СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫХ РАДИОСИГНАЛОВ
METHOD OF GENERATING NOISE-IMMUNE RADIO SIGNALS

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в системах связи для повышения помехоустойчивости радиосигналов (PC).
Известны различные способы формирования помехоустойчивых PC [патенты РФ №2231924, 2205496]. В известных способах для формирования помехоустойчивых шумоподобных PC используют модуляцию несущего колебания псевдослучайной последовательностью (ПСП).
В известном способе [патент RU 2231924 «Способ формирования шумоподобных радиоимпульсов для передачи бинарных символов информации сложными сигналами», опубликован 27.06.2004] формируют помехоустойчивые шумоподобные радиоимпульсы (РИ) для передачи бинарных символов информации сложными сигналами. Для этого осуществляют минимальную кодочастотную модуляцию несущей частоты путем суммирования модулированных по амплитуде и фазе колебаний квадратурных каналов, модулирующие кодовые последовательности которых получают перекодировкой кодовой последовательности шумоподобных РИ. Стробируют полученную сумму видеоимпульсом, равным длительности кодовой последовательности. Формируют противоположный сигнал инверсией кода модулирующей кодовой последовательности одного из квадратурных каналов.
Недостатком данного способа является сложность его реализации, связанная с необходимостью формирования квадратурных каналов. Кроме того, в указанном способе применяется энергетически неоптимальная сигнально-кодовая конструкция, включающая амплитудно-фазовую модуляцию, что снижает эффект повышения помехоустойчивости.
В известном способе [патент RU 2205496 «Способ формирования и обработки сложного сигнала в помехозащищенных радиосистемах», опубликован 27.05.2003] формируют и обрабатывают сложный сигнал в помехозащищенных радиосистемах. Известное изобретение относится к области радиотехники и включает фазовую манипуляцию несущего колебания ПСП и сигналом информации, на приемной стороне - снятие ПСП с последующей демодуляцией в схеме Костаса, причем в качестве несущего колебания используют модифицированный полосовой шум.
Недостаток известного способа заключается в том, что повышение скрытности передаваемого PC достигается за счет снижения помехоустойчивости приемника радиолинии.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявленному является способ формирования помехоустойчивых сигналов [патент RU 2412551 «Способ формирования помехоустойчивых сигналов», опубликован 20.02.2011. Бюл. №5]. В способе-аналоге формируют помехоустойчивые сигналы на основе формирования широкополосного сигнала, для которого используют расширение спектра сигнала методом ПСП, которую модулируют двоичной фазовой манипуляцией. Причем для модуляции ПСП используют биортогональные вейвлет-функции (ВФ), при этом "0" и " 1" модулируют противоположными биортогональными ВФ.
Недостатком наиболее близкого аналога является наличие паразитной амплитудной модуляции у результирующих PC, что снижает эффект повышения их помехоустойчивости.
Целью заявленного технического решения является разработка способа формирования помехоустойчивых PC с низким уровнем паразитной амплитудной модуляции.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе формирования помехоустойчивых PC, основанном на формировании широкополосного сигнала, для которого используют расширение спектра методом ПСП, которую модулируют ВФ, при этом для модуляции элементов ПСП используют комплексную ВФ, причем для модуляции логических элементов «1» используют вещественную часть комплексной ВФ, а для модуляции логических элементов «0» используют мнимую часть комплексной ВФ или наоборот, а в качестве самой комплексной ВФ используют функцию вейвлета Морле.
Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе, заключающихся в использовании для модуляции элементов ПСП вместо противоположных ВФ, вещественной и мнимой части комплексной функции вейвлета Морле (КФВМ), снижается уровень паразитной амплитудной модуляции. Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг. 1 - числовая бинарная ПСП 001101000101111, сформированная с помощью генератора случайных чисел;
фиг. 2 - временное представление вещественной и мнимой части КФВМ. Здесь и далее для временных разверток по оси ординат указаны амплитудные значения функций, а по оси абсцисс указаны дискретные временные отсчеты функций;
фиг. 3 - временное представление вещественной части КФВМ;
фиг. 4 - временное представление мнимой части КФВМ;
фиг. 5 - временное представление элемента PC, сформированного модулированием числовой бинарной ПСП, представленной на фиг. 1, когда логический элемент «0» в ПСП модулируют мнимой частью КФВМ, а логический элемент «1» модулируют вещественной частью КФВМ;
фиг. 6 - элемент PC, сформированный путем модулирования числовой бинарной ПСП, представленной на фиг. 1, когда логический элемент «0» в ПСП модулируют обратной (противоположной) формой ВФ, а логический элемент «1» модулируют прямой формой ФВ (в качестве ВФ использована функция второй производной от функции Гаусса);
фиг. 7 - временное представление прямой формы и обратной (противоположной) формы ВФ на основе функции второй производной от функции Гаусса;
фиг. 8 - модуль спектра элемента PC, сформированного путем модулирования числовой бинарной ПСП, представленной на фиг. 1, в соответствии с заявляемым способом (по оси ординат указаны амплитудные значения, а по оси абсцисс указаны дискретные частотные отсчеты);
фиг. 9 - модуль спектра элемента PC, сформированного путем модулирования числовой бинарной ПСП, представленной на фиг. 1, согласно способу-прототипу (по оси ординат указаны амплитудные значения, а по оси абсцисс указаны дискретные частотные отсчеты).
Реализация заявленного способа объясняется следующим образом.
п. 1. Предварительно задают числовую бинарную ПСП.
Числовая бинарная ПСП может задаваться, например, с помощью устройства формирования ПСП. Устройства формирования ПСП известны и описаны, например, в заявке на изобретение №93016570 от 01.04.1993. При этом длина ПСП (по числу отсчетов) должна совпадать с длиной элемента PC. В качестве примера на фиг. 1 показана числовая бинарная ПСП 001101000101111.
п. 2. Формируют комплексную ВФ, в качестве которой выступает КФВМ.
Комплексная функция вейвлета Морле известна, например, см. в Н.М. Асафьев. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения // Успехи физических наук, т. 166, №11, 1996 г., с. 1152. На фиг. 2 показано временное представление вещественной и мнимой части КФВМ.
п. 3. Выделяют вещественную часть КФВМ для модуляции логических элементов «1» ПСП и мнимую часть КФВМ для модуляции логических элементов «0» ПСП.
Практическая реализация комплексных сигналов известна и описана, например, см. описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1104525 «Преобразователь комплексных сигналов». На фиг. 3 показано временное представление вещественной части КФВМ, а на фиг. 4 показано временное представление мнимой части КФВМ.
п. 4. Модулируют ПСП. Модуляция ПСП заключается в формировании последовательности радиоимпульсов, состоящей из вещественных частей КФВМ на месте позиций логических элементов «1», и мнимых частей КФВМ на месте позиций логических элементов «0». Или наоборот, когда используют мнимые части КФВМ на месте позиций логических элементов «1», и вещественные части КФВМ на месте позиций логических элементов «0».
Процесс модуляции ПСП известен, см. (патент RU 2412551, опубликованный 20.02.2011, Бюл. №5).
В качестве примера, на фиг. 5 показан элемент широкополосного PC, модулированный по значению ПСП, представленной на фиг. 1.
Использование вещественных и мнимых частей КФВМ для модуляции логических элементов ПСП приводит к формированию PC, имеющего более низкий уровень паразитной амплитудной модуляции по отношению к способу-прототипу.
В качестве примера на фиг. 6 показан элемент широкополосного PC, модулированный по значению ПСП, представленной на фиг. 1, согласно способу-прототипу.
Полученный технический результат можно объяснить следующим. В способе-прототипе для модуляции элементов ПСП используют противоположные ВФ, имеющие существенные амплитудные различия, относительно оси абсцисс (оси времени). На фиг. 7 показаны прямая и обратная формы ВФ, используемые в способе прототипе. При этом поставленная цель в способе-прототипе - расширения спектра, достигалась за счет использования ВФ.
В заявляемом способе для модуляции элементов ПСП используют КФВМ, у которой как вещественная часть, так и мнимая имеют практически одинаковую амплитуду относительно оси абсцисс (см. фиг. 2), поэтому возникающая паразитная модуляция имеет существенно меньший уровень, чем у PC, сформированных согласно способу-прототипу. При этом использование КФВМ ведет к расширению спектра даже относительно способа-прототипа. В качестве примера на фиг. 8 показан спектр элемента PC, сформированного на основе заявляемого способа, а на фиг. 9 изображен спектр элемента PC, сформированного на основе способа-прототипа.
Анализ полученных спектров показал увеличение ширины занимаемой полосы частот для PC, сформированного согласно заявляемому способу.
Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе снижается уровень паразитной амплитудной модуляции у сформированного PC, за счет использования для модуляции элементов ПСП вещественной и мнимой частей КВФМ.