Способ формирования помехоустойчивых сверхширокополосных сигналов
Владельцы патента RU 2654566:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при создании систем высокоскоростной помехоустойчивой радиосвязи. В способе формирования помехоустойчивых сверхширокополосных сигналов единица и ноль информации представлены пачками из N импульсов противоположной полярности с возрастающей и убывающей паузой между импульсами соответственно. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости при передаче данных в системах связи с использованием сверхширокополосных сигналов. В способе формирования помехоустойчивых сигналов, изменяя скорость нарастания (убывания) паузы между СШП импульсами, можно добиться значительного снижения уровня боковых лепестков принимаемого сигнала, что ведет к повышению помехоустойчивости приема. 5 ил.
Способ формирования помехоустойчивых сверхширокополосных сигналов относится к радиотехнике и может быть использован при создании систем помехоустойчивой радиосвязи.
Известен способ двоичной фазовой манипуляции СШП сигналов, в котором для передачи единичной посылки используется СШП импульс положительной полярности, для передачи нулевой посылки СШП импульс отрицательной полярности (см., например, Арслан X., Чен Чж. Н., Бенедетто М. Сверхширокополосная беспроводная связь. М.: Техносфера, 2012, с. 119).
Недостатками такого способа формирования СШП сигналов является низкая помехоустойчивость в сложной помеховой обстановке. В заявленном способе для устранения недостатков известного способа двоичной фазовой манипуляции СШП сигналов предлагается дополнительно осуществлять модуляцию единичных и нулевых посылок последовательностью импульсов с линейно возрастающей и линейно убывающей паузой между импульсами и на приемной стороне осуществлять согласованную фильтрацию передаваемых последовательностей СШП импульсов.
Достигаемым техническим результатом является повышение помехоустойчивости приема сигнала.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе, изменяя скорость нарастания (убывания) паузы между СШП импульсами, можно добиться значительного снижения уровня боковых лепестков принимаемого сигнала, что ведет к повышению помехоустойчивости приема.
Сущность способа формирования поясняется математическими выкладками, основанными на известной модели СШП импульса:
где τ - длительность импульса.
Для формирования пачки импульсов с возрастающей паузой (для передачи логической единицы) просуммируем импульсы, сдвинутые на функцию времени в соответствии с выражением (2):
где p - коэффициент сдвига, Δt1 - время сдвига второго импульса относительно первого, k - номер импульса в пачке.
Для передачи логического нуля будем уменьшать паузу между импульсами, начав с максимальной паузы. Тогда выражение для возрастающей и убывающей модулирующих функций сверхширокополосного сигнала может быть записано в следующем виде:
где [ ] означает выбор целой части выражения, 
- условная функция вида:
Выражение для формирования пачки СШП импульсов с возрастающей паузой с учетом (1) и (3) можно представить в виде:
где τ - временной сдвиг, необходимый для соответствия второй производной гауссова моноимпульса длительности элементарной посылки.
Для задания пачки СШП импульсов отрицательной полярности с убывающей паузой s0(t) в выражении (4) следует заменить предел суммирования импульсов от k=[N/2] до N и перед операндом 
поставить знак «-».
На фиг. 1 представлены временные диаграммы помехоустойчивого СШП сигнала, сформированного пятью импульсами с возрастающей скважностью (логическая единица исходного сигнала) и пятью импульсами с убывающей скважностью, передающими логический ноль.
Огибающие амплитудных спектров одиночного импульса и пачки из 5 импульсов с возрастающей паузой показаны на фиг. 2, из которых видно, что СШП сигнал, сформированный предложенным способом, имеет ту же спектральную эффективность, что и сигнал прототипа.
На фиг. 3 показаны сигналы на выходе согласованного фильтра, сформированные предлагаемым способом для различных значений параметра p, видно, что варьируя глубиной временного сдвига в пачке, можно добиться значительного уменьшения уровня боковых лепестков сжатого сигнала на выходе согласованного фильтра.
На фиг. 4 представлены рассчитанные с использованием известного и заявленного способов кривые помехоустойчивости приема СШП сигналов в канале с рэлеевскими замираниями, из которых видно, что предлагаемый способ позволяет повысить помехоустойчивость на 10 дБ.
На фиг. 5 представлена блок-схема устройства, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ. Устройство включает в себя дискриминатор входного сигнала (1), формирователь последовательности прямоугольных импульсов (2), формирователь нулевой последовательности прямоугольных импульсов (3), генератор СШП импульсов положительной полярности (4), генератор СШП импульсов отрицательной полярности (5), сумматор (6). Устройство функционирует следующим образом. На вход устройства поступает исходный модулирующий сигнал в двоичном виде. Дискриминатор (1) разделяет входной сигнал на единичный и нулевой потоки, каждый из которых затем поступает на формирователи (2) и (3) соответственно. Формирователь (2) формирует последовательность прямоугольных импульсов с линейно возрастающей паузой, а формирователь (3) - последовательность прямоугольных импульсов с линейно убывающей паузой. Длительности этих последовательностей соответствуют длительностям входных импульсов модулирующего сигнала. С выходов формирователей (2) и (3) последовательности прямоугольных импульсов поступают на генераторы СШП импульсов (4) и (5), которые по фронту прямоугольного формируют СШП импульс заданной полярности и с заданной паузой между импульсами. Сумматор (6) суммирует выходные сигналы генераторов, формируя выходной сигнал устройства, показанный на фиг. 1.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить помехоустойчивость приема СШП сигналов на 10 дБ и тем самым устраняет недостатки прототипа.
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ формирования помехоустойчивого СШП сигнала на основе передачи единичной посылки последовательностью из N СШП импульсов положительной полярности с линейно возрастающей паузой между импульсами, передачи нулевой посылки - последовательностью из N СШП импульсов отрицательной полярности с линейно убывающей паузой между импульсами.
Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые радиоэлектронные узлы и устройства. Так формирователи наносекундных импульсов (2) и (3) могут быть реализованы по известным схемам на лавинных транзисторах (см., например, Арслан X., Чен Чж. Н., Бенедетто М. Сверхширокополосная беспроводная связь. М.: Техносфера, 2012, с. 146), а генераторы СШП импульсов (4) и (5) с помощью схем изложенных в Дьяконов В.П. Генерация и генераторы сигналов. М.: ДМК Пресс, 2009, с. 111.
Способ формирования помехоустойчивых сверхширокополосных сигналов, основанный на передаче единичной посылки последовательностью из N сверхширокополосных импульсов положительной полярности с линейно возрастающей паузой между импульсами, передаче нулевой посылки - последовательностью из N сверхширокополосных импульсов отрицательной полярности с линейно убывающей паузой между импульсами.
