СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ОРТОГОНАЛЬНЫМИ КОДАМИ
DATA TRANSMISSION SYSTEM BY ORTHOGONAL CODES

Изобретение относится к области техники радиосвязи и может быть использовано в системах передачи данных с ограниченной полосой пропускания для повышения их помехоустойчивости за счет параллельной передачи данных ортогональными кодами.
Из уровня техники известна система передачи данных с множественным доступом и кодовым разделением каналов связи, передающая сторона которой состоит из: информационных модуляторов, первый вход которых соединен с источником информации, а второй - с генератором несущей частоты; устройств умножения, первый вход которых соединен с выходом информационных модуляторов, а второй - с выходом генератора кодовой последовательности; суммирующего устройства, входы которого соединены с выходами устройств умножения. Приемная сторона системы передачи с множественным доступом и кодовым разделением каналов связи состоит из: устройства умножения, первый вход которого соединен с выходом суммирующего устройства, а второй - с генератором кодовой последовательности; информационного демодулятора, вход которого соединен с выходом устройства умножения [Скляр, Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2007. - с. 783].
Недостаток указанной системы передачи данных состоит в том, что на практике кодовые адресные последовательности не всегда идеально ортогональны между собой. Взаимная корреляция кодовых адресных последовательностей ограничивает максимальное число одновременно работающих пользователей, приводит к увеличению вероятности битовой ошибки и, следовательно, ухудшению качества связи.
Наиболее близким к заявляемому известным техническим решением является система передачи данных, состоящая из: параллельного кодера ортогональных кодов, входы которого соединены с источником данных; линейного сумматора, входы которого соединены с выходами параллельного кодера; фильтра, вход которого соединен с выходом линейного сумматора; устройства умножения, первый вход которого соединен с выходом фильтра, а второй - с выходом генератора гармонических колебаний; выход устройства умножения соединен с линией связи. [Кузнецов, B.C., Кузнецов, В.В. Нерешенные проблемы в области передачи информации и связи. - М.: Горячая линия - Телеком, 2016. - с. 11].
Недостатки прототипа проявляются в том, что не определен состав технических средств, обеспечивающих минимизацию битовой ошибки, следовательно, повышение помехоустойчивости, а также невозможен ввод данных в последовательном двоичном коде.
Технической задачей изобретения является минимизация битовой ошибки, следовательно, повышение помехоустойчивости, а также реализация возможности ввода данных в последовательном двоичном коде за счет расширения состава технических средств системы.
Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что уменьшается вероятность битовой ошибки в принятом сообщении за счет кодового уплотнения ортогональных двоичных последовательностей типа Уолша-Адамара и их корреляционного декодирования на приемной стороне.
Сущность изобретения заключается в том, что, кроме известных элементов системы, а именно: суммирующего устройства, формирующего фильтра, вход которого соединен с выходом суммирующего устройства, амплитудно-импульсного модулятора, первый вход которого соединен с выходом формирующего фильтра, второй вход - с выходом генератора несущих колебаний, а выход соединен с входом радиолинии, в нее введены: регистр сдвига передатчика, М сумматоров по модулю два, формирователь ортогональных двоичных последовательностей, М формирователей полярного кода, демодулятор радиосигнала, М корреляционных декодеров, формирователь ортогональных двоичных последовательностей в полярном коде, регистр сдвига приемника, причем вход регистра сдвига передатчика соединен с выходом источника двоичных данных в последовательном коде, первые входы сумматоров по модулю два соединены с выходами регистра сдвига передатчика, вторые входы - с выходами формирователя ортогональных двоичных последовательностей, входы М формирователей полярного кода соединены с выходами сумматоров по модулю два, а выходы М формирователей полярного кода соединены с входами суммирующего устройства, вход демодулятора радиосигнала соединен с выходом радиолинии, первые входы М корреляционных декодеров соединены с выходами демодулятора сигнала, вторые входы - с выходами формирователя ортогональных двоичных последовательностей в полярном коде; входы регистра сдвига приемника соединены с выходами корреляционных декодеров, а выход регистра сдвига приемника соединен с входом получателя данных..
На фиг. 1 представлена структурная схема системы передачи данных ортогональными кодами, на фиг. 2 представлена таблица зависимостей вероятностей .
В структурной схеме системы передачи данных ортогональными кодами, представленной на фиг. 1, введены следующие обозначения:
1 - регистр сдвига передатчика;
2 - сумматор по модулю два;
3 - формирователи полярного кода;
4 - суммирующее устройство;
5 - формирующий фильтр;
6 - амплитудно-импульсный модулятор;
7 - радиолиния;
8 - демодулятор радиосигнала;
9 - корреляционные декодеры;
10 - регистр сдвига приемника;
11 - формирователь ортогональных двоичных последовательностей;
12 - генератор несущих колебаний;
13 - формирователь ортогональных двоичных последовательностей в полярном коде.
m
0
При этом вход регистра сдвига 1 соединен с выходом источника двоичных данных в последовательном коде. Выходы регистра сдвига 1 формируют параллельный двоичный код и соединены с первыми входами сумматоров по модулю два 2, на вторые входы которых поступают ортогональные двоичные последовательности . Выходы сумматоров по модулю два соединены с входами формирователей полярного кода 3, выходы которых соединены с входами суммирующего устройства 4, выход которого соединен с формирующим фильтром 5, выход которого соединен с первым входом амплитудно-импульсного модулятора 6, а на второй вход амплитудно-импульсного модулятора 6 подается несущее колебание Usinωt. Выход амплитудно-импульсного модулятора 6 соединен со входом радиолинии 7, выход которой соединен с входом демодулятора радиосигнала 8, выход которого соединен с первыми входами корреляционных декодеров 9, на вторые входы которых поступают ортогональные двоичные последовательности  в полярном коде, выходы корреляционных декодеров 9 формируют параллельный двоичный код сообщения и соединены с входами регистра сдвига 10, выход которого соединен с входом получателя данных в последовательном двоичном коде.
Система передачи данных ортогональными кодами работает следующим образом. Входные данные от источника в последовательном двоичном коде поступают на вход регистра сдвига 1, который имеет М разрядов. По заполнении всех М разрядов регистра сдвига 1 на его выходе образуется М -разрядный параллельный двоичный код, символы которого поступают на первые входы сумматоров по модулю два и преобразуют ортогональные последовательности :
- при поступлении единичного символа с выхода регистра сдвига 1 на выходе сумматора по модулю два 2 формируется инверсная последовательность ;
- при поступлении нулевого символа с выхода регистра сдвига 1 на выходе сумматора 2 формируется ортогональная последовательность двоичных символов , т.е. в неизменном виде.
m
0
Выходные двоичные символы (униполярный код) с выходов сумматоров по модулю два 2 поступают на вход формирователя полярного кода 3, где преобразуются в последовательность импульсов с положительной амплитудой (+1) для входных единичных символов и отрицательной амплитудой (-1) для входных нулевых символов, которые поступают на входы суммирующего устройства 4, на выходе которого формируется безызбыточный многоуровневый групповой сигнал, который переносит М бит данных. Формирующий фильтр 5 «сглаживает» многоуровневый групповой сигнал, что позволяет сузить ширину частотного спектра группового сигнала, и выдает групповой сигнал на вход амплитудно-импульсного модулятора 6, который переносит спектр группового сигнала в область несущей частоты Usinωt, используемой в радиолинии 7. Демодулятор радиосигнала 8 выделяет на своем выходе принятый с возможными искажениями переданный групповой сигнал и отдает его на первые входы корреляционных декодеров 9, на вторые входы которых поступают ортогональные последовательности  в полярном коде. На выходах корреляционных декодеров формируются двоичные символы сообщения в параллельном коде, который с помощью регистра сдвига 10 преобразуются в последовательный двоичный код для получателя данных.
Техническая реализация введенных блоков общеизвестна и описана в известной научной литературе [Скляр, Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2007. - 1164 с].
Достигнутый заявленный технический результат, а именно -повышение помехоустойчивости (уменьшение вероятности битовой ошибки в принятом сообщении на выходе регистра сдвига 10) получен за счет оптимального (корреляционного) декодирования ортогональных кодовых комбинаций.
Вероятность битовой ошибки в принятом сообщении определена в ходе компьютерного эксперимента.
b
В таблице на фиг. 2 представлены значения вероятности битовой ошибки P в зависимости от отношения спектральной плотности мощности сигнала к спектральной плотности мощности аддитивного белого гауссова шума  на бит для различных значений М при амплитудно-импульсной модуляции.
Сравнивая полученные значения вероятностей  при М=const, можно сделать следующие выводы:
b
b
-7
-5
- энергетический выигрыш в заявленной системе передачи данных ортогональными кодами составляет при М=32, P=5⋅10 значение, равное 3,75 дБ; при М=32, P=2,43⋅10 значение выигрыша равно 5,25 дБ по сравнению с лучшими ортогональными кодами Рида-Соломона для последовательной передачи данных [Скляр, Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр: Пер. с англ. -М.: Издательский дом «Вильяме», 2007. - с. 463, рис. 8.2];
b
- при увеличении значения М, которое равно длине ортогонального кода, и фиксированном значении  вероятность P уменьшается, приближаясь к теоретическому пределу К. Шеннона, что приводит к увеличению помехоустойчивости.