая ПСП является периодической, а на каждом периоде её повторения информационную ПСП циклически сдвигают относительно синхронизирующей ПСП на количество элементов, определяемое передаваемым информационным символом, согласно изобретению один из сигналов несущей частоты манипулируют по фазе последовательностью, которую формируют поэлементным сложением по модулю два циклически сдвинутой информационной ПСП и задержанной на целое число периодов тактовой частоты синхронизирующей ПСП, кроме того формируют периодическую информационную ПСП, сфазированную с синхронизирующей ПСП, а второй сигнал несущей частоты манипулируют по фазе синхронизирующей ПСП или периодической информационной ПСП в зависимости от уровня двухуровневого сигнала, поступающего от дополнительного источника информации, и суммируют оба фазоманипулированных сигнала.
Способ формирования шумоподобных фазоманипулированных 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 квазиортогональные двоичные псевдослучайные последовательности (ПСП), сфазированные между собой, синхронизирующую и информационную.
- Синхронизирующая ПСП является периодической, а информационную ПСП на каждом периоде повторения синхронизирующей ПСП циклически сдвигают относительно синхронизирующей ПСП на количество элементов, определяемое передаваемым информационным символом.
- Синхронизирующую ПСП задерживают на целое число периодов тактовой частоты и поэлементно суммируют по модулю два с циклически сдвинутой информационной ПСП.
- Полученной двоичной последовательностью манипулируют по фазе один из сигналов несущей частоты.
- Формируют периодическую информационную ПСП, сфазированную с синхронизирующей ПСП.
- Второй сигнал несущей частоты манипулируют по фазе синхронизирующей ПСП или периодической информационной ПСП в зависимости от уровня двухуровневого сигнала, поступающего от дополнительного источника информации.
- Суммируют два фазоманипулированных сигнала.
Таким образом, для передачи информации, поступающей от разных источников, используются разные квадратурные составляющие сигнала. Информация одного источника передается алфавитом квазиортогональных сигналов, объем которого  m  равен количеству различных передаваемых информационных символов. Информация дополнительного источника передается алфавитом, содержащим два квазиортогональных сигнала.
Как показано в [3, стр.162], вероятность ошибки при приеме m ортогональных сигналов пропорциональна (m - 1). Если от дополнительного источника поступает двоичная информация, причем длительность одного бита равна периоду ПСП, а мощности квадратурных составляющих сигнала одинаковы, то вероятность ошибки при приеме одного бита информации дополнительного источника в (m - 1) раз меньше вероятности ошибки при приеме одного символа информации.
Таким образом, по сравнению с прототипом, помехоустойчивость передачи данных от дополнительного источника информации значительно повышается.
Кроме того, информация дополнительного источника может быть несинхронна с периодом повторения ПСП, а также может быть недвоичной. Например, дополнительный источник информации может представлять собой широтно-импульсный модулятор [3, стр.174].
Еще одним преимуществом является то, что прием информации от обоих источников может осуществляться некогерентным способом. Это имеет большое значение для радиоканалов, в которых слежение за несущей частотой сигнала в приемнике невозможно или технически сложно. Кроме того, при большом объеме алфавита сигналов помехоустойчивости некогерентного и когерентного приема информации отличаются незначительно [3, стр.163, рис. 7.6].
Введение операции суммирования по модулю два циклически сдвинутой информационной ПСП и задержанной на целое число периодов тактовой частоты, синхронизирующей ПСП позволяет повысить помехоустойчивость приема информационных символов в радиоканалах с многолучевым распространением сигнала за счет декорреляции сигналов с различными временными задержками.
Пример технической реализации устройства, формирующего шумоподобные сигналы рассматриваемым способом, приведен на фиг. 1.
Устройство содержит:
1 – формирователь сигналов несущей и тактовой частот (ФНТЧ);
,
–
2 – счетчик по модулю Nгде N  количество элементов
синхронизирующей ПСП;
3 – сумматор по модулю N;
4 – параллельный регистр;
5, 6 – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);
7 – коммутатор;
8 – сумматор по модулю два;
9, 10 – перемножитель;
11 – фазовращатель;
12 – сумматор.
Устройство работает следующим образом. Сигнал тактовой частоты, формируемый ФНТЧ 1, поступает на тактовые входы счетчика по модулю N 2, на выходе которого формируется периодическая последовательность многоразрядных двоичных чисел [0, 1, 2,…, N-1].Сигналы с многоразрядного выхода счетчика по модулю N 2 поступают на адресные входы трехразрядного ПЗУ 5. В одном из разрядов ПЗУ 5 записаны значения элементов синхронизирующей ПСП, в другом – информационной ПСП и в третьем – циклически сдвинутой синхронизирующей ПСП. На выходах ПЗУ 5 формируются периодические ПСП – синхронизирующая, информационная и задержанная на целое число периодов тактовой частоты синхронизирующая.
Периодические синхронизирующая ПСП и информационная ПСП с выходов ПЗУ 5 поступают на входы коммутатора 7, на управляющей вход которого поступает двухуровневый сигнал от дополнительного источника информации (ИИ). На выход коммутатора 7 коммутируется или синхронизирующая ПСП, или информационная ПСП в зависимости от уровня сигнала ИИ.
Выходной сигнал коммутатора 7 поступает на один из входов перемножителя 9, на второй вход которого подается сигнал несущей частоты с выхода ФНТЧ 1. В перемножителе 7 осуществляется фазовая манипуляция сигнала несущей частоты синхронизирующей ПСП или информационной ПСП в зависимости от уровня сигнала ИИ.
Формирование второй квадратурной составляющей сигнала осуществляется следующим образом.
,
Сигнал с выхода переноса счетчика по модулю N 2соответствующий по времени последнему элементу очередного периода повторения синхронизирующей ПСП, подается на внешнее устройство передачи данных (УПД). В УПД формируется двоичный код очередного передаваемого информационного символа, который поступает на информационный вход параллельного регистра 4 и записывается в него сигналом с выхода переноса счетчика по модулю N 2.
Двоичный код информационного символа с выхода параллельного регистра 4 поступает на один из многоразрядных входов сумматора по модулю N 3, на второй вход которого поступает последовательность  многоразрядных  двоичных чисел [0, 1, 2, …, N-1]с выхода счетчика по модулю N 2. В сумматоре по модулю N 3 происходит циклический сдвиг этой последовательности на количество элементов, двоичное представление которого равно двоичному коду информационного символа.
Многоразрядный выходной сигнал сумматора по модулю N 3 поступает на адресный вход ПЗУ 6, в котором записана информационная ПСП.  На выходе ПЗУ 6 формируется информационная ПСП, циклически сдвинутая относительно синхронизирующей ПСП на количество элементов, двоичное представление которого равно двоичному коду передаваемого информационного символа.
Циклически сдвинутая информационная ПСП с выхода ПЗУ 6 поступает на один из входов сумматора по модулю два 8, на второй вход которого поступает задержанная на целое число периодов тактовой частоты синхронизирующая ПСП с выхода третьего разряда ПЗУ 5. На выходе сумматора по модулю два 8  формируется последовательность сумм по модулю два элементов циклически сдвинутой информационной ПСП и задержанной синхронизирующей ПСП.
Выходной сигнал сумматора по модулю два 8 поступает на один из входов перемножителя 10, на второй вход которого подается сигнал несущей частоты с выхода ФНТЧ 1, сдвинутый по фазе на девяносто градусов в фазовращателе 11. В перемножителе 10 осуществляется фазовая манипуляция сигнала несущей частоты, сдвинутого по фазе на девяносто градусов, последовательностью сумм по модулю два элементов циклически сдвинутой информационной ПСП и задержанной синхронизирующей ПСП. Выходные сигналы перемножителей 9, 10 суммируются в сумматоре 12.
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. – 641с.
3. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. – М.: Радио и связь, 1985. – 384с.
4. Патент RU 2646 353 С1. Передатчик повышенной структурной и энергетической скрытности. Опубликовано 02.03.2018. Бюл. №7.
5. Патент RU 2127 486 С1. Способ и устройство передачи сообщений широкополосными сигналами. Опубликовано 10.03.1999.
6. Патент RU 2279 183 С2. Способ передачи информации в системе связи с широкополосными сигналами. Опубликовано 27.06.2006. Бюл. №18.