Способ формирования структурно-скрытных, помехозащищенных радиосигналов однополосной модуляции с использованием кодов Баркера
METHOD FOR FORMING STRUCTURALLY SECRETIVE, NOISE-IMMUNE SINGLE-SIDEBAND MODULATION RADIO SIGNALS USING BARKER CODES

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для применения в системах радиосвязи (СРС), использующих структурно-скрытные радиосигналы с однополосной модуляцией (ОМ).
Известен «Способ формирования шумоподобных радиоимпульсов для передачи бинарных символов информации сложными сигналами» (Патент РФ №2231924, МПК Н04В 1/69, опубл. 27.06.2004, Бюл. №18).
В известном 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.
Недостатком известного способа является относительно низкая структурная скрытность формируемого сигнала, вследствие малого значения его базы, и недостаточная помехоустойчивость передачи, в виду отсутствия технических операций за контролем пригодности рабочих частот.
Известен «Способ передачи двоичной информации сложными сигналами с внутриимпульсной минимальной частотной манипуляцией» (Патент РФ№2358404, МПК Н01L 27/10, опубл. 10.06.2009, Бюл. №16).
В известном способе осуществляют минимальную кодочастотную модуляцию несущей частоты путем суммирования модулированных по амплитуде и фазе колебаний квадратурных каналов. Для чего 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 и 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 двух полярный код и модулируют по фазе синусное и косинусное гармонические колебания поднесу щей частоты, период которой равен четырехкратной длительности элементарной посылки применяемого кода, после этого модулированные по фазе колебания подают на квадратурный модулятор несущей частоты.
Недостатком известного способа является относительно низкая структурная скрытность формируемого сигнала, вследствие малого значения его базы, и недостаточная помехоустойчивость передачи, в виду отсутствия технических операций за контролем пригодности рабочих частот.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявляемому изобретению является «Способ повышения помехоустойчивости и пропускной способности адаптивной системы KB радиосвязи» (Патент РФ №2713507, МПК H04L 5/00, опубл. 05.02.2020, Бюл. №4).
В способе-прототипе используют OFDM технологию. Производят поэтапную адаптацию радиоканала ведомой и ведущей станций, выполняют процедуры трассового зондирования, тестируют помеховую обстановку, находят значения оптимизируемых параметров системы радиосвязи. Передают значения выбранных параметров на ведущую станцию, перестраивают приемный и передающий тракты на новые оптимизированные параметры, устанавливают и ведут связь. В приемный тракт дополнительно вводят второй приемный канал, состоящий из идентичных первому приемному каналу приемной антенны, антенно-фидерного устройства и усилителя высокой частоты. Также дополнительно вводят параллельно соединенный с обоими приемными каналами двухканальный синхронный аналого-цифровой преобразователь, в котором синхронно выполняют оцифровку усиленных радиосигналов. Далее выполняют пространственно-корреляционную обработку сигналов в блоке обработки сигналов вычислительного устройства, где производят вычисление взаимной корреляции сигналов, представленных параллельным кодом, несущих информацию об отдельных символах с объемом выборки, равным длине кода Баркера. Далее осуществляют формирование информационной последовательности, представленной параллельным кодом, путем сравнения вычисленных значений взаимной корреляции с пороговым числом; при этом в блоке формирования сигнал а вычислительного устройства каждый бит информации, поступающей с терминала, кодируют шумоподобной двоичной кодовой последовательностью Баркера, имеющей автокорреляционную функцию, близкую к дельта-функции, повышающей помехоустойчивость радиоканала; далее выполняют процедуру межсимвольного перемежения; кроме этого, проводят тестирование тестовыми сигналами №№1-3 для оценки состояния радиоканала; далее по результатам тестирования в блоке адаптивного управления радиоканалом вычислительного устройства для поддержания заданной пропускной способности радиоканала выполняют адаптацию частотно-кодовой конструкции OFDM-сигнала путем распределения по частоте поднесущих OFDM-сигнала.
Недостатком известного способа является относительно низкая структурная скрытность формируемого сигнала, вследствие использования OFDM-технологии, имеющей ярко выраженные признаки распознавания, а также недостаточная помехоустойчивость передачи, в виду отсутствия технических операций за контролем пригодности рабочих частот.
Задачей изобретения является создание способа, позволяющего формировать шумоподобные сигналы на основе кода Баркера в полосе частот сигнала однополосной модуляции и обеспечивающего возможность своевременной смены рабочей частоты в случае непригодности радиоканала для передачи информации.
Техническим результатом заявляемого способа является повышение структурной скрытности и повышение помехозащищенности.
Заявляемый технический результат достигается тем, что в способе формирования структурно-скрытных, помехозащищенных радиосигналов однополосной модуляции с использованием кодов Баркера, на передающей стороне формируют информационную и тестовую битовые последовательности, каждый бит информационной и тестовой последовательностей расширяют кодом Баркера, формируют радиосигнал и передают его, на приемной стороне принятый радиосигнал демодулируют, вычисляют взаимные корреляции последовательностей демодулированного сигнала на интервале кода Баркера, которые сравнивают с пороговым значением, оценивают состояние радиоканала, по результатам оценки принимают решение о дальнейшей работе радиолинии, при этом объединяют тестовую и информационную последовательности в общую последовательность таким образом, чтобы количество битов информационной последовательности не менее чем в 10 раз превышало количество битов тестовой последовательности; формируют радиоимпульсы путем модуляции битов общей последовательности, соответственно прямой и инверсной вейвлет-функциями произвольного порядка; на основе сформированных радиоимпульсов формируют радиосигнал однополосной модуляции, который излучают в направлении приемной стороны; на приемной стороне осуществляют демодуляцию однополосного сигнала; вычисляют взаимную корреляцию общей последовательности демодулированных радиоимпульсов с последовательностями радиоимпульсов, соответствующих кодам Баркера, модулированных прямой и инверсной вейвлет-функциями произвольного порядка, аналогичным на передающей стороне; после сравнения результатов корреляции с пороговыми значениями, выделяют информационную последовательность битов и передают ее получателю; тестовую последовательность битов сравнивают с исходной тестовой последовательностью и оценивают состояние радиоканала, если принятая тестовая последовательность битов совпадает с исходной тестовой последовательностью, то принимают решение о пригодности радиоканала, а если не совпадает, то радиоканал считают непригодными настраивают приемный тракт на новую часто ту, заранее известную на передающей стороне; из принятой тестовой последовательности битов аналогичным образом формируют ответные радиоимпульсы, модулируют их и передают по радиоканалу на той частоте, на которой осуществлялся прием; на передающей частоте принимают ответный радиосигнал, аналогичным образом обрабатывают его и полученную ответную тестовую последовательность битов сравнивают с исходной тестовой последовательностью, если принятая ответная тестовая последовательность битов совпадает с исходной тестовой последовательностью, то из последующих информационных последовательностей битов аналогичным образом формируют радиосигналы однополосной модуляции и передают их в радиоканале на прежней частоте; если ответная и исходная тестовые последовательности не совпадают, то радиоканал считают непригодным и настраивают передающий тракт на новую частоту, на которую уже перестроился приемный тракт на приемной стороне и первоначально повторяют передачу той информационной последовательности, которая перед этим передавалась по непригодному радиоканалу; указанные действия выполняют до тех пор, пока не будут переданы все информационные последовательности.
Технический результат достигается за счет совокупности новых существенных признаков, заключающихся в формировании радиоимпульсов на основе прямой и инверсной вейвлет-функций произвольного порядка и формировании радиосигнала однополосной модуляции, обеспечивается повышение структурной скрытности, а по результатам оценивания состояние радиоканала, в ходе сравнения исходной тестовой последовательности с принятой тестовой последовательностью, позволяющих своевременно произвести смену рабочей частоты, обеспечивается повышение помехозащищенности.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг. 1 - принцип кодирования информационной последовательности семиэлементным кодом Баркера;
фиг. 2 - принцип кодирования тестовой последовательности семиэлементным кодом Баркера;
1
2
фиг. 3 - принцип формирования радиоимпульсов, путем модуляции битов общей последовательности, соответственно прямой и инверсной вейвлет-функциями (для лучшего понимания процесса представлен фрагмент радиоимпульсов в виде прямой и инверсной вейвлет-функций Гаусса втор ого порядка, соответствующих временному интервалу от t до t общей последовательности);
фиг. 4 - последовательности радиоимпульсов, соответствующие прямому и обратному семиэлементному коду Баркера.
Реализация заявляемого способа формирования помехозащищенных радиосигналов однополосной модуляции с использованием кодов Баркера предусматривает выполнение следующих технических операций.
1. На приемной и передающей сторонах предварительно задают список рабочих частот и определяют порядок их выбора. Определяют вид кода Баркера для кодирования импульсов информационной и тестовой последовательностей, соответствующих логическому «0» и «1». Определяют порядок прямой и инверсной формы вейвлет-функций, на основе которых будут формироваться радиоимпульсы. Задают пороговые значения, с которыми будут сравниваться результаты корреляции (абсолютные величины автокорреляционных функций принятой последовательности радиоимпульсов и исходной последовательности радиоимпульсов).
2. На передающей стороне формируют информационную и тестовую битовые последовательности. В результате чего получают последовательности импульсов, соответствующих логическим «0» и «1». В качестве примера, на фиг. 1 представлен фрагмент информационной последовательности, а на фиг. 2 представлен фрагмент тестовой последовательности.
3. Объединяют тестовую и информационную последовательности в общую последовательность таким образом, чтобы количество битов информационной последовательности не менее чем в 10 раз превышало количество битов тестовой последовательности.
Выбор указанного соотношения определяется тем, что тестовая последовательность передается обратно на передающую сторону и используется для оценки пригодности радиоканала. С одной стороны, чем больше будет указанное соотношение, тем будет выше скорость передачи в условиях пригодности радиоканала. Если канал непригоден, то при условии необходимости повторной передачи информационной последовательности, скорость передачи будет тем выше, чем меньше соотношение битов информационной и тестовой последовательностей. Требуемый компромисс определяют по результатам предыдущих сеансов связи. А объединяют последовательности путем последовательной конкатенации.
4. Каждый бит общей последовательности, представляющей объединенную информационную и тестовую последовательности, расширяют кодом Баркера.
В качестве расширяющего может быть выбран код Баркера любого размера. При этом выбор размера кода Баркера должен удовлетворять условию, что ширина спектра расширенной кодом Баркера общей последовательности не должна превышать ширину полосы сигнала однополосной модуляции, определяемой частотным ресурсом используемого радиоканала.
Для расширения импульсов, соответствующих логическим «1» и «0», может использоваться, например, прямая и инверсная форма кода Баркера. В качестве примера на фиг. 1 и 2 показан принцип расширения информационной и тестовой последовательностей семиэлементным кодом Баркера.
5. Формируют радиоимпульсы путем модуляции битов общей последовательности, соответственно прямой и инверсной вейвлет-функциями произвольного порядка.
1
2
В качестве примера, на фиг. 3 показана формированная последовательность радиоимпульсов для фрагмента общей последовательности на интервале от t до t, который соответствует одному импульсу, расширенному кодом Баркера. В качестве прямой и инверсной формы вейвлет-функций, здесь использован вейвлет Гаусса 2-го порядка. При этом не имеет значения, какой (прямой или инверсной) формой будет модулирован импульс логической «1». Если «1» модулируют прямой формой, то «0» - инверсной, и наоборот.
6. На основе сформированных радиоимпульсов формируют радиосигнал однополосной модуляции, который излучают в направлении приемной стороны.
7. На приемной стороне осуществляют демодуляцию однополосного сигнала.
Результатом демодуляции является последовательность радиоимпульсов (их формирование представлено на этапе 5).
8. Вычисляют взаимную корреляцию общей последовательности демодулированных радиоимпульсов с последовательностями радиоимпульсов, соответствующих кодам Баркера, модулированных прямой и инверсной вейвлет-функциями произвольного порядка, аналогичным на передающей стороне; после сравнения результатов корреляции с пороговыми значениями.
При вычислении корреляции, последовательность радиоимпульсов условно разделяют на группы, количество элементов в которых соответствует размерам используемого кода Баркера. Каждую группу коррелируют с последовательностью радиоимпульсов, соответствующей прямому и обратному коду Баркера, которые соответствуют логическим «1» и «0». Затем полученные корреляции (функции корреляции) сравнивают с заранее установленными пороговыми значениями. И принимают решение о переданном значении «1» или «0» в пользу того символа, корреляция с последовательностью которого имеет большее превышение над пороговым значением.
Пороговое значение выбирают по результатам апробированных ранее сеансов связи.
В качестве примера, на фиг. 4 показаны последовательности радиоимпульсов, соответствующие прямому и обратному семиэлементному коду Баркера.
9. Выделяют информационную последовательность битов и передают ее получателю.
Данная операция является обратной операции конкатенации.
10. Тестовую последовательность битов сравнивают с исходной тестовой последовательностью и оценивают состояние радиоканала, если принятая тестовая последовательность битов совпадает с исходной тестовой последовательностью, то принимают решение о пригодности радиоканала, а если не совпадает, то радиоканал считают непригодными
При сравнении учитывают совпадение логических «1» и «0». Допускается, что некоторые символы могут не совпадать. Значение ошибки несовпадения определяют по результатам анализа апробированных ранее сеансов связи.
11. Настраивают приемный тракт на новую частоту, заранее известную на передающей стороне; из принятой тестовой последовательности битов аналогичным образом формируют ответные радиоимпульсы, модулируют их и передают по радиоканалу на той частоте, на которой осуществлялся прием.
При формировании ответного радиосигнала используют технические операции, определяемые этапами 4, 5, 6.
12. На передающей частоте принимают ответный радиосигнал, аналогичных образом обрабатывают его и полученную ответную тестовую последовательность битов сравнивают с исходной тестовой последовательностью, если принятая ответная тестовая последовательность битов совпадает с исходной тестовой последовательностью, то из последующих информационных последовательностей битов аналогичным образом формируют радиосигналы однополосной модуляции и передают их в радиоканале на прежней частоте.
Обработка принятого ответного радиосигнала предполагает выполнение технических операций, определяемых этапами 7 и 8.
При совпадении исходной тестовой и ответной тестовой последовательностей, с учетом замечаний этапа 10, продолжают передачу на приемную сторону оставшихся информационных последовательностей аналогичным образом, без изменения рабочей часто ты радио тракта. При этом каждый раз используют одну и ту же тестовую последовательность, значение которой известно на приемной стороне.
13. Если ответная и исходная тестовые последовательности не совпадают, то радиоканал считают непригодным и настраивают передающий тракт на новую частоту, на которую уже перестроился приемный тракт на приемной стороне и первоначально повторяют передачу той информационной последовательности, которая перед этим передавалась по непригодному радиоканалу; указанные действия выполняют до тех пор, пока не будут переданы все информационные последовательности.
Таким образом, в заявляемом изобретении при его реализации обеспечивается повышение структурной скрытности и повышение помехозащищенности, что указывает на достижение технического результата.