Способ формирования модифицированной кодовой последовательности баркера в системе кв радиосвязи

Изобретение относится к средствам КВ радиосвязи. Технический результат заключается в снижении спектральной плотности мощности сигналов систем и комплексов КВ радиосвязи без изменения технических операций при обработке сигнала на приеме. Последовательно выполняют операции кодирования каждого бита информации модифицированной шумоподобной двоичной кодовой последовательностью Баркера, имеющей автокорреляционную функцию, близкую к дельта-функции. Предварительно модифицируют каждый импульс кодовой последовательности Баркера, для чего разбивают импульс на три части и обнуляют амплитуду первой и третьей частей. На приеме выполняют оцифровку усиленных радиосигналов и производят вычисление взаимной корреляции сигналов, несущих информацию об отдельных символах с объемом выборки, равным длине кода Баркера, используя обычную кодовую последовательность Баркера. Осуществляют формирование информационной последовательности путем сравнения вычисленных значений взаимной корреляции с пороговым числом. 4 ил.

 

Изобретение относится к области радиосвязи и может использоваться для снижения спектральной плотности мощности сигналов систем и комплексов КВ радиосвязи.

Известен «Способ защиты узкополосных каналов передачи данных в условиях многолучевого распространения и комплекс средств для его реализации» (Патент РФ № 2663240, H04B 7/216, опубл. 03.08.2018, Бюл. № 22), включающий на передающей стороне канала передачи данных операции формирования пакетов сообщений, модуляции пакетов битов, усиления мощности радиосигналов и излучения их передающей антенной, а на приемной стороне канала включающий операции приема, усиления и демодуляции радиосигналов, причем на передающей стороне канала передачи данных дополнительно введены операции формирования пакетов из N битов с защитными интервалами перед пакетами, формирования расширяющих сигналов в виде ортогональной производной системы сигналов Уолша и Баркера N-го порядка, расширения спектров битов пакетов методом прямой последовательности, при этом каждому биту пакета соответствует свой код из производной системы сигналов на базе кодов Уолша и Баркера, длительности битов с расширенным спектром увеличивают в N раз, суммируют амплитуды битов с увеличенной длительностью, формируя пакеты биполярной последовательности битов, амплитуды которых не превышают величины N, а на приемной стороне канала передачи данных дополнительно введены операции обратного преобразования во времени длительностей сигналов, многоканального кодового разделения сигналов лучей по форме, формирования копий расширяющих сигналов, выделения сигналов сообщений в многоканальном решающем устройстве по критерию отношения правдоподобия, задержки во времени сигналов сообщений в соответствии с исходной последовательностью сообщений в пакетах на передающей стороне.

Однако данный способ имеет ограниченную область применения, поскольку ориентирован на уменьшение влияния многолучевых сигналов за счет значительного увеличения длительности задержек между излучаемыми многолучевыми радиосигналами, при которых обеспечивается достоверная передача данных, а также повышение технических характеристик каналов передачи данных в части пропускной способности, помехозащищенности и энергетических показателей. Но при этом, расширение спектра сигнала, характеризующее снижение спектральной плотности мощности сигналов, определяется только разрядностью используемого кода.

Известен «Способ передачи двоичной информации сложными сигналами с внутриимпульсной минимальной частотной манипуляцией» (Патент РФ № 2 358 404, H04L 27/10, опубл. 10.06.2009, Бюл. № 16), включающий минимальную кодочастотную модуляцию несущей частоты путем суммирования модулированных по амплитуде и фазе колебаний квадратурных каналов, при этом дополнительно генерируют модуляционные коды квадратурной и синфазной составляющих сложного сигнала с частотой следования бит информационной последовательности, определяют четные и нечетные тактовые интервалы, четные и нечетные единичные биты информационной последовательности, формируют модуляционные кодовые последовательности синусного и косинусного каналов, осуществляют замену квадратурных модуляционных кодов, стоящих на четных интервалах синусного канала, на синфазные модуляционные коды четных интервалов косинусного канала и наоборот, затем полученные последовательности преобразуют в двухполярный код и модулируют по фазе синусное и косинусное гармонические колебания поднесущей частоты, период которой равен четырехкратной длительности элементарной посылки применяемого кода, после этого модулированные по фазе колебания подают на квадратурный модулятор несущей частоты.

Однако данный способ имеет ограниченную область применения, поскольку ориентирован на повышение помехоустойчивости передачи двоичной информации сложными сигналами путем более эффективного использования полосы частот, отведенной для передачи двоичной информации сложными сигналами. Но при этом расширение спектра сигнала, характеризующее снижение спектральной плотности мощности сигналов, определяется только разрядностью используемого кода.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, является «Способ повышения помехоустойчивости и пропускной способности адаптивной системы КВ радиосвязи» (патент РФ № 2713507, H04L 5/00, H04L 27/26, опубл. 05.02.2020, Бюл. №4).

В известном способе повышение помехоустойчивости и пропускной способности адаптивной системы КВ радиосвязи, использующий OFDM технологию, основано на поэтапной адаптации радиоканала ведомой и ведущей станций, выполняющий процедуры трассового зондирования, тестирования помеховой обстановки, нахождения значений оптимизируемых параметров системы радиосвязи, передачи значений выбранных параметров на ведущую станцию, перестройки приемного и передающего трактов на новые оптимизированные параметры, установления и ведения связи, при этом в приемный тракт дополнительно вводят второй приемный канал, состоящий из идентичных первому приемному каналу приемной антенны, антенно-фидерного устройства и усилителя высокой частоты, а также дополнительно вводят параллельно соединенный с обоими приемными каналами двухканальный синхронный аналого-цифровой преобразователь, в котором синхронно выполняют оцифровку усиленных радиосигналов, далее выполняют пространственно-корреляционную обработку сигналов в блоке обработки сигналов вычислительного устройства, где производят вычисление взаимной корреляции сигналов, представленных параллельным кодом, несущих информацию об отдельных символах с объемом выборки, равным длине кода Баркера, далее осуществляют формирование информационной последовательности, представленной параллельным кодом, путем сравнения вычисленных значений взаимной корреляции с пороговым числом; при этом в блоке формирования сигнала вычислительного устройства каждый бит информации, поступающей с терминала, кодируют шумоподобной двоичной кодовой последовательностью Баркера, имеющей автокорреляционную функцию, близкую к дельта-функции, повышающей помехоустойчивость радиоканала; далее выполняют процедуру межсимвольного перемежения; кроме этого, проводят тестирование тестовыми сигналами №№ 1-3 для оценки состояния радиоканала; далее по результатам тестирования в блоке адаптивного управления радиоканалом вычислительного устройства для поддержания заданной пропускной способности радиоканала выполняют адаптацию частотно-кодовой конструкции OFDM-сигнала путем распределения по частоте поднесущих OFDM-сигнала.

Однако способ-прототип имеет ограниченную область применения, поскольку обеспечиваемое на его основе расширение спектра сигнала, характеризующее снижение спектральной плотности мощности сигналов, определяется только разрядностью используемого кода.

Задачей изобретения является создание способа, позволяющего без изменения технических операций при обработке сигнала на приеме расширить спектр сигнала больше, чем обеспечивает разрядность используемого в нем для кодирования каждого бита информации шумоподобной двоичной кодовой последовательности Баркера.

Техническим результатом является снижение спектральной плотности мощности сигналов систем и комплексов КВ радиосвязи без изменения технических операций при обработке сигнала на приеме.

Технический результат достигается тем, что в способе формирования модифицированной кодовой последовательности Баркера в системе КВ радиосвязи, основанном на установлении и ведении связи, последовательно выполняют операции кодирования каждого бита информации шумоподобной двоичной кодовой последовательностью Баркера, имеющей автокорреляционную функцию, близкую к дельта-функции, а на приеме выполняют оцифровку усиленных радиосигналов и производят вычисление взаимной корреляции сигналов, несущих информацию об отдельных символах с объемом выборки, равным длине кода Баркера, осуществляют формирование информационной последовательности путем сравнения вычисленных значений взаимной корреляции с пороговым числом, причем на передающей стороне при формировании каждого бита исходящей информации, предварительно модифицируют каждый импульс кодовой последовательности Баркера, для чего разбивают импульс на три части и обнуляют амплитуду первой и третье части, после чего осуществляют операции кодирования каждого бита информации уже модифицированной кодовой последовательностью Баркера, а на приеме при вычислении взаимной корреляции сигналов, несущих информацию об отдельных символах с объемом выборки, равным длине кода Баркера, используют обычную кодовую последовательность Баркера.

Технический результат обеспечивается новой совокупностью существенных признаков. В заявляемом способе на передающей стороне каждый информационный импульс дополнительно манипулируют модифицированной кодовой последовательностью Баркера. В результате этого происходит расширение спектра сигнала в большее число раз, чем могло быть обеспечено при использовании обычной кодовой последовательности Баркера. В результате этого обеспечивают снижение спектральной плотности мощности сигналов по отношению к наиболее близкому техническому решению.

Заявленный способ поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображены импульсы положительной полярности расширяющей кодовой последовательности Баркера: обычной U(t) – а) и модифицированной Um(t) – б);

на фиг. 2 изображены импульсы семи разрядной кодовой последовательности Баркера: обычной B(t) – а); модифицированной Bm(t) – б);

на фиг. 3 изображены модули спектров (спектральные плотности мощности) импульсов семи разрядной кодовой последовательности Баркера: обычной |F(f)| – а); модифицированной |Fm(f)| – б);

на фиг. 4 изображены корреляционные функции: результат взаимной корреляции между принимаемым сигналом, расширенным модифицированной кодовой последовательностью Баркера, и эталонным сигналом, расширенным также модифицированной кодовой последовательностью Баркера K(t) – а); результат взаимной корреляции между принимаемым сигналом, расширенным модифицированной кодовой последовательностью Баркера, и эталонным сигналом, расширенным обычной кодовой последовательностью Баркера Km(t) – б).

Способ формирования модифицированной кодовой последовательности Баркера в системе КВ радиосвязи осуществляют путем следующей последовательности действия и технических операций:

1. Модифицируют каждый импульс кодовой последовательности Баркера, для чего разбивают импульс на три части и обнуляют амплитуду первой и третье части. В качестве примера, на фиг 1а показан импульс положительной полярности обычной расширяющей кодовой последовательности Баркера U(t) длительностью Т, который разделен на три интервала t₁ , t₂ и t₃. Все интервала равны между собой. На фиг 1б показан модифицированный импульс кодовой последовательности Баркера Um(t). Процесс модифицирования состоит в установлении значения амплитуды равной нулю для интервалов t₁ и t₃ (здесь и далее моделирование проведено в среде Mathcad и результаты в каждой фигуре представлены в одном масштабе).

В качестве примера на фиг. 2а показана семи элементная обычная кодовая последовательность Баркера B(t). А на фиг. 2б показана семи элементная модифицированная кодовая последовательность Баркера Bm(t).

2. Последовательно выполняют операции кодирования каждого бита информации модифицированной кодовой последовательностью Баркера.

В результате выполнения такой операции происходит расширение спектра сигнала больше, чем обеспечивает разрядность используемого в нем для кодирования каждого бита информации шумоподобной двоичной кодовой последовательности Баркера (т.е. немодифицированной последовательностью Баркера). Операция кодирования заключается в манипуляции информационного импульса модифицированной кодовой последовательностью Баркера.

В качестве примера, подтверждающего получаемый технический результат, на фиг. 3а показан модуль спектрального представления элемента информационного импульса расширенного обычным семи элементным кодом Баркера |F(f)|. А на фиг. 3б показан модуль спектрального представления элемента информационного импульса расширенного модифицированным семи элементным кодом Баркера |Fm(f)|.

3. Сформированный исходящий информационный сигнал передают на приемную сторону.

Указанные операции известны и реализованы в способе-прототипе, кроме того см. (патент РФ на изобретение № 2450458, МПК H04K 3/00 (2006.01), H04L 27/22 (2006.01), опубл. 10.05.2012 Бюл. № 13).

4. Принимают сформированный исходящий информационный сигнал, выполняют оцифровку и усиление радиосигналов.

Указанные операции известны и реализованы в способе-прототипе, кроме того см. (патент РФ на изобретение № 2261476, МПК G 06 K 9/00, опубл. 27.09.2005 Бюл. № 27).

5. Производят вычисление взаимной корреляции сигналов, несущих информацию об отдельных символах с объемом выборки, равным длине кода Баркера. При этом используют обычную кодовую последовательность Баркера.

При этом в качестве сигналов, используемых при вычислении взаимной корреляции, используют эталонные сигналы, своевременно сформированные на приемной стороне на основе обычной кодовой последовательности Баркера, и принимаемые сигналы, сформированные на передающей стороне на основе модифицированной кодовой последовательности Баркера.

В результате указанной операции достигается вторая часть технического результата «… без изменения технических операций при обработке сигнала на приеме».

В качестве примера на фиг. 4 показаны корреляционные функции: K(t) –результат взаимной корреляции между принимаемым сигналом, расширенным модифицированной кодовой последовательностью Баркера, и эталонным сигналом, расширенным также модифицированной кодовой последовательностью Баркера (фиг. 4а). И Km(t) – результат взаимной корреляции между принимаемым сигналом, расширенным модифицированной кодовой последовательностью Баркера, и эталонным сигналом, расширенным обычной кодовой последовательностью Баркера (фиг. 4б).

Близость функций K(t) и Km(t) по своей форме и энергетическим показателям позволяет сделать вывод о достижении в целом заявляемого технического результата.

6. Осуществляют формирование информационной последовательности путем сравнения вычисленных значений взаимной корреляции с пороговым числом.

Как следует из вышесказанного:

В прототипе – информационный импульс дополнительно манипулируют расширяющей последовательностью из N элементов, что приводит к расширению спектра сигнала в N раз. При этом на приеме при реализации технической операции взаимной корреляции используют шумоподобную двоичную кодовую последовательность Баркера такой же разрядности, какую использовали на передающем конце при формировании сигнала.

В заявляемом же способе – на приеме при реализации технической операции взаимной корреляции используют обычную, то есть немодифицированную кодовую последовательность Баркера. В результате техническая операция взаимной корреляции не изменяется и остается аналогичной той, что используется в наиболее близком техническом решении.

Это связано с тем, что формируемая функция взаимной корреляции между принимаемым сигналом, расширенным модифицированной кодовой последовательностью Баркера, и эталонным сигналом, расширенным обычной кодовой последовательностью Баркера, получается практически идентичной функции, которая получается в результате взаимной корреляции между принимаемым сигналом, расширенным модифицированной кодовой последовательностью Баркера, и эталонным сигналом, расширенным также модифицированной кодовой последовательностью Баркера.

Выявленная особенность как раз и обеспечила решение задачи заявляемого изобретения. В результате, без изменения технических операций взаимной корреляции на приеме, обеспечивают расширение спектра сигнала больше, чем обеспечивает разрядность используемого для кодирования каждого бита информации шумоподобной двоичной кодовой последовательности Баркера (поскольку каждый бит информации в способе-прототипе представляется информационными импульсами, то процедура кодирования реализуется путем их манипуляции кодовой последовательностью Баркера).

В результате расширения спектра происходит снижение спектральной плотности мощности сигналов по отношению к наиболее близкому техническому решению без изменения технических операций при обработке сигнала на приеме. Полученный эффект указывает на достижение заявляемого технического результата.

Таким образом, получение нового технического результата обеспечивается при использовании новой совокупности отличительных признаков, что свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».

Способ формирования модифицированной кодовой последовательности Баркера в системе КВ радиосвязи, основанный на установлении и ведении связи, последовательно выполняют операции кодирования каждого бита информации шумоподобной двоичной кодовой последовательностью Баркера, имеющей автокорреляционную функцию, близкую к дельта-функции, а на приеме выполняют оцифровку усиленных радиосигналов и производят вычисление взаимной корреляции сигналов, несущих информацию об отдельных символах с объемом выборки, равным длине кода Баркера, осуществляют формирование информационной последовательности путем сравнения вычисленных значений взаимной корреляции с пороговым числом, отличающийся тем, что на передающей стороне при формировании каждого бита исходящей информации предварительно модифицируют каждый импульс кодовой последовательности Баркера, для чего разбивают импульс на три части и обнуляют амплитуду первой и третьей частей, после чего осуществляют операции кодирования каждого бита информации уже модифицированной кодовой последовательностью Баркера, а на приеме при вычислении взаимной корреляции сигналов, несущих информацию об отдельных символах с объемом выборки, равным длине кода Баркера, используют обычную кодовую последовательность Баркера.