Способ формирования помехоустойчивых радиосигналов

Способ формирования помехоустойчивых радиосигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для повышения помехоустойчивости радиосигналов (PC) в системах связи.

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 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 (БВФ), при этом "0" и "1" модулируют противоположными БВФ.

Недостатком наиболее близкого аналога является относительно низкая помехоустойчивость, связанная с недостаточным увеличением ширины спектра (занимаемой полосы частот) PC, модулированного БВФ, по сравнению с шириной спектра PC, модулированного на основе двоичной фазовой манипуляции.

Целью заявленного технического решения является разработка способа формирования помехоустойчивых PC, обеспечивающего повышение помехоустойчивости PC за счет увеличения ширины спектра (занимаемой ими полосы частот).

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе формирования помехоустойчивых PC, основанном на формировании широкополосного сигнала, для которого используют расширение спектра методом ПСП, при этом для модуляции логических элементов «1» и «0» ПСП используют РИ, сформированные в результате перемножения противоположных БВФ с сигналом с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), при этом для формирования РИ используют сигнал с ЛЧМ, в котором частота может как увеличиваться, так и уменьшаться с возрастанием времени.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе, заключающихся в использовании вместо БВФ РИ, представляющих результат перемножения противоположных БВФ с сигналом ЛЧМ, обеспечивается повышение помехоустойчивости PC за счет увеличения ширины спектра результирующего широкополосного PC.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг. 1 - числовая бинарная ПСП 000100110101111, сформированная с помощью генератора случайных чисел;

фиг. 2 - временное представление прямой формы БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса;

фиг. 3 - временное представление обратной формы БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса;

фиг. 4 - временное представление сигнала ЛЧМ (с увеличением частоты);

фиг. 5 - временное представление РИ, построенного на основе перемножения прямой формы БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса, с сигналом с ЛЧМ с увеличением частоты по времени;

фиг. 6 - временное представление РИ, построенного на основе перемножения обратной формы БВФ, представляющей вторую производную от функции Гаусса, с сигналом с ЛЧМ с увеличением частоты по времени;

фиг. 7 - элемент PC, сформированный модулированием числовой бинарной ПСП, представленной на фиг. 1, причем логический элемент «0» в ПСП модулируется РИ, сформированным на основе перемножения обратной формы БВФ и сигнала с ЛЧМ, у которого частота увеличивается по времени, а логический элемент «1» в ПСП модулируется РИ, сформированным на основе перемножения прямой формы БВФ и сигнала с ЛЧМ, у которого частота увеличивается по времени;

фиг. 8 - элемент PC, сформированный путем модулирования числовой бинарной ПСП, представленной на фиг. 1, РИ на основе прямой формы БВФ для «1» и инверсной формы БВФ для «0»;

фиг. 9 - модуль спектра элемента PC, сформированного путем модулирования числовой бинарной ПСП, представленной на фиг. 1, РИ, сформированными в результате перемножения прямой и обратной форм БВФ и сигнала с ЛЧМ;

фиг. 10 - модуль спектра элемента PC, сформированного путем модулирования числовой бинарной ПСП, представленной на фиг. 1, РИ на основе прямой формы БВФ для «1» и инверсной формы БВФ для «0».

Реализация заявленного способа объясняется следующим образом.

п. 1. Предварительно задают числовую бинарную ПСП.

Числовая бинарная ПСП может задаваться, например, с помощью генератора случайных сигналов. Генераторы случайных сигналов известны и описаны, например, в патенте РФ №2168260 от 27.05.2001. При этом длина ПСП (число отсчетов) должна совпадать с длиной элемента PC.

В качестве примера на фиг. 1 показана числовая бинарная ПСП 000100110101111, сформированная с помощью генератора случайных чисел.

п. 2. Формируют РИ в результате перемножения сигналов, описываемых прямой и обратной форм БВФ, и сигнала с ЛЧМ.

Операции использования сигнала с ЛЧМ для передачи логических «0» и «1» известны, см. патент RU 2394372, опубл. 10.07.2010. Операции модуляции РИ с использованием вейвлетов известны, см. US 7289697 В2, опубл. 9.10.2007.

В качестве БВФ используют прямую или инверсную формы функции (см. фиг. 2 и фиг. 3), представляющей вторую производную от функции Гаусса.

Возможность использования противоположных биортогональных вейвлет-функций в качестве модулирующих сигналов известна, см. патент RU 24212551, опубл. 10.05.2015 (приоритет от 05.05.2014).

При перемножении выбирают число отсчетов сигналов на основе БВФ равным числу отсчетов сигналов с ЛЧМ. Процедура перемножения заключается в последовательном перемножении соответствующих отсчетов БВФ и отсчетов сигналов с ЛЧМ. На фиг. 5 показан РИ, предназначенный для модуляции логического значения «1», сформированный в результате перемножения сигнала на основе прямой формы БВФ и сигнала с ЛЧМ, у которого частота увеличивается по времени.

На фиг. 6 показан РИ, предназначенный для модуляции логического значения «0», сформированный в результате перемножения сигнала на основе обратной формы БВФ и сигнала с ЛЧМ, у которого частота увеличивается по времени.

п. 3. Если для модуляции логического элемента «1» выбирают РИ, в котором используется сигнал на основе прямой формы БВФ, то для модуляции логического элемента «0» выбирают РИ, в котором используется сигнал на основе обратной формы БВФ. И наоборот, если для модуляции логического элемента «1» выбирают РИ, в котором используется сигнал на основе обратной формы БВФ, то для модуляции логического элемента «0» выбирают РИ, в котором используется сигнал на основе прямой формы БВФ.

Модуляция заключается в формировании последовательности РИ в соответствии со значениями ПСП. Причем вместо значений логических элементов «1» и «0» подставляют РИ, соответственно сигналов на основе прямой и обратной формой БВФ, или наоборот, с обратной и прямой формой БВФ. Процесс модуляции ПСП известен (см. патент RU 2412551, опубликованный 20.02.2011. Бюл. №5).

В качестве примера, на фиг. 7 показан элемент широкополосного PC, модулированный по значению ПСП, представленной на фиг. 1.

Использование сформированных РИ, для модулирования логических элементов ПСП приводит к увеличению занимаемой PC полосы частот и тем самым позволяет увеличить базу сигнала. В свою очередь увеличение базы сигнала приводит к повышению его помехоустойчивости (см. патент RU 2412551, опубликованный 20.02.2011 г. Бюл. №5).

База сигнала - это произведение эффективного значения длительности сигнала и эффективного значения ширины его спектра (см. С.И. Баскаков, Радиотехнические цепи и сигналы. М.: «Высшая школа», 2-е изд., 1988, 446 с.).

Закон изменения (увеличения или уменьшения частоты) с возрастанием времени для сигналов с ЛЧМ может быть произвольным. Однако, чем быстрее по времени происходит изменение частоты в сигнале с ЛЧМ, тем больше значение базы сигнала. В качестве примера на фиг. 8 показан элемент широкополосного PC, сформированного в соответствии со значением ПСП на фиг. 1, согласно способу-прототипу. На фиг. 9 показан спектр, сформированный на основе заявляемого способа (для элемента широкополосного PC, изображенного на фиг. 7). На фиг. 10 - спектр, сформированный на основе способа-прототипа (для элемента PC, изображенного на фиг. 8).

Анализ полученных спектров показал увеличение ширины занимаемой полосы частот для PC, сформированному согласно заявляемому способу.

Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе обеспечивается увеличение ширины спектра для сформированного PC, за счет использования для модуляции элементов последовательности ПСП РИ, представляющих результат перемножения противоположных БВФ с сигналом ЛЧМ.

Способ формирования помехоустойчивых радиосигналов, основанный на формировании широкополосного сигнала, для которого используют расширение спектра методом псевдослучайной последовательности, которую модулируют противоположными биортогональными вейвлет-функциями, отличающийся тем, что для модуляции логических элементов «1» и «0» псевдослучайной последовательности используют радиоимпульсы, сформированные в результате перемножения противоположных биортогональных вейвлет-функций с сигналом с линейной частотной модуляцией, при этом для формирования радиоимпульсов используют сигнал с линейной частотной модуляцией, в котором частота может как увеличиваться, так и уменьшаться с возрастанием времени.