Способ цифрового квадратурного формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в составе систем радиосвязи, использующих широкополосные фазоманипулированные радиосигналы. Техническим результатом изобретения является возможность квадратурного формирования широкополосного фазоманипулированного радиосигнала высокой частоты в цифровом виде без необходимости вычисления значений тригонометрических функций. Способ характеризуется тем, что символы из поступающей информационной последовательности объединяются попарно, каждый из которых умножается на расширяющую псевдослучайную последовательность, полученные парные сигналы с расширенным спектром умножаются на гармонические сигналы с частотой f, сдвинутые по фазе на 90 градусов друг относительно друга, а затем складываются, при этом полученные парные сигналы с расширенным спектром перед сложением умножаются на сигналы типа меандр с периодом Т=1/f, имеющие сдвиг по фазе 90 градусов друг относительно друга, а затем складываются.

 

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в составе систем радиосвязи, использующих широкополосные фазоманипулированные радиосигналы.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по максимальному количеству сходных признаков является способ квадратурного формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром [В.И.Борисов и др. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью. - М.: Радио и связь, 2003, - 641 с.], представляющий метод квадратурной фазовой модуляции сигналов с расширением спектра псевдослучайной последовательностью. Суть данного способа заключается в том, что для информационной последовательности из двух символов формируются (а затем складываются) квадратурные составляющие сигнала, которые манипулируются по фазе указанными символами и спектр которых расширяется псевдослучайной последовательностью. Суть данного способа заключается в том, что из двух символов информационной последовательности методом фазовой манипуляции формируются (а затем складываются) 2 сигнала на высокой частоте, спектр которых расширяется псевдослучайной последовательностью.

Последовательность действий при известном способе квадратурного формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром заключается в следующем:

1. Символы из поступающей информационной последовательности объединяются попарно.

2. Каждый символ из пары символов умножается на псевдослучайную последовательность символов.

3. Полученные сигналы с расширенным спектром переносятся на высокую частоту f Гц в результате выполнения следующих действий:

- первый сигнал умножается на гармонический сигнал с частотой колебания f Гц.

- второй сигнал умножается на гармонический сигнал с частотой колебания f Гц, сдвинутый по фазе на 90 градусов, где f - необходимая высокая (несущая) частота.

4. Полученные квадратурные сигналы складываются.

Рассмотренный способ квадратурного формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относятся следующие недостатки. В известном способе необходимо генерировать гармонический сигнал для квадратурного формирования фазоманипулированного радиосигнала на высокой частоте, что сопряжено с определенными вычислительными или аппаратными затратами. При реализации известного способа, например, в цифровой технике это означает необходимость аппаратного вычисления отсчетов тригонометрических функций или их хранения в ПЗУ (аппаратные затраты); при программной реализации известного способа - необходимость центрального процессора тратить время на вычисление значений тригонометрических функций (вычислительные затраты).

В основу изобретения положена задача разработать способ квадратурного формирования широкополосного фазоманипулированного сигнала высокой частоты в цифровом виде без необходимости вычисления значений тригонометрических функций.

Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного способа квадратурного формирования широкополосного фазоманипулированного сигнала, заключающегося в том, что символы из поступающей информационной последовательности объединяются попарно, каждый из которых умножается на расширяющую псевдослучайную последовательность, полученные парные сигналы с расширенным спектром умножаются на гармонические сигналы с частотой f Гц, сдвинутые по фазе 90 градусов друг относительно друга, а затем складываются, в заявленном способе полученные парные сигналы с расширенным спектром перед сложением умножаются на сигналы типа меандр с периодом Т=1/f, имеющие сдвиг по фазе 90 градусов друг относительно друга, а затем складываются.

Благодаря введению в известный способ совокупности существенных отличительных признаков заявляемый способ позволяет производить квадратурное формирование широкополосного фазоманипулированного сигнала высокой частоты в цифровых устройствах без необходимости вычисления значений тригонометрических функций.

Формирование меандра в цифровом виде существенно проще, чем формирование значений отсчетов тригонометрических функций [см. алгоритм вычисления тригонометрических функций, например, в Байков В.Д., Смолов В.Б. Специализированные процессоры: итерационные алгоритмы и структуры, 1985, 288 стр.]. Кроме того, для кодирования меандра цифровым сигналом достаточно разрядности в 2 бита (в знаковой целочисленной арифметике), в отличие от кодирования гармонического колебания, что позволяет реализовывать указанный способ в цифровой технике с меньшими затратами аппаратных ресурсов.

Способ цифрового квадратурного формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром заключается в последовательном выполнении следующих действий:

1. Символы из поступающей информационной последовательности объединяются попарно.

2. Каждый символ из пары символов умножается на псевдослучайную последовательность символов.

3. Полученные сигналы с расширенным спектром умножаются на сигналы типа меандр с периодом Т=1/f, имеющие сдвиг по фазе 90 градусов друг относительно друга, а затем складываются.

4. Полученные после перемножения сигналы складываются.

Преимущество изобретения состоит в том, что по сравнению с прототипом заявленный способ позволяет решать задачу квадратурного формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром с меньшими вычислительными и аппаратными затратами. Для реализации типового устройства прямого цифрового синтеза (LogiCORE IP DDS Compiler v5.0) гармонических сигналов по законам синуса и косинуса, работающего в кристалле семейства Virtex6 (производство фирмы Xilinx) требуется следующее количество аппаратных ресурсов (типичные данные, источник LogiCORE IP DDS Compiler v5.0 datasheet): до 4-х блоков DSP48, до 8-ми блоков памяти по 18 кбит. Для реализации генератора меандра потребуется всего лишь один счетчик, разрядность которого будет зависеть от частоты дискретизации и необходимого периода генерируемого меандра.

Вычисление значения синуса в целочисленной арифметике на современных цифровых сигнальных процессорах требует выполнения порядка 100 инструкций, тогда как генерация меандра - 1 инструкцию (инверсия знака) + порядка 10 инструкций для обслуживания счетчика периода колебаний.

Способ цифрового квадратурного формирования фазоманипулированного радиосигнала с расширенным спектром, заключающийся в том, что символы из поступающей информационной последовательности объединяются попарно, каждый из которых умножается на расширяющую псевдослучайную последовательность, полученные парные сигналы с расширенным спектром умножаются на гармонические сигналы с частотой f, сдвинутые по фазе на 90° относительно друг друга, а затем складываются, отличающийся тем, что полученные парные сигналы с расширенным спектром перед сложением умножаются на сигналы типа меандр с периодом Т=1/f, имеющие сдвиг по фазе 90° относительно друг друга, а затем складываются.