Способ передачи информации в цифровой системе связи с шумоподобными сигналами



Способ передачи информации в цифровой системе связи с шумоподобными сигналами
Способ передачи информации в цифровой системе связи с шумоподобными сигналами
Способ передачи информации в цифровой системе связи с шумоподобными сигналами
Способ передачи информации в цифровой системе связи с шумоподобными сигналами

 


Владельцы патента RU 2571872:

Открытое акционерное общество "Камчатский гидрофизический институт" (ОАО "КГФИ") (RU)

Изобретение относится к области передачи цифровой информации и предназначено для применения в системах цифровой связи с шумоподобными сигналами (ШПС). Технический результат - повышение скорости передачи цифровой информации. Указанный технический результат достигается за счет сочетания одновременной передачи V>1 множества канальных символов (КС), входящих в блок, и реализации совокупности операций, таких как операции формирования вспомогательных псевдослучайных последовательностей (ПСП), формирования результирующих ПСП, в которых множителями являются вспомогательные ПСП, введение временных сдвигов в КС при их объединении и компенсации вспомогательной ПСП в каждом КС блока, обеспечивающих минимизацию уровня структурной помехи, порожденной одновременной передачей множества. КС. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области передачи цифровой информации и предназначено для применения в системах цифровой связи.

Под передачей информации понимается совокупность операций, выполняемых как на передающем, так и на приемом концах системы связи, а также собственно операция излучения сигналов в эфир (либо в воду в случае гидроакустической связи). Кроме того, далее считаем, что в свете решаемой заявляемым способом задачи словосочетания термины «сообщение» и «поток», а также «псевдослучайная последовательность» (ПСП) и «М-последовательность» являются синонимами.

Известны способы передачи, предусматривающие кодирование информации путем фазоразностной модуляции [1]. Их недостатком является сравнительно низкая помехоустойчивость, имеющая место при ограниченной энергетике системы передачи информации.

В связи с этим при передаче цифровой информации наиболее предпочтительно использование шумоподобных сигналов (ШПС) (см. [2], с. 3). Как правило, в качестве таких сигналов используются гармонические сигналы, фазовая (или частотная) манипуляция которых осуществляется временными отсчетами ПСП. В качестве ПСП обычно используются М-последовательности (см. [2], раздел 3.3. с. 49). Далее считаем, что используемые в прототипе и заявляемом объекте М-последовательности получены путем замены в классических М-последовательностях (представляющих собой последовательность временных отсчетов, равных 0 или 1) значений, равных 0, на -1.

Как отмечено в [2], системы связи с ШПС обладают преимуществами перед прочими системами связи, как в части помехоустойчивости, так и скрытности. Один из вариантов способа передачи информации в такой системы связи описан в [3] (прототип). Прежде чем перейти к описанию прототипа, поясним следующую используемую ниже (при описании как прототипа, так и заявляемого объекта) терминологию:

- «символ источника» - подлежащий передаче символ (его бинарный код), поступающий от источника сообщения на вход заявляемого объекта;

- «структурная помеха» - помеха, обусловленная взаимным влиянием передаваемых одновременно или практически символов и снижающая достоверность передачи информации;

- «информационная ПСП» - ПСП, в которую вводится циклический временной сдвиг (ЦВС), содержащий передаваемую информацию одного символа источника;

- «вспомогательная ПСП» - ПСП, не несущая никакой информации и необходимая только в обеспечение расширения спектра структурной помехи на приемной стороне с целью ее дальнейшего подавления;

- «результирующая ПСП» - ПСП. являющаяся результатом перемножения информационной ПСП на вспомогательную ПСП.

- «канальный символ» (КС) - результат манипуляции фазы (или частоты) высокочастотного колебания временными отсчетами ПСП, сформированной с введением в нее информационного ЦВС;

- «результат модуляции символов источника» - термин, являющийся обобщением термина «канальный символ» при вариантах его формирования (путем манипуляции фазой высокочастотного колебания) с использованием либо информационной ПСП, либо результирующей ПСП, а также предполагающий суммирование с задержками результатов модуляции нескольких символов источника.

Прототип предусматривает

на передающей стороне

- формирование информационной псевдослучайной последовательности (ПСП) с циклическим временным сдвигом (ЦВС), величина которого определяется комбинацией бит каждого текущего передаваемого символа источника в соответствии с выбранным методом кодирования;

- формирование каждого текущего канального символа путем манипуляции параметром высокочастотного сигнала;

- передача результата модуляции символов источника, на приемной стороне

- преобразование каждого принимаемого каждого из результатов модуляции символов источника в электрический;

- определение максимума корреляции каждого принятого канального символа с опорным сигналом, совпадающим по форме с канальным символом, сформированным с ЦВС, известным на приемной стороне;

- на основе результата определения максимума указанной корреляции определяют величину ЦВС в каждом принимаемом канальном символе;

- по величине указанного ЦВС в соответствии с методом, обратным выбранному методу кодирования, определяют комбинацию бит каждого принятого символа источника.

При этом в прототипе термин «результат модуляции символа источника совпадает с термином «канальный символ», что принятой выше терминологии не противоречит.

Недостатком прототипа является сравнительно низкая скорость передачи информации.

Целью заявляемого способа является повышение скорости передачи информации. Цель достигается тем, что в способе передачи информации в цифровой системе связи с ШПС, предусматривающем следующие операции: на передающей стороне

- формирование информационной ПСП с ЦВС, величина которого определяется комбинацией бит каждого текущего передаваемого символа источника в соответствии с выбранным методом кодирования;

- формирование результата модуляции каждого символа источника путем манипуляции параметрами высокочастотного сигнала по закону ПСП;

- передачу каждого указанного результата модуляции, на приемной стороне

- преобразование каждого принимаемого каждого из результатов модуляции в электрический;

- определение максимума корреляции каждого принятого КС с опорным сигналом, совпадающим по форме с КС, сформированным на базе ПСП с ЦВС, известным на приемной стороне;

- определение величины ЦВС в каждом принимаемом КС на основе результата определения максимума указанной корреляции;

- по величине указанного ЦВС в соответствии с методом, обратным выбранному методу кодирования, определяют комбинацию бит каждого принятого символа источника;

вводятся следующие дополнения

на передающей стороне

- формирование информационной ПСП с ЦВС выполняют одновременно для V символов источника, составляющих блок таких символов, причем величина индивидуального ЦВС, вводимого в ПСП, при выполнении этой операции для ν-го символа источника при v=1…V определяется комбинацией бит этого символа;

- формирование вспомогательных ПСП;

- одновременное формирование V результирующих ПСП, составляющих блок, причем каждая ν-я из них формируется путем перемножения ν-й информационной ПСП и соответствующей ей вспомогательной ПСП;

- в качестве ПСП, по закону которой осуществляется манипуляция параметрами высокочастотного сигнала, реализуемая при формирование каждого v-гο КС блока из V таких КС, используется ν-я результирующая ПСП;

- по результатам формирования совокупности КС, входящих в блок блока из V этих КС, реализуется объединение указанных V КС, предусматривающее их суммирование с задержками, причем задержки КС с номерами 1>v≥V относительно КС с номером v=1, определяются этими номерами v,

на приемной стороне

- по результатам операции преобразование каждого из принятых результатов модуляции в электрический сигнал в каждом принятом КС блока осуществляется компенсация использованной при его формировании на передающей стороне вспомогательной ПСП путем умножения каждого принятого результата модуляции на указанную соответствующую вспомогательную ПСП;

- операции определения максимума корреляции каждого принятого КС с опорным сигналом, представляющим собой соответствующий КС, сформированный на базе ПСП с ЦВС, известным на приемной стороне, а также комбинации бит каждого принятого символа источника выполняются одновременно для V КС, входящих в блок;

- операции определения максимума корреляции каждого принятого КС с опорным сигналом, представляющим собой соответствующий КС, сформированный на базе ПСП с ЦВС, известным на приемной стороне, а также определения величины ЦВС в каждом принимаемом КС и комбинации бит каждого принятого символа источника выполняются одновременно для V КС, входящих в блок;

- по результатам выполнения совокупности операций определение комбинации бит каждого ν-го КС осуществляется формирование комбинации бит блока из всех V символов источника.

Блок-схема, иллюстрирующая совокупность операций заявляемого способа, представлена на фиг. 1, где обозначены:

1 - формирование блока из V информационных ПСП с индивидуальными ЦВС;

2 - формирование блока из V результирующих ПСП;

3 - формирование блока из V КС;

4 - объединение VK.C;

5 - передача результатов модуляции;

6 - формирование вспомогательных ПСП;

7 - преобразование принимаемых сигналов (т.е. результатов модуляции) в электрические;

8 - компенсация вспомогательной ПСП в каждом КС блока из V таких КС;

9.1…9.V - определение максимума корреляции КС с опорным соответственно для 1-го … V-го в блоке КС с компенсированной вспомогательной ПСП;

10.1…10.V - определение величины ЦВС соответственно в 1-м … V-м КС в блоке;

11.1…11.V - определение комбинации бит соответственно 1-го … V-го КС в блоке;

12 - формирование комбинации бит всего блока.

Входом заявляемого способа является операция 1 (формирование блока из V информационных ПСП с индивидуальными ЦВС), т.е. реализация способа начинается с выполнения операции 1. Содержание этой операции иллюстрируется блок-схемой реализующего ее устройства, приведенной на фиг. 2, где обозначены:

13 - блок буферной памяти;

14.1…14.V - формирователь соответственно 1-й … V-и информационной ПСП с ЦВС.

В процессе функционирования заявляемого способа происходит следующее. Поток символов источника поступает на вход операции 1 (формирование блока из V информационных ПСП с индивидуальными ЦВС).

Далее при иллюстрации содержания ряда операций заявляемого способа упоминаются блок-схемы выполняющих эти операции устройств; эти блок-схемы условны и представлены лишь для указанной иллюстрации, реальная же реализация всех операций заявляемого способа осуществляется аппаратно-программными вычислительными средствами (модемами), располагающимися на приемной и передающей сторонах системы связи.

Блок-схема устройства, реализующего операцию 1, приведена на фиг.2, где обозначены:

13 - блок буферной памяти;

14.1…14.V - формирователь соответственно 1-й … V-й информационной ПСП с ЦВС.

Поступающий поток символов источника на вход блока буферной памяти 13 записывается в эту память. Этот блок содержит два отдела памяти, каждый из которых в свою очередь содержит по V областей памяти. (Говоря, что память содержит отделы и области, имеем в виду, что аппаратно единая память делится на эти отделы и области программными средствами). По мере прихода символов источника с 1-го по V-й каждый v-й символ записывается в v-ю область 1-го отдела памяти. Далее по мере прихода символов источника с V+1-го по 2V-й каждый (v-V)-й символ записывается в v-ю область 2-го отдела памяти. По мере прихода символов источника с 2V+1-го по 3V-й каждый (v-2V)-й символ записывается в v-ю область 1-го отдела памяти и т.д. (Таким образом, присвоение индекса v символам осуществляется по номеру этого символа, вычисленному по модулю V). По завершении заполнения V символами, например, 1-го отдела памяти начинается чтение каждого символа, хранящегося в v-й области памяти этого отдела, на вход соответствующего формирователя 14.v v-й информационной ПСП с ЦВС (v=1…V). Указанный формирователь реализуется, например, в виде долговременной памяти, в которою заранее занесен массив из τ·fд временных отсчетов ПСП (где τ - длительность КС, а fд - частота дискретизации сигналов; для простоты изложения, считаем, что эта частота дискретизации реализуется как на передающей, так и на приемной стороне системы связи), а введение в эту ПСП ЦВС на n·Δf-l·fд отсчетов реализуется путем чтения (выдачи) этого массива на выход формирователя 14.v (он же - v-й выход операции 1), подряд, начиная с n·Δf-1·fд-го до (τ·Δf-1·fд-1)-го, и затем с 0-го по (n·Δf-1·fд-1)-й, где Δf - ширина полосы частот КС. Величина n=nv масштаба ЦВС, вводимого в ПСП в формирователе 14.v, равна, например, бинарному коду символа источника, поступающего на вход этого формирователя.

Ширина полосы частот КС Δf определяется следующим образом. ПСП состоит их чередующихся и появляющихся псевдослучайно значений +1 и -1. Эти значения стабильны на интервале времени, равном δ, после чего могут либо меняться на противоположное (т.е. с+1 на -1 и наоборот) или не меняться. Закон (последовательность) смены этих значений и есть закон ПСП. Ширина полосы частот КС, сформированного на базе ПСП указанного типа, определяется как Δf=δ-1 (где Δf - в герцах, а δ - в секундах).

Каждая ПСП длительностью τ и при ширине полосы частот Δf несет ψ=log2τ·Δf бит информации.

В части операции, реализуемой формирователями 14.v, заявляемый способ отличается от прототипа только тем, что в последнем этот формирователь реализуется в единственном числе.

В итоге выполнения операции 1 по блоку из V символов источника формируется блок (совокупность) из V ПСП вида Υv(nv·Δf-1·fд) при v=1…V, где индекс аргумента времени n определен с учетом ЦВС, введенного в ПСП (т.е. с осуществлением подстановки {n-nv }→n, где фигурные скобки означают, что сдвиг по времени на величину nv·Δf-1·fд является циклическим).

Операция 2 (формирование блока из V результирующих ПСП) при формировании каждой v-й (при v=1…V) результирующей ПСП предусматривает перемножение массивов одноименных по времени отсчетов v-й информационной ПСП (с введенным в нее ЦВС) и k-й вспомогательной ПСП. В итоге указанного перемножения на каждом v-м выходе операции 2 формируется v-я результирующая ПСП вида

где Хk(n·Δf-1·fд) - k-я вспомогательная ПСП (количество разных вспомогательных ПСП может составлять от 1 до V, причем в последнем случае индекс номера вспомогательной ПСП k=v; описание операции 6 формирования вспомогательных ПСП см. ниже).

Совокупность вычислительных средств, реализующих операцию 2, представляет собой комплект из V перемножителей.

Операция 3 (формирование блока из V КС) при формировании каждого v-го (при v=1…V) КС предусматривает перемножение массивов временных отсчетов каждой результирующей ПСП и высокочастотного колебания

где f - несущая частота сигнала в канале связи.

При рассмотрении ПСП (М-последовательностей), временные отсчеты которых принимают значения +1 и -1, такое умножение эквивалентно бинарной фазовой манипуляции. В итоге V-кратного (при v=1…V) выполнения расчетов по формуле (2) сформирован блок высокочастотных сигналов, каждый из которых является v-м канальным символом.

Совокупность вычислительных средств, реализующих операцию 3 (как и в случае операции 2), представляет собой комплект из V перемножителей.

Операция 4 (объединение V КС) предусматривает вычисление подлежащих передаче результата модуляции Ρ (n) по формуле

где Δv - задержка, вносимая в v-й КС при передаче, определяемая, например, как Δv=(v-1)·fд·(V·Δf·)-1.

Совокупность вычислительных средств, реализующих операцию 4, представляет собой память, выполняющую функцию набора из V-1 линий задержки, а также сумматор.

В итоге выполнения операции 4 сформирован блок (совокупность) КС, распределенных по времени (т.е. КС с внесенными в них относительными задержками).

Операция 5 (передача результатов модуляции) предусматривает цифро-аналоговое преобразование сигналов, а также их излучение. Например, в системе гидроакустической связи это излучение осуществляется посредством преобразования результатов модуляции в акустические колебания, излучаемых гидроакустическим излучателем в воду. Описание средств излучения акустических колебаний в воду приведено, например, в [4].

Операция 6 (формирование вспомогательных ПСП) реализуется совокупностью из К формирователей каждый из которых принципиально аналогичен формирователю 14.v. Каждый реализуемый при выполнении операции 6 формирователь формирует вспомогательную ПСП, отличающуюся от ПСП, формируемой каждым формирователем 14.v. Для получения положительного эффекта достаточно использования единой вспомогательной ПСП, что соответствует значению K=1, но при этом должны быть различны все ПСП, формируемые формирователями 14.v (имеется в виду, что они различны с точностью до вводимого в них ЦВС). Однако более эффективен вариант реализации заявляемого способа, предусматривающий формирование V разных вспомогательных ПСП, что допускает формирование блоками 14.v одинаковых (с точностью до вводимого в них ЦВС) ПСП.

Каждый из участвующих в выполнении операции 6 формирователей реализуется, например, в виде долговременной памяти, в которою заранее занесен массив временных отсчетов ПСП, а при выполнении им своей функции осуществляется считывание этого массива, начиная, например, от 0-го отсчета и заканчивая последним (τ·fд·Δf-1-1)-м отсчетом.

Операция 7 (преобразование принимаемых сигналов (т.е. результатов модуляции символов источника) в электрические) является обратной по отношению к операции передачи 5, т.е. в системе гидроакустической связи она предусматривает преобразование принимаемых акустических колебаний в электрические (см. [4]). Эта операция завершается выполнением аналого-цифрового преобразования.

Содержание операции 8 (компенсация вспомогательной ПСП в каждом КС блока из V таких КС; это фактически V независимо выполняемый операций) иллюстрируется блок-схемой реализующего ее устройства, представленной на фиг. 3. где обозначены (это устройство относится к версии реализации заявляемого способа предусматривающей работу с K=V различными вспомогательными ПСП):

- 15.1…15.V-1 - формирователь соответственно 1-й … V-й вспомогательной ПСП;

- 16.1…16.V-1 - соответственно 1-й … V-й блоки задержки;

- 17.1 … 15.V-блоки перемножения.

При выполнении операции 8 результат выполнения операции 7 (преобразование принимаемых сигналов в электрические) поступает параллельно на входы всех блоков перемножения 17.1 … 15.V. На второй вход каждого из этих блоков поступает временная реализация соответствующей (в данном варианте v-й) вспомогательной ПСП, формируемой блоком 15.v, причем v=1-я из этих реализаций поступает на второй вход блока перемножения 17.1 непосредственно, а каждая v-я при 2<v≤V поступает на вторые входы блоков 17.2 … 15.V через блоки задержки 16.1…16.V-1. Эти блоки обеспечивают нарастающие с увеличением их номера задержки, равные Δv.

Совокупность операций 9.1…9.V (определение максимума корреляции принятого сигнала с опорным соответственно для 1-го … V-го КС в блоке) состоит в следующем. Используемый при выполнении каждой v-й операции 9.v v-й опорный сигнал, представляющим собой соответствующий КС, сформированный на базе ПСП с ЦВС, известным на приемной стороне.

В качестве v-го опорного сигнала может быть использован либо сигнал вида (например при множителе Υv (n·Δf-1·fд), сформированном в виде ПСП с нулевым ЦВС), либо его комплексная огибающая. Эти варианты реализации совокупности операций 9.1…9.V между собой эквивалентны.

Каждая v-я из операций 9.1…9.V реализуется посредством вычисления циклической корреляционной функции между входным сигналом и собственным (т.е. v-м) опорным сигналом или, что то же самое, циклической свертки между входным сигналом и собственным опорным сигналом, прочитанным в обратном времени (т.е. если сигнал имеет вид S(f) при значениях аргумента времени t в диапазоне 0…Nm·Δf-1, где Nm=τ·Δf-1 - база КС, то этот же сигнал, прочитанный в обратном времени, имеет вид S(Nm·Δf-1-t)).

При выполнении каждой v-й из операций 9.1…9.V указанная операция вычисления циклической корреляции (свертки) дополняется операцией нахождения ее максимума.

Операция вычисления циклической свертки описана, например, в [5, п. 2.23, где вместо термина «циклическая свертка» используется термин «круговая свертка»]. Она предусматривает вычисление операций дискретного преобразования Фурье (ДПФ) от опорного сигнала и от временной реализации обрабатываемого сигнала, векторное перемножение массивов, полученных при выполнении указанных операций ДПФ, и операцию обратного ДПФ от массива результатов этого перемножения. Каждая свертка содержит не менее Nm·Δf-1 отсчетов, формируемых при периоде дискретизации, не меньшем величины Δf-1.

Операция нахождения максимума полученной свертки основана на сравнении всех ее временных отсчетов, например, следующим образом: весь массив из Nm-Δf-1 отсчетов делится на первой итерации на два подмассива, содержащих по 0.5Nm·Δf-1 отсчетов, располагающихся в свертке в нечетных и четных временных позициях, и осуществляется сравнение одноименных отсчетов из каждом подмассива (т.е. первого отсчета из первого подмассива с первым из второго подмассива и т.д.) с удержанием максимального из каждой пары отсчетов; в итоге сформирован массив из 0.5Νm·Δf-1 результатов, при этом запоминаются и аргументы (индексы) времени, которым соответствуют удержанные отсчеты; далее указанная процедура на второй итерации повторяется над массивом из 0.5Νη·Δf-1 отсчетов, полученных в итоге выполнения первой итерации и т.д. В итоге выполнения log20.5Nm·Δf-l таких итераций получен максимальный (в каждой v-й свертке) по уровню отсчет и соответствующий этому отсчету индекс времени mmax v.

Содержание совокупности операций 9.1…9.V и их реализация отличается от аналогичной операции прототипа только тем, что в прототипе при приеме каждого КС эта операция выполняется однократно (т.е. в блок КС входит только одни КС).

Совокупность операций 10.1…10.V (определение величины ЦВС в 1-м … V -м КС в блоке соответственно) выполняется путем вычисления каждого v-гο из искомых ЦВС; следует уточнить, что в данном случае искомыми являются не формально введенные в ПСП временные сдвиги, а их масштабы nv (см. описание операции 1) по формуле

где квадратные скобки означают округление приведенного в этих скобках результата расчетов до целого.

Совокупность операций 11.1…11.V (определение комбинации бит 1-го … V-го КС в блоке соответственно) предусматривает представление соответственно v-го ЦВС (его масштаба nv) в бинарном ψ - разрядном коде, соответствующем v-му символу источника Cv (в принятом блоке из V символов), и чтение (передачу) каждого v-го из V указанных бинарных кодов на входы устройства, реализующего операцию 12.

Операция 12 (формирование комбинации бит всего блока) предусматривает запись в память поступающих на вход реализующего ее устройства V ψ-разрядных кодов Cv в порядке возрастания их индекса v и затем их поочередную выдачу на выход этого устройства. Таким образом, операция 12 выполняет функцию демультиплексирования или преобразования параллельного бинарного кода в последовательный. В итоге выполнения операции 12 формируется последовательность принятых символов источника.

Заявляемый способ рассчитан на использование в синхронной системе связи. В такой системе при заданных моментах передача результатов модуляции на приемном конце известны моменты начала прихода каждого информационного сигнала. Принципиально возможен, например, вариант работы передающей и приемной сторон системы связи в системе единого времени. В этом случае работа компоненты модема, расположенной на передающей стороне системы связи, осуществляется по следующей временной диаграмме. По окончании заполнения отдела блока буферной памяти 13 (входящей в состав средств, выполняющих операцию 1 (формирование блока из V информационных ПСП с индивидуальными ЦВС)) начинается формирование информационных ПСП с ЦВС блоками 14.1…14.V. По завершении операции 1 начинается одновременное выполнение операций 6 (формирование вспомогательных ПСП) и 2 (формирование блока из V результирующих ПСП). По завершении выполнения этих двух операций последовательно по времени выполняются операции 3 (формирование блока из V КС), 4 (объединение V КС) и 5 (передача результатов модуляции).

Что касается синхронизации работы компонент модема, расположенного на приемной стороне системы связи, то время распространения сигнала от передатчика до приемника известно, а в состав этого модема входит устройство системы единого времени, выдающее сигнал синхронизации, управляющий выполнением всех реализуемых при приеме операций (кроме операции 7 (преобразования принимаемых сигналов в электрические)) в момент начал прихода очередного фрагмента передаваемого потока (это - нулевой момент времени для приема очередного блока КС).

В момент формирования этого сигнала начинается формирование 1-й … V-й вспомогательных ПСП блоками 15.1…15.V(участвующими в выполнении операции 8, см. фиг. 3) и подача этих ПСП на вторые входы соответственно 1-го … V-го блоков перемножения 17.1…15.V (причем 2-я … V-я вспомогательные ПСП подаются на вторые входы соответственно 2-го … F-го блоков перемножения через соответственно 16.1-й … (16.V-1)-й блоки задержки). Далее через время Δf-1 относительно указанного нулевого момента выполняются совокупность операций 9.1…9.V, после их завершения - совокупность операций 10.1…10.V и т.д. до операции 12. Процесс выполнения всех перечисленных операций завершается до начала прихода следующего блока КС, т.е. до момента τ относительно указанного нулевого момента времени, после чего в момент прихода следующего блока КС все повторяется.

Операции синхронизации, обеспечивающие описанную временную диаграмму работы модема на передающей и приемной сторонах системы связи, в состав заявляемого объекта не включены, поскольку подавляющее большинство систем цифровой (дискретной) связи являются синхронными, а особенности заявляемого объекта с какой-либо спецификой совокупности указанных операций не связаны.

Принцип действия заявляемого способа передачи информации в цифровой системе связи с ШПС состоит в следующем. Прежде всего, он основан на следующих эффектах, возникающих при перемножении ПСП:

а) в результате перемножения двух одинаковых и совмещенных по времени ПСП формируется массив констант, равных +1 (поскольку при таком перемножении каждое из значений ПСП, равных +1 и -1, возводится в квадрат);

б) при перемножении двух разных и совмещенных по времени ПСП формируется ПСП, принимающая (как и перемножаемые ПСП) значения +1 и -1. причем моменты переключения значений из +1 в -1 и обратно может происходить только в моменты переключения значений перемножаемых ПСП, кратные δ (имеется в виду, что при начале отсчета времени от начала ПСП переключение может происходить в моменты α·δ, где α - целое число, но это имеет место не при всех α; см. фиг. 4, где на двух верхних слева графиках показаны перемножаемые ПСП, а на нижнем слева графике - результат их перемножения);

с) при перемножении двух разных и не совмещенных по времени ПСП, причем при временном сдвиге между ними, равном 0.5δ, формируется ПСП, принимающая (как и перемножаемые ПСП) значения +1 и -1, причем моменты переключения значений из +1 в -1 и обратно происходят в моменты, кратные α·0.5δ (см. фиг.4, где на двух верхних слева графиках показаны перемножаемые ПСП, а на нижнем слева графике - результат их перемножения; на этих графиках по оси абсцисс - время); эффект от рассмотренного перемножения принципиально не меняется, если ПСП не совмещены по времени ПСП, но не являются разными.

Поясним, что в результате выполнения операции 8 действительно происходит компенсация вспомогательной ПСП в каждом КС блока. Входными данными для этой операции является массив отсчетов сигнала Р(n·Δf-1·fa), который, согласно (3) с учетом (2) и (1), является суммой результатов умножения нескольких функций, причем в каждом v-м из слагаемых этой суммы одной из перемножаемых функций является вспомогательная ПСП. На передающей стороне в каждое v-e из указанных слагаемых введен индивидуальный v-й временной сдвиг; с другой стороны блоками задержки 16.1…16.V-1 (это компоненты, участвующие в выполнении операции 8) введены соответствующие задержки в поступающие на вторые входы блоков перемножения вспомогательные ПСП. При этом в каждом блоке 17.v реализуется перемножения v-й вспомогательной ПСП с указанной выше суммой, содержащей как v-й КС, так и все V-1 прочих КС блока. Результатом такого перемножения при каждом v является v-й КС, в котором вспомогательная ПСП компенсирована, поскольку все отсчеты результата ее перемножения с совпадающей с ней по времени и по форме v-й вспомогательной ПСП стали равны +1 (см. описание эффекта, возникающего при перемножении ПСП в ситуации а)).

Кроме указанного результата выполнения операции 8 при каждом v, являющегося полезным, на выходе каждого блока 17.v формируются еще V-1 откликов, обусловленных результатом перемножения v-й вспомогательной ПСП с V-1 ПСП, не совпадающими с этой v-й вспомогательной ПСП ни по времени, ни по форме. Суперпозиция этих откликов является структурной помехой, повышающей вероятность ошибочного декодирования при выполнении последующих операций заявляемого способа. В месте с тем, реализованный индивидуальный сдвиг по времени каждого КС в блоке уровень указанной структурной помехи существенно снижает. Как отмечено выше, в случае перемножения ПСП по варианту б) (ПСП различаются, но выровнены по времени) интервал возможного переключения результата перемножения с +1 на -1 и наоборот кратен величине δ, что, как отмечено выше, соответствует ширине полосы частот КС, равной Δf=δ-1. В случае же перемножения ПСП по варианту в) ((ПСП различаются, и в том числе за счет сдвигов по времени; в частности, рассматриваем сдвиг 0.5·δ) интервал возможного переключения результата перемножения с +1 на -1 и наоборот кратен величине 0.5·δ, что соответствует ширине полосы частот КС, равной Δf=2·δ-1. Мощность же результата указанного перемножения во всех случаях (ситуации а)…в)) одна и та же. При этом двукратное расширение спектра сигнала влечет за собой двукратное снижение его спектральной плотности, что эквивалентно повышению отношения сигнал/ структурная помеха на 3 дБ. Этот же эффект (по крайней мере, на качественном уровне) имеет место при практически произвольном временном сдвиге перемножаемых ПСП.

Таким образом, передача совокупности входящих блок КС, сформированных, в частности, с использованием вспомогательные ПСП, с введением в них (эти КС) временных сдвигов в совокупности с введением таких же сдвигов во вспомогательные ПСП при выполнении операции 8 (компенсации вспомогательных ПСП) на приемной стороне существенно снижает негативный эффект мешающего действия структурой помехи на качество декодирования, т.е. на достоверность передачи. Это позволяет применить параллельную (одновременную) передачу сразу V≥2 КС, т.е. повысить скорость передачи данных в раз V. Указанная передача может считаться одновременной, поскольку величины вводимых при передаче в КС временных сдвигов не превышают величины δ, которая в свою очередь на порядки меньше длительности КСτ.

В остальном принцип действия заявляемого способа совпадает с принципом действия прототипа, т.е. в нем реализуется кодирование на передающей стороне системы связи каждого символа источника посредством введения в передаваемый символ ЦВС и определение на приемной стороне этого ЦВС по каждому символу. Как отмечено выше, принципиальным отличием заявляемого объекта от прототипа является реализация в нем совокупности операций, обеспечивающих, с одной стороны, одновременную передачу блока из V символов, а с другой стороны - минимизацию появляющегося вследствие такой одновременной передачи негативного влияния на достоверность передачи структурной помехи.

Возможны следующие варианты реализации способа передачи информации, эквивалентные приведенному выше в описании, а также в формуле изобретения. Во-первых, возможно изменение порядка выполнения операций 2 и 3. Действительно, если вместо преобразования, описываемого формулой (1), выполнить преобразование вида

а вместо преобразования, описываемого формулой (2), выполнить преобразование вида

то итоговый КС от такой перемены порядка перемножений не изменится, т.е. результаты, формируемые по формулам (5) и (3) полностью совпадают.

Как уже отмечалось выше, возможна реализация заявленного способа как при сочетании совпадающих между собой информационных ПСП и различных (квазиортогональных) вспомогательных ПСП, так и, наоборот, при сочетании совпадающих между собой вспомогательных ПСП и различных информационных ПСП. Кроме того (и это тоже отмечалось выше), возможна реализация вычисления корреляций (сверток) при выполнении операций 9.1…9.V (определение максимума корреляции принятого сигнала с опорным) как на несущей частоте, так и с переходом к комплексным огибающим. Все эти варианты способа передачи, как отмечено выше, эквивалентны описанному.

Из сказанного следует, что заявляемый способ обеспечивает достижение технического эффекта, состоящего в повышении скорости передачи данных.

Литература

1. Окунев Ю.Б. Цифровая передача информации фазоманипулированными сигналами. - М.: Радио и связь. -1991. - 296 с., ил.

2. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь. 1985. 384 с., ил.

3. Николаев Р.П., Попов А.Р. Способ передачи информации в системе связи с шумоподобными сигналами. Патент РФ №2286017.

4. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Справочник. Л.: Судостроение. 1984.

5. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. - М.: Мир. - 1978.

1. Способ передачи информации в цифровой системе связи с шумоподобными сигналами (ШПС), заключающийся в том, что на передающей стороне
- формируют информационную псевдослучайную последовательность (ПСП) с циклическим временным сдвигом (ЦВС), величина которого определяется комбинацией бит каждого текущего передаваемого символа источника в соответствии с выбранным методом кодирования;
- формируют результат модуляции каждого символа источника путем манипуляции параметрами высокочастотного сигнала по закону ПСП;
- передают каждый указанный результат модуляции,
на приемной стороне
- преобразование каждого из принимаемых результатов модуляции в электрический;
- определяют максимум корреляции каждого принятого КС с опорным сигналом, совпадающим по форме с КС, сформированным на базе ПСП с ЦВС, известным на приемной стороне;
- на основе результата определения максимума указанной корреляции определяют величину ЦВС в каждом принимаемом КС,
отличающийся тем, что
на передающей стороне
- операцию формирования информационной ПСП с ЦВС выполняют одновременно для V символов источника, составляющих блок таких символов, причем величина индивидуального ЦВС, вводимого в ПСП, при выполнении этой операции для ν-го символа источника при ν=1…V определяется комбинацией бит этого символа;
- формируют вспомогательные ПСП;
- одновременно формируют V результирующих ПСП, составляющих блок, причем каждая ν-я из них формируется путем перемножения ν-й информационной ПСП и вспомогательной ПСП;
- в качестве ПСП, по закону которой осуществляется манипуляция параметрами высокочастотного сигнала, реализуемая при формировании каждого ν-го КС блока из V таких КС, используют ν-ю результирующую ПСП;
- по результатам формирования совокупности КС, входящих в блок блока из V этих КС, реализуют объединение указанных V КС, предусматривающее их суммирование с задержками, причем задержки КС с номерами 1>ν≥V относительно КС с номером ν=1 определяются этими номерами ν,
на приемной стороне
- по результатам операции преобразование каждого из принятых результатов модуляции символов источника в электрический сигнал в каждом принятом КС блока осуществляют компенсацию использованной на передающей стороне при формировании этого КС вспомогательной ПСП путем умножения каждого принятого результата модуляции на указанную соответствующую вспомогательную ПСП;
- операции определения максимума корреляции каждого принятого КС с опорным сигналом, представляющим собой соответствующий КС, сформированный на базе ПСП с ЦВС, известным на приемной стороне, а также определения величины ЦВС в каждом принимаемом КС и комбинации бит каждого принятого символа источника выполняют одновременно для V КС, входящих в блок;
- по результатам выполнения совокупности операций определение комбинации бит каждого ν-го КС осуществляют формирование комбинации бит блока из всех V символов источника.

2. Способ передачи информации в системах связи с ШПС по п. 1, отличающийся тем, что при передаче временной сдвиг ν-го КС при ν≥1 относительно ν=1-го КС равен (ν-1)( ν·Δf)-1, где Δf - ширина полосы частот, занимаемой этими КС.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области передачи цифровой информации и предназначено для применения в системах цифровой связи с шумоподобными сигналами (ШПС). Технический результат - повышение скорости передачи цифровой информации.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для повышения помехоустойчивости радиосигналов в системах связи. Технический результат повышение помехоустойчивости радиосигналов в системах связи путем увеличения ширины полосы, занимаемой ими частот.

Изобретение относится к области передачи цифровой информации и предназначено для применения в системах цифровой связи с шумоподобными сигналами (ШПС). Технический результат - повышение скорости передачи цифровой информации.

Изобретение относится к технике микроволновой связи и может быть использовано для коррекции микроволновых сигналов. Способ коррекции микроволновых сигналов заключается в приеме посредством приемника первого радиочастотного (РЧ) сигнала от передатчика.

Настоящее изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат изобретения заключается в определении механизма для сигнализации информации о наборе настроечных последовательностей на удаленную станцию без увеличения размера самого сообщения сигнализации.

Настоящее изобретение относится к повышению емкости канала в системе радиосвязи. Технический результат изобретения заключается в улучшении рабочих характеристик усовершенствованного приемника нисходящей линии связи (DARP) и предоставлении возможности работы многочисленным пользователям в одном временном интервале (MUROS).

Настоящее изобретение относится к области радиосвязи, а именно к повышению емкости канала в системе радиосвязи. Технический результат изобретения заключается в увеличении емкости канала за счет применения более низких коэффициентов повторного использования, уменьшении помех соседних каналов.

Изобретение относится к радиосвязи и предназначено для увеличения пропускной способности канала в системе радиосвязи. .

Изобретение относится к технике радиосвязи, в частности к фазоразностным манипуляторам с двукратной фазовой манипуляцией, и может быть использовано в мощных передатчиках в аппаратуре передачи данных. Достигаемый технический результат - уменьшение паразитной амплитудной и фазовой модуляции выходного сигнала. Способ фазовой манипуляции радиосигнала передатчика характеризуется пошаговым изменением фазы колебания несущей частоты между заданными кратностью манипуляции значениями фазы, при этом изменение фазы выполняют за время не менее длительности переходного процесса в комплексной нагрузке, а шаг изменения фазы берут равным отношению длительности переходного процесса в комплексной нагрузке к степени двойки с показателем степени, равным заданному натуральному числу М. Импульсный фазовый манипулятор для реализации способа содержит генератор опорного колебания, последовательно соединенные схемы коммутации импульсов и деления на два частоты их следования, транзисторный ключ манипуляции фазы, соединенный через дешифратор с источником информации, генератор последовательности импульсов смены фазы и схему логического умножения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике цифровой связи и сигнализации и может быть использовано для квазиоптимального асинхронного приема сообщений. Технический результат - упрощение реализации и повышение надежности работы фильтра. Устройство содержит компаратор с порогом срабатывания по среднему уровню (1), n-разрядный регистр сдвига (2), весовой сумматор (3), пороговое устройство (4), формирователь тактовых импульсов (5), три интегратора (6-8) с малым значением постоянной времени, ключи сброса (9) и фиксации (10), мультиплексоры (11, 12), буферный усилитель (13), инвертор (14), демультиплексор (15), три интегратора с большим значением постоянной времени (16-18), три компаратора (19-21) и оригинальное устройство выбора интервала тактирования регистра сдвига (22). 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх