Способ формирования сигналов четырехпозиционной квадратурной манипуляции
Владельцы патента RU 2579951:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства Обороны Российской Федерации (Минобороны России) (RU)
Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано в системах передачи информации. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости формируемых сигналов. Способ формирования сигналов с четырехпозиционной квадратурной манипуляцией характеризуется тем, что из несущего колебания формируют синфазное и квадратурное колебания (СК и КК), сдвинутые на 90° одно относительно другого, манипулируют каждое колебание на 180° последовательностями двоичных видеосигналов (ДВС), поступающих от источника сообщений, которые сдвинуты относительно друг друга на половину длительности символа, производят балансную манипуляцию двоично-манипулированных колебаний гармоническим сигналом с частотой, равной половине частоты следования символов так, что огибающие колебаний равны нулю в начале и конце каждого символа, и затем суммируют их, при этом предварительно амплитуду несущего колебания манипулируют путем умножения на соответствующие коэффициенты. 2 ил.
Изобретение относится к электросвязи, а именно к технике радиосвязи, и может быть использовано в системах передачи информации посредством сигналов с квадратурной манипуляцией.
Известен способ формирования сигналов с квадратурной фазовой модуляцией (КФМ), называемых авторами сигналами двойной фазовой телеграфии (авт. св. СССР 692109, кл. H04L 27/20, 1979), заключающийся в том, что расщепляют несущее колебание на синфазное и квадратурное колебания (СК и КК), сдвинутые одно относительно другого по фазе на 90°, сдвигают поступающие от двух источников сообщения манипулирующие последовательности двоичных видеосигналов (ДВС) на половину длительности символа одну относительно другой, производят манипуляцию синфазного и квадратурного колебаний по фазе на 180° манипулирующими последовательностями ДВС, производят балансную модуляцию синфазного и квадратурного двоично-манипулированных колебаний сдвинутыми один относительно другого по фазе на 90° синфазным и квадратурным гармоническими сигналами с частотой, равной половине частоты следования символов так, что огибающие полученных колебаний равны нулю в начале и конце каждого символа, и суммируют полученные колебания.
Известный способ позволяет формировать сигналы с КФМ, фаза которых непрерывна на границах символов, а огибающая постоянна. В результате обеспечивается уменьшение уровня внеполосных излучений при передаче формируемых сигналов при высоком коэффициенте полезного действия передатчика.
Недостатком известного способа формирования сигналов с КФМ является высокий уровень внеполосных излучений при передаче формируемых сигналов, что обусловлено наличием разрывов первой производной формируемых сигналов на границах.
Наиболее близким к заявляемому является способ формирования сигналов с КФМ (Аношкин А.В., Аношкин Д.А. Способ формирования сигналов с квадратурной фазовой модуляцией. Патент РФ №2205518, от 11.12.2001), заключающийся в том, что несущее колебание расщепляют на СК и КК, сдвинутые одно относительно другого по фазе на 90°, сдвигают поступающие от двух источников сообщения манипулирующие последовательности ДВС на половину длительности символа одну относительно другой, производят манипуляцию СК и КК на 180° манипулирующими последовательностями ДВС, производят балансную модуляцию синфазного и квадратурного двоично-манипулированных колебаний сдвинутыми один относительно другого по фазе на 90° синфазным и квадратурным гармоническими сигналами с частотой равной половине частоты следования символов так, что огибающие полученных колебаний равны нулю в начале и конце каждого символа, и суммируют полученные колебания, причем операция формирования синфазного и квадратурного гармонических сигналов реализуется путем деления частоты СК и КК в (4k+1) раз, где k - целое, причем операцию сдвига поступающих от двух источников сообщений манипулирующих последовательностей ДВС на половину длительности символа одну относительно другой выполняют так, что фазы синфазного и квадратурного гармонических сигналов совпадают с фазами соответственно СК и КК в начале и конце каждого символа.
Недостатком способа-прототипа является относительно низкая помехоустойчивость формируемого сигнала.
Целью заявляемого технического решения является повышение помехоустойчивости формируемых сигналов четырехпозиционной квадратурной манипуляции за счет увеличения минимального эвклидова расстояния для отдельных точек их сигнальных созвездий при сохранении общей средней энергии.
В заявляемом способе поставленная цель достигается тем, что из несущего колебания формируют СК и КК, сдвинутые на 90° одно относительно другого, манипулируют каждое колебание на 180° последовательностями ДВС, поступающих от источника сообщений, причем последовательности, манипулирующие СК и КК, сдвинуты относительно друг друга на половину длительности символа, производят балансную манипуляцию двоично-манипулированных колебаний гармоническим сигналом с частотой, равной уменьшенной в два раза частоте следования символов так, чтобы огибающие колебаний были равны нулю в начале и конце каждого символа, и затем суммируют их. При этом предварительно амплитуду несущего колебания манипулируют путем ее умножения на коэффициент при поступлении комбинации кодовой пары (ККП) информационных ДВС, соответствующих логическим значениям 01 или 10, и путем ее умножения на коэффициент 
при поступлении ККП информационных ДВС, соответствующих логическим значениям 11 или 00.
Новая совокупность существенных признаков, заключающаяся в предварительном умножении несущего колебания на коэффициент, величина которого определяется в зависимости от значений ККП информационных ДВС, позволяет достичь указанного технического результата, заключающегося в повышении помехоустойчивости формируемых сигналов за счет увеличения минимального эвклидова расстояния для отдельных точек их сигнальных созвездий при сохранении общей средней энергии.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показаны временные эпюры, поясняющие сущность процедур, выполняемых при реализации заявляемого способа формирования сигналов четырехпозиционной квадратурной манипуляции:
на фиг. 1a - последовательность информационных ДВС, поступающих от источника сообщений;
на фиг. 1б - несущее колебание, манипулированное путем умножения его амплитуды на коэффициент, величина которого определяется в зависимости от пары значений ККП информационных ДВС;
на фиг. 1в - последовательность нечетных ДВС последовательностей ККП, поступающих в канал манипуляции СК;
на фиг. 1г - манипулированное СК;
на фиг. 1д - последовательность четных ДВС последовательностей ККП, поступающих в канал манипуляции КК (сдвинутых относительно последовательности ДВС манипулирующих СК на половину длительности символа);
на фиг. 1е - манипулированное КК;
на фиг. 1ж - манипулированное СК после балансной манипуляции гармоническим сигналом с частотой, равный половине частоты следования символов;
на фиг. 1з - манипулированное КК после балансной манипуляции гармоническим сигналом с частотой, равной половине частоты следования символов;
на фиг. 1и - результирующий сигнал четырехпозиционной квадратурной манипуляции.
На фиг. 2 показаны точки сигнальных созвездий: ABCD - сформированных согласно способу-прототипу; EFGH - сформированных в соответствии с заявляемым способом.
При осуществлении заявляемого способа формирования сигналов четырехпозиционной квадратурной манипуляции выполняют следующие операции.
1. Последовательность информационных ДВС, поступающую от источника сообщений (см. фиг. 1а) разбивают на пары (блоки) по два информационных символа и формируют ККП информационных ДВС.
Процедура формирования блоков информационных символов из последовательностей ДВС известны (см. Дворников С.В., Дворников С.С., Пшеничников А.В. и др. Способ формирования сигналов квадратурной амплитудной манипуляции. Патент РФ №2526760 от 14.05.2013).
2. Манипулируют амплитуду несущего колебания в зависимости от значений элементов ККП информационных ДВС, поступающих от источника сообщений, для чего несущее колебание умножают на коэффициент 
при поступлении ККП информационных ДВС, соответствующих логическим значениям 01 или 10, и умножают на коэффициент 
при поступлении ККП информационных ДВС, соответствующих логическим значениям 11 или 00 (см. фиг. 1б).
Процедура умножения амплитуды несущего колебания на различные множители известна (см. Дворников С.В., Евстигнеев А.С., Мигаль И.С. Способ формирования сигналов квадратурной амплитудной манипуляции. Патент РФ №2528390, 30.07.2013).
3. Из манипулированного несущего колебания формируют СК и КК, сдвинутые на 90° относительно друг друга.
Процедура формирования синфазного и квадратурного колебаний из несущего колебания известна (см. Дворников С.В., Евстигнеев А.С., Мигаль И.С. Способ формирования сигналов квадратурной амплитудной манипуляции. Патент РФ №2528390, 30.07.2013).
4. Каждый символ ДВС из ККП удлиняют в два раза и сдвигают один относительно другого на половину длительности символа (см. фиг. 1в и 1д). Затем нечетный символ ДВС из каждой ККП подают в канал манипуляции СК, а четный символ ДВС из каждой ККП соответственно подают в канал манипуляции КК.
Процедуры формирования последовательностей ДВС, манипулирующих СК и КК, известны (см. Григорьев В.А., Григорьев С.В. Передача сообщений. - СПб.: ВУС, 2002. с. 207-215).
5. Манипулируют каждое СК и КК на 180° сдвинутыми одной относительно другой на половину длительности символа манипулирующими последовательностями информационных ДВС, сформированных в соответствии с п. 4 (см. фиг. 1г и фиг. 1е);
Процедура манипуляции синфазного и квадратурного сигналов известны, см. (Аношкин А.В., Аношкин Д.А. Способ формирования сигналов с квадратурной фазовой модуляцией. Патент РФ №2205518, от 11.12.2001).
6. Производят балансную модуляцию двоично-манипулированных СК и КК гармоническим сигналом с частотой, равной уменьшенной в два раза частоте следования символов так, чтобы огибающие колебаний были равны нулю в начале и конце каждого символа (см. соответственно фиг. 1ж и фиг. 1з);
Процедура балансной модуляции известна (см. Аношкин А.В., Аношкин Д.А. Способ формирования сигналов с квадратурной фазовой модуляцией. Патент РФ №2205518, от 11.12.2001).
7. Суммируя манипулированные СК и КК, формируют результирующий сигнал четырехпозиционной квадратурной манипуляции (см. фиг. 1и).
Процедура суммирования известна (см. Аношкин А.В., Аношкин Д.А. Способ формирования сигналов с квадратурной фазовой модуляцией. Патент РФ №2205518, от 11.12.2001).
Таким образом, в заявляемом способе при его реализации за счет выбора соответствующего множителя для предварительной манипуляции несущего колебания, определяемого в зависимости от ККП информационной ДВС, происходит увеличение минимального эвклидова расстояния для отдельных точек сигнальных созвездий формируемых сигналов четырехпозиционной квадратурной манипуляции при сохранении их общей средней энергии, в результате чего повышается помехоустойчивость.
На фиг.2 показано сигнальное созвездие (точки A, B, C, D), формируемое согласно способу-прототипу, и сигнальное созвездие (точки E, F, G, H), формируемое согласно заявляемому способу. На фиг.1 dmin - минимальное эвклидово расстояние. В заявляемом способе значение dmin сохраняется только для точек E и G, у точек F и H значение минимального эвклидова расстояния будет rmin. Причем значение rmin>dmin. Следовательно, среднее значение эвклидова расстояния у сигнала, формируемого согласно заявляемому способу, будет большим, что указывает на повышение помехоустойчивости (см. Прокис Дж. Цифровая связь. Пер. с англ. / Под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио и связь. 2000. 234-238 с.). Увеличение усредненного значения минимального евклидова расстояния между точками сигнального созвездия обеспечивает достижение цели заявляемого технического решения.
При этом средняя энергия сигнала, формируемого согласно заявляемому способу Эз, будет такой же, как и у сигнала, формируемого согласно способу-прототипу Эп (средняя энергия равна квадрату суммы амплитуд формируемых векторов сигнальных созвездий) (см. Прокис Дж. Цифровая связь. Пер. с англ. / Под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио и связь. 2000. 234-238 с.).
Значения коэффициентов 
подобраны так, чтобы выполнялось равенство
Отмеченное указывает, что при использовании заявляемого технического решения обеспечивается повышение помехоустойчивости сигнала, т.е. достигается сформулированный технический результат.
Способ формирования сигналов четырехпозиционной квадратурной манипуляции, заключающийся в том, что из несущего колебания формируют синфазные и квадратурные колебания, сдвинутые на 90° одно относительно другого, манипулируют каждое колебание на 180° последовательностями двоичных видеосигналов, поступающих от источника сообщений, причем последовательности, манипулирующие синфазные и квадратурные колебания, сдвинуты относительно друг друга на половину длительности символа, производят балансную манипуляцию двоично-манипулированных колебаний гармоническим сигналом с частотой, равной уменьшенной в два раза частоте следования символов так, чтобы огибающие колебаний были равны нулю в начале и конце каждого символа, и затем суммируют их, отличающийся тем, что предварительно амплитуду несущего колебания манипулируют путем ее умножения на коэффициент 
при поступлении комбинации кодовой пары информационных двоичных видеосигналов, соответствующих логическим значениям 01 или 10, и путем ее умножения на коэффициент 
при поступлении комбинации кодовой пары информационных двоичных видеосигналов, соответствующих логическим значениям 11 или 00.
