Способ формирования фазоманипулированного сигнала с постоянной огибающей
Владельцы патента RU 2264044:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) (RU)
Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в системах передачи информации. Технический результат состоит в формировании сигнала с постоянной огибающей и фазовой манипуляцией без скачков фазы на 180 градусов. Для этого в способе получают сигнал, который может быть использован в качестве пилот-сигнала, при этом цифровую последовательность, связанную с информационными символами, разделяют на две цифровые информационные последовательности, проводят цифроаналоговое преобразование полученных двух последовательностей, перемножают один из полученных сигналов с синфазной составляющей несущего/поднесущего колебания, а другой - с квадратурной составляющей несущего/поднесущего колебания и суммируют полученные сигналы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области радиотехники, позволяет сформировать сигнал с постоянной огибающей и фазовой манипуляцией без скачков фазы на 180 градусов при условии, что для генерации информационной цифровой хаотической последовательности чисел {хn} реализован алгоритм
или
где n - порядковый номер числа последовательности, а управляющий информационный параметр λi, для i=1, 2, 3, 4 может принимать значения 2, 3, 4, 5 соответственно.
Данный способ может быть использован в системах передачи информации.
Известен способ формирования сигналов с постоянной огибающей и m-ичной фазовой манипуляцией ([1], с.555), имеющих вид:
si(t)=A0cos(ω0t+2πi/m).
В этой формуле:
A0 - постоянная амплитуда,
ω0 - частота несущей (поднесущей),
m - число возможных дискретных значений манипулированного параметра.
Способ заключается в непосредственной m-ичной фазовой манипуляции несущего (поднесущего) колебания и реализуется подключением к выходу генератора несущей (поднесущей) фазового модулятора, при этом к управляющему входу последнего через цифроаналоговые преобразователи подаются двоичные символы от генератора модулирующих последовательностей. Такой способ, например, применен в устройстве, структурная схема которого показана в составе формирователя сигналов с амплитудно-фазовой модуляцией на рис.9.11 в [1], с.555. Достоинство данного способа - его простота. Однако в случае использования указанной ранее модулирующей хаотической последовательности чисел {хn} при формировании сигнала требуется прецизионный фазовый модулятор и существенно усложняется схема демодулятора, что делает использование способа для хаотической последовательности практически невозможным.
Другой способ формирования сигналов с постоянной огибающей и m-ичной фазовой манипуляцией заключается в том, что с помощью коммутатора формируют из цифрового информационного потока символов {ν} два потока соответственно четных {аi} и нечетных {bi} двоичных символов, каждый из этих потоков подвергают цифроаналоговому преобразованию, а затем перемножению (с помощью балансных модуляторов) с соответствующими квадратурными составляющими несущего (поднесущего) колебания и результаты перемножения суммируют с помощью сумматора, на выходе которого получают фазоманипулированное колебание с непрерывной огибающей ([2], с.36, 37, 83, рис.2.1,а и рис.3.3). Для случая единичной энергии символа на выходе сумматора получается колебание вида (формулы (9.4), (9.5) и рис.9.10 на с.553, 555 в [1]):
где Tc - длительность m-ичного символа,
аi и bi - элементы последовательностей {аi} и {bi} соответственно,
В данном способе формируется более компактный спектр итогового сигнала, но при повышении числа позиций фазы уменьшается его помехоустойчивость.
Для хаотической последовательности чисел {хi}, сформированной по любому из указанных выше рекуррентных алгоритмов, применение данного способа приводит к нарушению постоянства огибающей.
Разделение информационного потока символов на синфазный и квадратурный потоки, последующее перемножение полученных двух потоков на квадратурные составляющие несущего (поднесущего) колебания и суммирование результатов перемножения используется и в каналах связи стандарта IS-95 ([3], с.798-805, рис.12.40 на с.799 и рис.12.43 на с.804). Однако реализация такого разделения ориентирована на последовательности Уолша и не может быть использована в случае хаотических последовательностей.
Наиболее близким по технической сущности является способ формирования сигналов с постоянной огибающей и m-ичной фазовой манипуляцией ([2], с.83, рис.3.3), заключающийся в следующем. Цифровую последовательность, связанную с информационными символами, разделяют на две цифровые информационные последовательности, подвергают каждую из полученных последовательностей цифроаналоговому преобразованию в соответствующем цифроаналоговом преобразователе. Перемножают один из полученных сигналов с синфазной составляющей несущего (поднесущего) колебания, а другой - с квадратурной составляющей несущего (поднесущего) колебания. Складывая в сумматоре результаты перемножения, на выходе сумматора получают фазоманипулированный сигнал с постоянной огибающей.
Однако в фазоманипулированном сигнале, сформированном по данному способу, могут иметься скачки фазы на 180 градусов и способ в принципе не позволяет получить постоянную огибающую при фазовой манипуляции указанными выше хаотическими последовательностями {хn}.
Задачей изобретения является получить постоянную огибающую у сигнала с хаотической фазовой манипуляцией, предотвратив при этом возникновение скачков фазы на 180 градусов.
В изобретении достигается следующий технический результат:
- способ позволяет получить сигнал, который может быть использован в качестве пилот-сигнала на поднесущей при обработке колебаний с хаотической угловой модуляцией;
- способ позволяет за счет исключения скачков фазы на 180 градусов уменьшить искажения, связанные с прохождением пилот-сигнала с фазовой манипуляцией на поднесущей через полосовые фильтры модулятора и демодулятора.
Указанный технический результат достигается в способе, заключающемся в том, что цифровую последовательность, связанную с информационными символами, разделяют на две цифровые информационные последовательности, проводят цифроаналоговое преобразование полученных двух последовательностей, перемножают один из полученных сигналов с синфазной составляющей несущего (поднесущего) колебания, а другой - с квадратурной составляющей несущего (поднесущего) колебания и суммируют полученные сигналы, за счет того, что осуществляют преобразование цифровой последовательности, связанной с информационными символами, в исходную информационную цифровую хаотическую последовательность, связанную с информационными символами посредством манипуляции управляющим параметром генерирующего рекуррентного алгоритма, путем квадратурного преобразования из исходной информационной цифровой хаотической последовательности получают две цифровые информационные хаотические последовательности.
Согласно п.2 формулы изобретения используют один из двух рекуррентных алгоритмов:
или
где n - номер элемента хаотической последовательности, λi - манипулируемый информационный управляющий параметр, принимающий для номера позиций i=1, 2, 3, 4 значения 2, 3, 4, 5 соответственно.
При этом получают, соответственно, косинусоидальную или синусоидальную исходную информационную цифровую хаотическую последовательность:
или
преобразованием которой получают две информационные цифровые хаотические последовательности {an-1,i} и {bn-1,i}, элементы которых имеют вид:
an-1,i=cos(ξn-1) - для синфазного канала
и
bn-1,i=sin(ξn-1) - для квадратурного канала
или
an-1,i=cos(ηn-1) - для синфазного канала
и
bn-1,i=sin(ηn-1) - для квадратурного канала.
Далее эти две информационные цифровые хаотические последовательности подвергаются цифроаналоговому преобразованию.
Таким образом, технический результат достигается в способе за счет обеспечения возможности применения специальной цифровой обработки числовых последовательностей, преобразованных в хаотические числовые последовательности.
По существу, общим между изобретением и прототипом является подход к задаче формирования фазоманипулированного сигнала с постоянной огибающей, при котором этот сигнал получают в результате сложения составляющих, полученных после перемножения квадратурных компонентов несущего (поднесущего) колебания с преобразованными в цифроаналоговых преобразователях потоками соответствующих цифровых последовательностей.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где:
- на Фиг.1 изображена блок-схема устройства, с помощью которого реализуется заявленный способ;
- на Фиг.2 представлена блок-схема алгоритма моделирования процессов, происходящих в устройстве;
- на Фиг.3. а, б, в представлены графики процессов на выходах блоков устройства.
Способ осуществляется следующим образом.
На управляющий вход генератора хаотической цифровой последовательности 1 поступает информационная цифровая последовательность чисел модулирующего управляющего параметра. Цифровую последовательность с выхода генератора последовательности хаотических чисел 1 (Фиг.1) подают на вход преобразователя 2. Сформированные в преобразователе 2 цифровые последовательности (Фиг.2) через блоки соответствующих цифроаналоговых преобразователей 3, 4 подают на первые входы балансных модуляторов 5, 6. Сигнал с выхода генератора несущей (поднесущей) 7 подается на второй (опорный) вход балансного модулятора 5 синфазного канала и через фазовращатель 8 на 90 градусов - на второй (опорный) вход балансного модулятора 6 квадратурного канала. Сигналы с выходов балансных модуляторов, являющиеся результатом перемножения сигналов, поступивших на их входы, подают на входы сумматора 9. На выходе сумматора получают информационный сигнал с постоянной огибающей и фазовой манипуляцией без скачков фазы на 180 градусов.
Генератор 1 формирует хаотическую цифровую последовательность {ξn-1} или {ηn-1}. Генератор может быть выполнен на основе микропроцессора. На практике длина хаотической последовательности зависит от типа процессора и при десяти разрядах, удерживаемых в мантиссе числа, превышает 10000 [4]. На управляющий вход генератора 1 поступают информационные модулирующие символы λi. На Фиг.3.а изображена последовательность {xn}, сформированная в генераторе 1 по алгоритму 
где i=1, 2. На Фиг.3.б показана соответствующая информационная последовательность {ξn-1}, содержащая 200 элементов.
В преобразователе 2 формируют две цифровые хаотические информационные последовательности, подвергаемые цифроаналоговому преобразованию. С выхода генератора 1 на вход преобразователя 2 поступает одна из последовательностей {ξn-1} или {ηn-1}, сформированных по алгоритмам:
или
На Фиг.3.б изображена первая из этих последовательностей.
В преобразователе 2 последовательность {ξn-1} или {ηn-1} преобразуют в цифровые хаотические информационные последовательности {an-1,i}, {bn-1,i}, подвергаемые цифроаналоговому преобразованию.
После цифроаналогового преобразования в цифроаналоговых преобразователях 3, 4 с помощью балансных модуляторов 5, 6, генератора несущего (поднесущего) колебания 7, фазовращателя 8 на 90 градусов и сумматора 9 на выходе образуется сигнал:
или
где A0 - амплитуда несущей (поднесущей),
ω0 - частота несущей (поднесущей).
На Фиг.3.в изображена временная диаграмма полученного цифрового хаотического информационного сигнала при λ1=2 (для m от 2500 до 5000), λ2=3 (для m от 5000 до 7500).
Возможность реализации способа подтверждается программным продуктом, специально разработанным для проверки работоспособности способа и исследования его характеристик.
Таким образом, с помощью предлагаемого способа решается задача получения хаотического колебания с постоянной огибающей без скачков фазы на 180 градусов.
Источники информации
1. Информационные технологии в радиотехнических системах: Учебное пособие / Васин В.А., Власов И.Б., Егоров Ю.М. и др. Под ред. И.Б.Федорова. - M.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2003. - 672 с. (Сер. Информатика в техническом университете).
2. Банкет В.Л., Дорофеев В.М. Цифровые методы в спутниковой связи. - M.: Радио и связь, 1988. - 240 с.
3. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. 2-е издание. Пер. с англ. - M.: Издательский дом "Вильяме", 2003. - 1104 с.
4. Перов А.И., Плотников П.В., Перов А.А. Некоторые аспекты оптимального оценивания конечной выборки дискретного хаотического процесса // Радиотехника, 2001, №7, - с.9-16.
5. Беспалов Е.С. Маркированные нерегулярные числовые последовательности. 51-я научно-техническая конференция МИРЭА. Сборник трудов. Часть II. Физико-математические науки. - M.: МИРЭА, 2002, - с.23-26.
1. Способ формирования фазоманипулированного сигнала с постоянной огибающей, заключающийся в том, что цифровую последовательность, связанную с информационными символами, разделяют на две цифровые информационные последовательности, проводят цифроаналоговое преобразование полученных двух последовательностей, перемножают один из полученных сигналов с синфазной составляющей несущего/поднесущего колебания, а другой - с квадратурной составляющей несущего/поднесущего колебания, и суммируют полученные сигналы, отличающийся тем, что перед разделением на две последовательности осуществляют преобразование цифровой последовательности, связанной с информационными символами, в исходную информационную цифровую хаотическую последовательность посредством манипуляции управляющего параметра генерирующего рекуррентного алгоритма информационными символами, разделение с получением двух цифровых информационных хаотических последовательностей осуществляют путем квадратурного преобразования исходной информационной цифровой хаотической последовательности.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что один из двух рекуррентных алгоритмов представляет собой
или
где n - номер элемента хаотической последовательности, λi - манипулируемый информационный управляющий параметр, принимающий для номера позиций i=1, 2, 3, 4 значения 2, 3, 4, 5, соответственно, при этом получают, соответственно, косинусоидальную или синусоидальную исходную информационную цифровую хаотическую последовательность
или
преобразованием которой получают две информационные цифровые хаотические последовательности {an-1,i} и {bn-1,i}, элементы которых имеют вид
an-1,i=cos(ξn-1) - для синфазного канала
и
bn-1,i=sin(ξn-1) - для квадратурного канала
или
an-1,i=cos(ηn-1) - для синфазного канала
и
bn-1,i=sin(ηn-1) - для квадратурного канала.
