Способ помехозащищенной передачи шестнадцатипозиционных сигналов на основе однополосной модуляции
METHOD FOR NOISE-PROOF TRANSMISSION OF SIXTEENTH PHASE SIGNALS BASED ON SINGLE-SIDEBAND MODULATION

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для применения в помехозащищенных системах радиосвязи с программной перестройкой рабочей частоты для работы в коротковолновых каналах.
Известен способ формирования сигнала в режиме программной перестройки рабочей частоты (ППРЧ), представленный в (Патенте РФ№ 2749863, МПК H04D 1/713, опубл. 17.06.2021, бюл. № 17). B этом способе первичный сигнал модулируют цифровой последовательностью, расширенной кодами Баркера различной разрядности, выбор которых осуществляется в соответствии с заданной первой псевдослучайной кодовой цифровой последовательностью (ПКЦП). Затем полученный сигнал перемножают с опорными колебаниями, частоты которых изменяются в соответствии со второй ПКЦП. После чего передают сформированный сигнал на приемную сторону. При этом осуществляют синхронный выбор номера частоты и номера кода Баркера, в соответствии с первой и второй ПКЦП.
Недостатком представленного способа является низкая скорость передачи информационных блоков данных в коротковолновых каналах связи.
Известен «Способ передачи информации с внутрисимвольной псевдослучайной перестройкой рабочей частоты» (Патент РФ № 2533077, МПК H04L 9/20, опубл. 20.11.2014, бюл. № 32). В данном способе сигнал с ППРЧ формируют следующим образом. На передающей стороне полезная информация разбивается на символы, каждый длиною в несколько бит, которые, в свою очередь, разносятся на независимые частотные элементы, каждый из которых передается поочередно на своей частоте в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью.
Данный способ, как и предыдущий аналог, обладает недостатком, связанным с низкой скоростью передачи информационных блоков данных в коротковолновом канале связи.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является «Способ передачи информации по коротковолновому каналу связи с использованием частотно-манипулированных сигналов» (Патент РФ № 2519011, МПК H04L 27/22, опубл. 10.06.2014, бюл. № 16).
В способе-прототипе сигналы, манипулированные по амплитуде и частоте с учетом многопозиционного частотно-временного кодирования многоэлементного символа, передают по частотно-разнесенным подканалам. Число частотно-разнесенных подканалов выбирают равным числу временных позиций сигнала на длительности одного символа сообщения. При этом радиоимпульсы, передаваемые по частотно-разнесенным подканалам, имеют длительность, равную одной временной позиции. Радиоимпульсы передаются последовательно во времени один раз по каждому частотно-разнесенному подканалу в течение времени передачи одного символа. Значение передаваемого символа ставят в соответсттвие от значения частоты, на которой передается радиоимпульс.
Недостатком способа-прототипа является низкая скорость передачи информационных блоков данных.
Задачей изобретения является реализация процедуры кодирования информационными символами из четырех бит трех временных позиций шестнадцатипозиционного сигнала, формируемого на основе однополосной модуляции в режиме программной перестройки рабочей частоты.
Техническим результатом заявляемого способа является повышение скорости передачи информационных блоков данных за счет использования многопозиционных сигналов в помехозащищенных коротковолновых каналах.
Заявляемый технический результат достигается в предлагаемом способе
согласно изобретению
помехозащищенной передачи шестнадцатипозиционных сигналов на основе однополосной модуляции в коротковолновых радиоканалах, заключающийся в том, что радиосигнал, передаваемый по частотно-разнесенным подканалам, имеет длительность, равную одной временной позиции, радиосигнал передают последовательно во времени один раз по каждому частотно-разнесенному подканалу,  поток информационных данных разбивают на информационные блоки по четыре бита, для передачи применяют режим медленной программной перестройки рабочей частоты, при каждой перестройке на очередную рабочую частоту на основе гармонического колебания с частотой один килогерц формируют радиосигнал однополосной модуляции (ОМ), при этом выбор верней (ВБП) или нижней боковой полосы (ВБП) определяют исходя из данных информационного блока, временной интервал работы на одной частоте делят на три временных подцикла, если первый бит информационного блока равен единице, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен нулю, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, если первый бит информационного блока равен единице, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен единице, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, если первый бит информационного блока равен единице, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен единице, четвертый бит информационного блока равен нулю, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, если первый бит информационного блока равен единице, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен единице, четвертый бит информационного блока равен единице, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, если первый бит информационного блока равен единице, второй бит информационного блока равен единице, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен нулю, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, если первый бит информационного блока равен единице, второй бит информационного блока равен единице, третий бит информационного блока равен единице, четвертый бит информационного блока равен нулю, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, если первый бит информационного блока равен единице, второй бит информационного блока равен единице, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен единице, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, если первый бит информационного блока равен единице, второй бит информационного блока равен единице, третий бит информационного блока равен единице, четвертый бит информационного блока равен единице, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, если первый бит информационного блока равен нулю, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен нулю, то на первом временном подцикле излучение не осуществляют, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, если первый бит информационного блока равен нулю, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен единице, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на третьем временном подцикле излучение не осуществляют, если первый бит информационного блока равен нулю, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен единице, четвертый бит информационного блока равен нулю, то на первом временном подцикле излучение не осуществляют, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, если первый бит информационного блока равен нулю, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен единице, четвертый бит информационного блока равен единице, то на первом временном подцикле излученеие не осуществляют, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, если первый бит информационного блока равен нулю, второй бит информационного блока равен единице, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен нулю, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на втором временном подцикле излучение не осуществляют, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, если первый бит информационного блока равен нулю, второй бит информационного блока равен единице, третий бит информационного блока равен единице, четвертый бит информационного блока равен нулю, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на третьем временном подцикле излучение не осуществляют, если первый бит информационного блока равен нулю, второй бит информационного блока равен единице, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен единице, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на втором временном подцикле излучение не олсуществляют, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, если первый бит информационного блока равен нулю, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен единице, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на третьем временном подцикле излучение не осуществляют.
Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе производится кодирование трех временных подциклов передачи шестнадцатипозиционного сигнала четырьмя битами информационного блока в режиме ППРЧ на основе формирования однополосной модуляции.
Поясним возможность достижения указанного технического результата.
В cпособе-прототипе осуществляется кодирование временных интервалов частотами, при этом затрачиваемый частотно-временной является избыточным. В частности, для кодирования информационного блока из двух символов выделяется четыре частоты и четыре временных позиции (временных подциклов), чем и объясняется низкая информационная скорость передачи информационных блоков данных.
Кроме того, формируемое таким образом радиоизлучение является аналогом радиосигнала многочастотной телеграфии в расширенной полосе частот. Согласно (Д.Д. Кловский. Теория передачи сигналов. Учебник – М. 1973 г.) потенциальная помехоустойчивость приема такого радиосигнала является относительно низкой, что, в целом, определяет дополнительное снижение скорости передачи.
В заявляемом способе для кодирования четырьмя битами информационного блока использовано три временных подцикла фактически при двух частотных позициях. При этом отличительной особенностью заявляемого способа является излучение на трех временных подциклах при единичном значении первого бита и излучение на двух временных подциклах при нулевом значении первого бита. Такой способ кодирования и формирования радиосигнала позволяет получить шестнадцатипозиционный сигнал, что и определяет повышение скорости передачи информационных блоков данных в коротковолновом канале по сравнению со способом-прототипом.
Кроме того, в заявляемом способе применяется более помехоустойчивый по сравнению со способом-прототипом в коротковолновых каналах (согласно Д.Д. Кловский. Теория передачи сигналов. Учебник – М. 1973 г.) радиосигнал однополосной модуляции на подцикле излучения при формировании радиосигнала гармоническим колебанием с частотой один килогерц. Прием такого радиосигнала на основе синхронного детектирования предполагает дополнительную фильтрацию радиосигнала с высокой стабильностью частоты (C.В. Дворников и др. Радиоприемные устройства. Учебник – СПБ. ВАС, 2016 г.), что способствует повышению показателей помехоустойчивости по сравнению со способом-прототипом, и, следовательно, определяет увеличение скорости передачи информационных блоков данных.
Дополнительная реализация режима медленной ППРЧ, согласованного с коротковолновым каналом, совместно с кодированием временных подциклов усложняет структуру формируемого радиоизлучения. Таким образом улучшаются свойства помехоустойчивости и структурной скрытности формируемого заявляемым способом радиосигнала, что повышает показатели помехозащищенности приема формируемого заявляемым способом радиосигнала (Борисов В. И., Зинчук В. М., Лимарев А. Е. Помехозащищенность систем радиосвязи расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты // под ред. В. И. Борисова; изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: РадиоСофт, 2008. – 512 с.) и в итоге, способствует повышению скорости передачи информационных блоков данных.
Заявленный способ поясняется фиг. 1, на которой показаны мнемосхемы формирования излучения на временных подциклах на рабочей частоте радиолинии с программной перестройкой рабочей частоты.
Реализация заявляемого способа в соответствии с фиг. 1 осуществляется следующим образом:
1. Поток информационных данных разбивают на информационные блоки по четыре бита.
Данная операция основывается на выделении четырех бит из потока инофрмационных данных и аналогична способу-прототипу, за исключением выделения не двух (в способе-прототипе), а четырех бит.
2. Для передачи применяют режим медленной программной перестройки рабочей частоты.
Процедура реализации режима медленной программной перестройки рабочей частоты является известной. Учитывая статистические свойства канала коротковолновой радиосвязи целесообразно применение частотно-адаптивного режима программной пеерстройки, представленного, например, в (Патент РФ № 2273099, МПК H04В 15/00, опубл. 27.03.2006, Бюл. № 9).
3. При каждой перестройке на очередную рабочую частоту на основе гармонического колебания с частотой один килогерц формируют радиосигнал однополосной модуляции (ОМ), при этом выбор верней (ВБП) или нижней боковой полосы (ВБП) определяют исходя из данных информационного блока.
Формирование радиосигнала однополосной модуляцией является известной процедурой и приведено, например, в (Патенте РФ № 2363091. МПК Н03С 1/52, опубл. 27.07.09, бюл. № 21).
4. Временной интервал работы на одной частоте делят на три временных подцикла.
Данная операция является организационной и аналогична способу-прототипу, за исключением, что деление производится не на четыре (как в способе-прототипе), а на три временных подцикла. При этом временные подциклы имеют равную длительность.
5. Радиосигнал, передаваемый по частотно-разнесенным подканалам, имеет длительность, равную одной временной позиции, радиосигнал передают последовательно во времени один раз по каждому частотно-разнесенному подканалу.
Данные операции аналогичны способу-прототипу. Особенностью рализации данных процедур в заявляемом способе является осуществление излучения на рабочей частоте на трех временных подинтервалах при единичном значении первого бита информационного блока и на двух временных подциклах при нулевом значении первого информационного бита.
6. Если первый бит информационного блока равен единице, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен нулю, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, если первый бит информационного блока равен единице, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен единице, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, если первый бит информационного блока равен единице, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен единице, четвертый бит информационного блока равен нулю, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, если первый бит информационного блока равен единице, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен единице, четвертый бит информационного блока равен единице, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, если первый бит информационного блока равен единице, второй бит информационного блока равен единице, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен нулю, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, если первый бит информационного блока равен единице, второй бит информационного блока равен единице, третий бит информационного блока равен единице, четвертый бит информационного блока равен нулю, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, если первый бит информационного блока равен единице, второй бит информационного блока равен единице, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен единице, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, если первый бит информационного блока равен единице, второй бит информационного блока равен единице, третий бит информационного блока равен единице, четвертый бит информационного блока равен единице, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, если первый бит информационного блока равен нулю, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен нулю, то на первом временном подцикле излучение не осуществляют, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, если первый бит информационного блока равен нулю, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен единице, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на третьем временном подцикле излучение не осуществляют, если первый бит информационного блока равен нулю, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен единице, четвертый бит информационного блока равен нулю, то на первом временном подцикле излучение не осуществляют, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, если первый бит информационного блока равен нулю, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен единице, четвертый бит информационного блока равен единице, то на первом временном подцикле излученеие не осуществляют, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, если первый бит информационного блока равен нулю, второй бит информационного блока равен единице, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен нулю, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на втором временном подцикле излучение не осуществляют, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, если первый бит информационного блока равен нулю, второй бит информационного блока равен единице, третий бит информационного блока равен единице, четвертый бит информационного блока равен нулю, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на третьем временном подцикле излучение не осуществляют, если первый бит информационного блока равен нулю, второй бит информационного блока равен единице, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен единице, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на втором временном подцикле излучение не олсуществляют, на третьем временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, если первый бит информационного блока равен нулю, второй бит информационного блока равен нулю, третий бит информационного блока равен нулю, четвертый бит информационного блока равен единице, то на первом временном подцикле излучают сигнал ОМ ВБП, на втором временном подцикле излучают сигнал ОМ НБП, на третьем временном подцикле излучение не осуществляют (см. фиг .1).
Данные операции являются логико-формальными и описывают алгоритм формирования радиосигнала заявляемым способом. Учитывая формализованный характер указанных процедур их целесообразно реализовать на базе цифровых процессоров на основе программно-определяемых технологий. В качестве примера радиостанции на основе программно-определяемых технологий можно привести радиостанциюР-187-П1 комплекса средств радиосвязи «Азарт».
Имитация алгоритма, реализующего заявляемый способ помехозащищенной передачи шестнадцатипозиционных сигналов на основе однополосной модуляции, в среде МаtLAB выявила повышение скорости передачи информационных блоков данных до 20% по сравнению со способом-прототипом в коротковолоновом канале связи, что указывает на достижение задачи и технического результата изобретения.