Способ передачи информации широкополосными сигналами
METHOD OF TRANSMITTING INFORMATION BY WIDEBAND SIGNALS

Предлагаемый способ относится к области радиосвязи, использующей широкополосные фазоманипулированные сигналы на основе псевдослучайных последовательностей (ПСП). Способ может найти применение в системах радиосвязи, использующих подобные сигналы.
Общие принципы формирования и приема информации шумоподобными сигналами и устройства дискретной обработки ШПС неоднократно описаны в литературе, например, в [1, стр.341-354]. Способ передачи [1] по функциональности и алгоритму работы аналогичен заявляемому.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ, описанный в [2], принятый за прототип.
Способ передачи заключается в следующем.
0
На передающей стороне формируют сигналы несущей и тактовой частот, из сигнала тактовой частоты формируют две квазиортогональные двоичные последовательности: синхронизирующую последовательность (СП) и информационную последовательность (ИП), сфазированные между собой; ИП кодируют путем циклического сдвига относительно СП на целое число тактов, определяемое символом информации, передаваемой за время, равное длительности одного периода ИП, и сложением по модулю два с дополнительным битом информации, полученной последовательностью манипулируют по фазе сигнал несущей частоты, сдвинутый по фазе на 90, и складывают с сигналом несущей частоты, манипулированным по фазе СП, после чего сигнал усиливают и передают по каналу связи;
в приемном устройстве входной сигнал усиливают, преобразуют по частоте, формируют сигнал тактовой частоты, из которого формируют две квазиортогональные двоичные псевдослучайные последовательности СП и ИП, сфазированные между собой, осуществляют фазирование СП с принимаемым сигналом, а также на каждом периоде повторения СП определяют циклический сдвиг ИП относительно СП и наличие инверсии ИП, по которым определяют принятый символ информации и его дополнительный бит.
Недостатком способа-прототипа являются последствия его технической реализации в системах связи, использующих широкополосные фазоманипулированные сигналы, а именно снижение помехозащищенности системы связи в радиоканалах с многолучевым распространением, а также при воздействии мощных узкополосных помех.
Известно, что в реальных приемных устройствах широкополосных фазоманипулированных сигналов для подавления узкополосных помех применяется метод режекции участков спектра, пораженных такими помехами. Эта операция приводит к расширению функции корреляции сигналов и, соответственно, снижению вероятности правильного определения его задержки, то есть передаваемой информации.
Кроме того, в радиоканалах с многолучевым распространением при отсутствии в приемном устройстве функции сложения лучей возможны ошибки в приеме информации за счет того, что приемное устройство синхронизировалось по одному (наибольшему по мощности) из лучей, а мощность другого луча впоследствии возрастает до уровня, соизмеримого или превышающего уровень мощности этого луча.
Исследуем функционирование способа-прототипа. Предположим, что на вход приемника помимо основного сигнала приходит отраженный, совпадающий с основным по фазе несущей частоты и задержанный на целое число элементов ПСП. Тогда входной сигнал в способе-прототипе можно представить в виде
(1)
где a – амплитуда основного сигнала;
ОТ
a – амплитуда отраженного сигнала;
τ –длительность элемента ПСП;
f – несущая частота;
kτ – задержка отражения луча;
– шумовая или помеховая составляющая.
Функция взаимной корреляции с информационной последовательностью имеет вид:
(2)
где П(n) – случайные величины;
R(n) – автокорреляционная функция последовательности ИП;
N – длина последовательности.
Из (2) видно, что функция взаимной корреляции имеет два пика:
(3)
Для остальных n можно считать
(4)
Нетрудно показать, что П(n) являются независимыми гауссовскими случайными величинами с нулевым средним и одинаковой дисперсией σ.
Правильный прием информации осуществляется только в том случае, если
(5)
В силу независимости П(n) вероятность такого события
(6)
где
(7)
Вычисляем далее и получим
(8)
где
(9)
Поэтому
(10)
Вероятность ошибки
(11)
-3
Расчеты (1-11) поясняются фиг. 1, где показаны зависимости требуемого отношения сигнал/шум q (в децибелах) на входе решающей схемы от относительного уровня отраженного луча  для обеспечения заданной вероятности ошибки Pош≤10 при длине последовательности N = 127 (для остальных N результаты получаются аналогичными).
Из фиг.1 видно увеличение требуемого отношения сигнал/шум при увеличении относительного уровня отраженного луча. Поскольку величина требуемого отношения сигнал/шум на входе решающей схемы определяет помехозащищенность системы связи, можно говорить о сниженной помехозащищенности при многолучевом распространении сигнала.
В заявляемом изобретении решается задача повышения помехозащищенности системы связи в результате снижения уровня ошибок, обусловленных указанными недостатками.
n-1
Достигаемый при использовании изобретения технический результат – повышение помехозащищенности системы связи при многолучевом распространении сигнала или воздействии узкополосных помех. Кроме того, заявленный способ позволяет использовать две одинаковые последовательности ИП и СП, использовать последовательности длиной 2 элементов, использовать ИП, имеющую длину равную целой части результата деления длины СП на целое число, что позволяет повысить скорость передачи информации.
Для решения поставленной задачи в способе передачи, заключающемся в том, что на передающей стороне
0
формируют сигналы несущей и тактовой частот, из сигнала тактовой частоты формируют две квазиортогональные двоичные последовательности СП и ИП, сфазированные между собой; ИП кодируют путем циклического сдвига относительно СП на целое число тактов, определяемое символом информации, передаваемой за время, равное длительности одного периода ИП, и сложением по модулю два с дополнительным битом информации, кроме того, синхронизирующей последовательностью манипулируют фазу сигналом несущей частоты и складывают с манипулированным по фазе сигналом несущей частоты, сдвинутым по фазе на 90, усиливают и передают по каналу связи;
0
и дополнительно согласно изобретению, из сигнала тактовой частоты формируют дополнительную двоичную псевдослучайную последовательность (ДП) квазиортогональную ИП и сфазированную с СП, складывают ее по модулю два с кодированной ИП, после чего манипулируют по фазе сигнал несущей частоты, сдвинутый по фазе на 90,
на приемной стороне
входной сигнал усиливают, преобразуют по частоте, формируют сигнал тактовой частоты, из которого формируют две квазиортогональные двоичные псевдослучайные последовательности СП и ИП, сфазированные между собой, осуществляют фазирование СП с принимаемым сигналом, а также на каждом периоде повторения СП определяют циклический сдвиг ИП относительно СП и наличие инверсии ИП, по которым определяют принятый символ информации и его дополнительный бит,
и дополнительно согласно изобретению,
из сигнала тактовой частоты формируют дополнительную двоичную псевдослучайную последовательность (ДП), сфазированную с СП, а входной сигнал, усиленный и преобразованный по частоте, манипулируют по фазе дополнительной последовательностью, после чего осуществляют определение циклического сдвига ИП и ее инверсии.
Преимущества заявленного способа поясняются следующими расчетами.
Сигнал на входе приемника имеет вид (аналогично сигналу (1)):
(12)
где ДП(t) – дополнительная последовательность.
Соответственно, по аналогии с (2), функция взаимной корреляции с ИП имеет вид:
(13)
При использовании М-последовательностей вычисления упрощаются. Используем свойство М-последовательностей, заключающееся в том, что сумма по модулю два циклически сдвинутых М-последовательностей порождает ту же последовательность. Преобразуем:
(14)
Получим:
(15)
ИП, ДП
где В – одно из значений функции взаимной корреляции ИП и ДП, гораздо меньшее, чем R(0) = N, и можно считать, что
.(16)
При этом вероятность ошибки при приеме составляет
, (17)
что соответствует начальным точкам кривых на фиг.1.
Таким образом, наличие многолучевого распространения сигнала не приводит к снижению помехозащищенности системы связи.
Кроме того, в заявленном способе передачи можно использовать две одинаковые основные последовательности, так как применение дополнительной последовательности делает СП и квазиортогональными.
n
n
n
Кроме того, в заявленном способе передачи можно использовать последовательности, имеющие длину 2-1, поскольку при длине последовательности 2-1 для одного 2 из информационных символов кодированную ИП можно преобразовывать в постоянную величину, равную дополнительному биту информации, так как последовательность из одинаковых элементов квазиортогональна ИП, и суммирование с дополнительной последовательностью сохраняет свойства шумоподобности сигнала.
Кроме того, в заявленном способе передачи можно использовать ИП и ДП, имеющие длину равную целой части результата деления длины СП на целое число, и на каждом периоде повторения ИП осуществлять ее циклический сдвиг относительно ДП, соответствующий новому передаваемому символу информации, и сложение по модулю два с новым дополнительным битом информации. Взаимное расположение синхронизирующей и дополнительной последовательностей показано на фиг.2. В этом случае повышается скорость передачи информации.
n
Таким образом, способ позволяет повысить помехозащищенность системы связи, находящейся в условиях многолучевого распространения сигнала. Кроме того, способ позволяет использовать две одинаковые основные последовательности, использовать последовательности длиной 2-1 элементов, повысить скорость передачи информации.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. В.Б. Пестряков, В.П. Афанасьев, В.Л. Гурвиц и др. «Шумоподобные сигналы в системая передачи информации» – 1973, 424с.
2. Патент РФ №2279183 Способ передачи информации в системе связи с широкополосными сигналами: H04B 1/10, H04B 7/216 / Р.П. Николаев, А.Р. Попов; заявитель(и) и патентообладатель(и) Р.П. Николаев, А.Р. Попов. Заявка 2004126633/09, 06.09.2004, опубл.27.06.2006, Бюл.№18.