СПОСОБ ДЕМОДУЛЯЦИИ ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ В ПОСТШЕННОНОВСКОМ КАНАЛЕ
METHOD OF DEMODULATION OF DISCRETE SIGNALS IN POST SHANNON CHANNEL

Изобретение относится к области средств преобразования дискретной (цифровой) информации, включая связь и локацию в различных средах, телеметрию, запись - чтение информации, радио, телевидение и другие применения.
Известен способ демодуляции дискретных (цифровых) информационных сигналов в постшенноновском приемопередающем канале, характеризующимся отсутствием предела Шеннона (RU 2528085 С1 10.09.2014), с помощью цифрового параметрического спектрального анализа типа MUSIC. При этом, спектр собственно информационного сигнала, представляющего собой отображение передаваемых двоичных символов на секвенту и частость отрезка колебательного процесса той или иной природы, лежит справа, вне спектра всего информационного сигнала (так называемые сигналы с выбросом спектра), что, при осуществлении соответствующей низкочастотной фильтрации, предшествующей спектральному анализу, обеспечивает необходимую степень подавления ложных спектральных отсчетов сигнала, сформированных из шума, увеличивающуюся с ростом затухания в полосе задержания ФНЧ. Существенным недостатком данного способа является малость доли энергии собственно информационного сигнала по сравнению с энергией всего информационного сигнала, вызванная спецификой формирования сигналов с выбросом спектра, связанной со свойствами целых функций.
Наиболее близким способом демодуляции дискретных информационных сигналов в постшенноновском приемопередающем канале к предлагаемому способу является техническое решение (WO/2017204680, 30.11.17), не связанное с применением информационных сигналов с выбросом спектра, что устраняет рассмотренный выше энергетический недостаток, но приводит к тому, что вероятность формирования ложных информационных сигналов из шума определяется вероятностными значениями длительности промежутков между пересечениями нулевого уровня шумом и их дисперсиями. Несмотря на то, что эти значения являются управляемыми, например, путем расширения полосы приема или обработки по сравнению с полосой информационного сигнала, элемент случайности появления ложного информационного сигнала, сформированного из шума, сохраняется.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа демодуляции дискретных (цифровых) информационных сигналов в постшенноновском приемопередающем канале, позволяющего принципиально, без обращения к асимптотическим моделям, устранить статистический характер формирования ложных информационных сигналов из шума, сведя вероятность ошибки правильного приема к нулю.
Технический результат настоящего изобретения заключается в возможности преобразования информации, включая ее приемопередачу, с предельно достижимыми энергетическими и надежностными показателями, обеспечивая при этом, как и для способов - аналога и прототипа, принципиальный и существенный выход за предел Шеннона.
Решение поставленной задачи достигают путем измерения секвенты и частости сигнально -шумовой смеси (СШС), поступающей на спектроанализатор демодулятора, например, по методу клиппирования. В случае близости (количественно задаваемой на стадии разработки) значений секвент и частостей СШС и исходного информационного сигнала, в СШС, из источника, находящегося в приемном устройстве, аддитивно добавляют цифровой колебательный процесс с уровнем, обеспечивающим формирование СШС с секвентой и частостью, исключающими возможность формирования ложного информационного сигнала из шума. Для определения необходимого уровня добавляемого процесса производят измерение текущего уровня СШС. Возможность реализации предлагаемого способа демодуляции дискретных (цифровых) информационных сигналов в постшенноновском канале иллюстрируется на графиках (Фиг. 1 - Фиг.8), не снижая общности рассмотрения, на простейшем примере приемопередачи одного двоичного символа информации, представляющего собой один бит информационной последовательности или чип сложного сигнала или зондирующий радиолокационный видеоимпульс. На Фиг. 1, в осях время - напряжение, изображен исходный информационный сигнал (1), соответствующий подлежащему передаче двоичному символу и представляющий собой один период дискретизированного с частотой дискретизации восемь герц синусоидального колебания с частотой один герц и с амплитудой, равной одному вольту, расположенному на временном промежутке длительностью в одну секунду (от 8 с до 9 с - фрагмент расчетного эксперимента). На Фиг. 2, в осях частота - модуль спектральной плотности, изображены FFT - спектр (2) информационного сигнала (1) и псевдоспектр (3) информационного сигнала (1), оценка которого (здесь и далее) выполнена по методу MUSIC в среде программы MATLAB. Ha Фиг. 3, в осях время - напряжение, представлена сигнально - шумовая смесь (4), подготовленная для проведения оценки ее псевдоспектра. Зашумление аддитивным белым гауссовым шумом информационного сигнала равно минус 83,2 дБ (эпюра собственно шума, с точностью до нескольких десятитысячных, совпадает с эпюрой сигнально - шумовой смеси). Сравнение секвент и частостей сигнально - шумовой смеси (СШС) и информационного сигнала выявляет их равенство, что заставляет, в рамках предлагаемого способа, применить заявляемый алгоритм. На Фиг. 4, в осях частота - модуль спектральной плотности, показаны псевдоспектры сигнально - шумовой смеси (5, сплошная) и ее шумовой составляющей (6, пунктир). Видно, что собственно шум представлен спектральным отчетом, являющимся ложным информационным сигналом (сигналом, выдающим себя за информационный сигнал, в отсутствие последнего или маскирующим его, в случае наличия). На Фиг. 5, в осях время - напряжение, показана эпюра, аддитивно добавляемого из источника, расположенного в приемном устройстве, дискретизированного с той же частотой дискретизации, что и (СШС), цифрового колебательного процесса (7) с уровнем, приблизительно в пятьдесят раз превышающим уровень принятой СШС (Фиг. 7, кривые 4,10). На Фиг. 6, в осях частота - модуль спектральной плотности, представлены FFT- спектр (8) и псевдоспектр (9) добавляемого колебательного процесса, соответственно.
На Фиг. 8, в осях частота - модуль спектрально плотности, представлен окончательный результат основных действий, составляющих суть технического предложения настоящего изобретения и демонстрирующий эффективное устранение ложного информационного сигнала, порожденного шумом и предотвращение маскирования информационного сигнала шумом (кривая 11 - сигнал, сплошная и 12 - шум, пунктир).
Предлагаемый способ демодуляции дискретных (цифровых) информационных сигналов в постшенноновском приемопередающем канале позволяет принципиально исключить вероятность ошибки преобразования информации, связанную со статистическим характером информационных сигналов и шумов. Способ может найти применение во всех областях науки и техники, связанных со всевозможными процессами преобразования информации, при энергетической эффективности принципиально и существенно превышающей предел Шеннона, без ограничения спектральной эффективности и при этом, обеспечить требуемую степень безошибочности преобразования.