способ передачи информации в системе связи с широкополосными сигналами

Формула изобретения

Способ передачи информации в системе связи с широкополосными сигналами, заключающийся в том, что формируют сигналы несущей и тактовой частот, из сигнала тактовой частоты формируют две квазиортогональные или ортогональные псевдослучайные последовательности, осуществляют фазирование псевдослучайных последовательностей, одну из которых манипулируют по фазе от источника информации, формируют второй сигнал несущей частоты, сдвинутый относительно первого на 90°; один из сигналов несущей частоты манипулируют по фазе первой псевдослучайной последовательностью, второй сигнал несущей частоты манипулируют по фазе второй псевдослучайной последовательностью, которая проманипулирована по фазе от источника информации, сформированные на несущей частоте сигналы суммируют, полученный сигнал усиливают и излучают по каналу связи; в приемном устройстве входной сигнал усиливают, преобразуют по частоте, формируют сигнал тактовой частоты, из которого формируют две квазиортогональные или ортогональные псевдослучайные последовательности, осуществляют фазирование псевдослучайных последовательностей, производят синхронизацию сформированных последовательностей с входным сигналом и выделяют информацию, отличающийся тем, что цифровые данные, поступающие от источника информации за время, равное периоду псевдослучайной последовательности, на передающей стороне взаимно однозначно преобразуют в сдвиг одной псевдослучайной последовательности относительно другой, а при приеме сигнала определяют величину этого сдвига и преобразуют ее в цифровые данные принятой информации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами.

Основной задачей, которую приходится решать при проектировании систем передачи информации, является выбор сигналов, видов модуляции и кодирования, которые позволят получить максимальную помехозащищенность и обеспечить высокую скорость передачи информации в канале связи.

Известны способы передачи информации в системах связи с широкополосными сигналами, реализуемые в следующих патентах:

Патент №2113762 "Система связи с широкополосными сигналами", патентообладатель "Самсунг-Электроникс" (KR), автор Чугаева В.И., 20.06.98 г.;

Патент №2219660 "Линия радиосвязи", патентообладатель ФГУП ВНИИС, авторы Заплетин Ю.В. и др.;

и книгах: "Системы связи с шумоподобными сигналами" автора Л.Е.Варакина. Москва, "Радио и связь", 1985 г., с.16-18;

"Широкополосные системы" автора Диксона Р.К., Москва, "Связь", 1979 г., с.207-209.

Известные системы связи используют широкополосные сигналы, полученные в результате фазовой манипуляции синфазной и квадратурной составляющих выходного сигнала двумя псевдослучайными последовательностями, одна из которых предназначена для синхронизации в приемнике, другая - модулирована по фазе от последовательности двоичных импульсов источника информации.

В данных системах связи каждый бит передаваемой информации кодируется псевдослучайной последовательностью, что позволяет обеспечить высокую помехозащищенность.

Известно, что чем больше база сигнала или длина используемой псевдослучайной последовательности, тем выше помехозащищенность широкополосной системы связи. Однако, обладая высокой помехозащищенностью, системы будут иметь низкую скорость передачи информации, что является их недостатком.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу передачи информации в системе связи с широполосными сигналами является способ передачи информации, реализуемый по авторскому свидетельству №300946, Н 03 С 3/40, 1971 г.

Способ передачи информации, используемый в устройстве по авторскому свидетельству №300946, включает формирование сигналов (колебаний) несущей и тактовой частот, из которых формируются две квазиортогональные или ортогональные псевдослучайные последовательности (с малой взаимной корреляцией). Затем осуществляют фазирование псевдослучайных последовательностей, одна из которых предназначена для синхронизации (СП), а вторая - для передачи информации (ИП), которую манипулируют по фазе от источника информации. Из сформированного сигнала несущей частоты формируется второй сигнал несущей частоты, сдвинутый относительно него на 90°.

Один из сигналов несущей частоты манипулируется по фазе (0°, 180°) первой псевдослучайной последовательностью, второй сигнал - по фазе второй псевдослучайной последовательностью, которая проманипулирована по фазе от источника информации. Сформированные на несущей частоте сигналы суммируются между собой, а полученный сигнал усиливается и излучается по каналу связи. В приемном устройстве формируются две квазиортогональные или ортогональные псевдослучайные последовательности СП и ИП, которые являются копиями псевдослучайных последовательностей, сформированных в передатчике. Осуществляется фазирование сформированных в приемнике псевдослучайных последовательностей (регистры генераторов установились в одинаковое начальное состояние). Входной сигнал усиливается (высокочастотным трактом) и производится синхронизация сформированных последовательностей с входным сигналом. После осуществления синхронизации входной сигнал перемножается с опорными псевдослучайными последовательностями, сформированными в приемнике. Затем сигналы фильтруются по полосе частот и детектируются в фазовом детекторе. В результате данных операций из сигнала выделяется информация.

В данном способе передачи информации последовательность импульсов, поступающая от источника информации, осуществляет фазовую манипуляцию псевдослучайной последовательности ИП. Каждый бит передаваемой информации заменяется прямой или инверсной псевдослучайной последовательностью ИП и, в зависимости от этого, передается ноль или единица. За интервал времени, равный периоду псевдослучайной последовательности ИП, можно передать только один бит информации.

Недостатком описанного способа является низкая скорость передачи информации.

Задачей заявляемого способа передачи информации в системе связи с широкополосными сигналами является увеличение скорости передачи информации по каналу связи.

Задача решается за счет того, что в способе передачи информации в системе связи с широкополосными сигналами формируются сигналы (колебаний) несущей и тактовой частот. Из сигнала тактовой частоты формируют две квазиортогональные или две ортогональные псевдослучайные последовательности: одна из них предназначена для синхронизации (СП), другая - для передачи информации (ИП). Затем осуществляют фазирование псевдослучайных последовательностей СП и ИП. Информационную последовательность ИП манипулируют по фазе от источника информации, формируют второй сигнал несущей частоты, сдвинутый относительно первого на 90°. Один из сигналов несущей частоты манипулируют по фазе первой псевдослучайной последовательностью, второй сигнал - по фазе второй псевдослучайной последовательностью, которая проманипулирована по фазе от источника информации. Сформированные на несущей частоте сигналы суммируют, полученный сигнал усиливают и излучают по каналу связи. В приемном устройстве формируют две квазиортогональные или ортогональные псевдослучайные последовательности СП и ИП, осуществляют фазирование псевдослучайных последовательностей, производят синхронизацию сформированных последовательностей с входным сигналом, осуществляют синхронизацию входного сигнала с опорными псевдослучайными последовательностями, сформированными в приемнике, и выделяют информацию.

На передающей стороне системы связи ввели операцию, обеспечивающую сдвиг одной ПСП относительно другой в зависимости от конкретной информации, выраженной в цифровых данных, поступающих от источника информации за время, равное периоду псевдослучайной последовательности. На приемной стороне ввели операцию, когда по величине данного сдвига псевдослучайных последовательностей определяют конкретные цифровые данные принятой информации.

В прототипе данные от источника информации в передатчике преобразуются в прямую или инверсную информационную последовательность ИП, в заявляемом же способе - данные от источника информации преобразуются в прямую или инверсную информационную последовательность ИП, а также дополнительно преобразуют в сдвиг псевдослучайную последовательность ИП относительно СП.

За счет того, что на передающей стороне цифровые данные, поступающие от источника информации за время, равное периоду псевдослучайной последовательности, взаимно однозначно преобразуют в сдвиг одну псевдослучайную последовательность относительно другой, появляется возможность создания дополнительного канала передачи информации, что увеличивает скорость передачи информации в системе связи с широкополосными сигналами (ШПС).

Технический результат заключается в увеличении скорости передачи информации за счет дополнительного канала связи, позволяющего за период псевдослучайной последовательности СП увеличить передачу бит информации в log ₂В_СП+1 раз (где В_СП - база сигнала, равная количеству элементов СП).

Например, база В_СП =1024, псевдослучайная последовательность для передачи информации ИП может иметь 1024 различных циклических временных сдвигов относительно СП. Это позволяет за один период СП дополнительно передать log ₂1024=10 бит информации.

Поясним сказанное на простом примере, когда псевдослучайные последовательности ИП и СП имеют, предположим, по 8 элементов.

На фиг.1 изображены четыре периода формирования псевдослучайных последовательностей СП и ИП в передатчике. Элементы последовательностей СП и ИП пронумерованы цифрами 1, 2,...,8. Если необходимо передать число m (где 0 m 7), то последовательность ИП циклически сдвигается относительно СП на количество элементов, соответствующих передаваемому числу, то есть на m элементов.

На временном отрезке [0, Т _СП] (где T_СП - длительность СП) первый элемент псевдослучайной последовательности ИП совпадает с первым элементом последовательности СП. Это означает, что передается число "0".

На временном отрезке [Т_СП, 2Т_СП] псевдослучайная последовательность ИП сдвинута относительно СП на один элемент. Это означает, что передается число "1".

На временном отрезке [2Т_СП, 3Т_СП] псевдослучайная последовательность ИП смещена относительно СП на 7 элементов. Данный сдвиг производят, когда необходимо передать число "7". В данном случае возможны 8 различных сдвигов псевдослучайных последовательностей ИП относительно СП, так как эти последовательности имеют по 8 элементов.

Таким образом, за промежуток времени [nT _СП, (n+1)Т_СП] можно передать любое из восьми чисел {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}, что соответствует передачи log ₂8=3 бит информации.

При использовании псевдослучайных последовательностей ИП и СП, имеющих длину N=2ⁿ элементов, заявляемый способ передачи информации в системе связи с широкополосными сигналами позволяет передавать log₂2ⁿ=n дополнительных бита информации за время, равное периоду последовательностей, в отличие от известных аналогичных систем связи.

В устройстве, реализующем заявляемый способ передачи информации в системе связи с широкополосными сигналами, сдвиг псевдослучайной последовательности ИП относительно СП можно производить начальными установками генератора, формирующего псевдослучайную последовательность ИП. Данные от источника информации вводятся в генератор, задавая его начальное состояние, с которого он начинает работать в очередном периоде формирования ИП.

Заявляемый способ передачи информации в системе связи с широкополосными сигналами за счет преобразования информации в смещение ИП относительно СП позволяет создать дополнительный (высокоскоростной "цифровой") канал передачи информации с пропускной способностью

Система связи, реализующая заявляемый способ передачи информации, в системе связи с широкополосными сигналами будет иметь уже два канала передачи данных: низкоскоростной "бинарный" и высокоскоростной "цифровой".

В низкоскоростном "бинарном" канале в зависимости оттого, что именно надо передать: "0" или "1", информационный бит будет заменяться прямой или инверсной псевдослучайной последовательностью ИП. За период псевдослучайной последовательности СП бинарный канал позволяет передать один бит информации.

В высокоскоростном "цифровом" канале данные, поступающие от источника информации, преобразуются в сдвиг псевдослучайной последовательности ИП относительно СП. За период псевдослучайной последовательности СП цифровой канал позволяет передать log₂2ⁿ =n бит информации.

Сформированный в передатчике сигнал передается по каналу связи и поступает на вход приемного устройства. В приемном устройстве производятся поиск и обнаружение сигнала известными методами. Например, вычисляется функция взаимной корреляции входного сигнала с синхропоследовательностью СП, формируемой в приемном устройстве для всех временных сдвигов. Находится максимальное значение огибающей функции взаимной корреляции, вычисленной для синхропоследовательности СП, формируемой в приемнике с входным сигналом. Полученное максимальное значение сравнивается с установленным порогом и принимается решение об обнаружении сигнала. Затем синхропоследовательность приемника синхронизируется с синхропоследовательностью СП принятого сигнала. Для этого производят сдвиг псевдослучайных последовательностей, формируемых в приемнике так, чтобы максимум функции корреляции, вычисленный для псевдослучайной последовательности СП, соответствовал нулевому значению. Включаются системы фазовой автоподстройки по несущей частоте входного сигнала и тактовой частоте формируемых последовательностей СП и ИП. Приемное устройство переходит в режим выделения информации, в котором на каждом временном отрезке производится вычисление функций взаимной корреляции для синхропоследовательности СП и информационной последовательности ИП. Определяются максимальные значения по модулю функций взаимной корреляции псевдослучайных последовательностей ИП и СП, вычисленных с входным сигналом. Затем определяется смещение максимума функции взаимной корреляции информационной последовательности ИП относительно максимума функции взаимной корреляции синхропоследовательности СП, которое преобразуется в цифровое значение, соответствующее принятой информации. В зависимости от передаваемой информации по бинарному каналу принятая информационная последовательность ИП может быть прямой или инверсной. Поэтому функция корреляции, вычисленная для информационной последовательности ИП в точке максимального значения по модулю, может быть положительной или отрицательной. Если при модулировании последовательность ИП стала инверсной, то функция корреляции будет отрицательной, если не инверсной, то функция корреляции будет положительной. Знак функции корреляции, вычисленный для псевдослучайной последовательности ИП, будет определяться модуляцией фазы ИП информационными битами

На фиг.2 и 3 приведены диаграммы, поясняющие процесс выделения информации в приемном устройстве.

Если в принятом сигнале элементы сигнала псевдослучайной последовательности ИП не сдвинуты относительно СП (фиг.2), то максимальное значение по модулю функции взаимной корреляции R_ИП(n), вычисленное для последовательности ИП, будет совпадать с максимумом функции взаимной корреляции R_СП(n), вычисленной для последовательности СП. Если при модулировании последовательность ИП стала инверсной, то функция корреляции будет отрицательной, если не инверсной, то функция корреляции будет положительной. Знак функции корреляции, вычисленной для псевдослучайной последовательности ИП, будет определяться модуляцией фазы ИП информационными битами.

На фиг.3. псевдослучайная последовательность ИП смещена относительно СП на четыре элемента. В этом случае модуль максимума функции взаимной корреляции, вычисленной для псевдослучайной последовательности ИП, тоже сместился на четыре элемента. Расстояние между максимальными значениями функции корреляции равняется четырем. Это означает, что по цифровому каналу передано число 4. Знак функции взаимной корреляции входного сигнала с информационной последовательностью ИП приемника в точке максимума определяется переданным битом информации, модулирующим фазу псевдослучайной последовательности ИП. В зависимости от знака функции корреляции информационной последовательностью ИП с входным сигналом формируется бит информации, принятой по бинарному каналу.

Таким образом, заявляемый в качестве изобретения способ передачи информации в системе связи с широкополосными сигналами за счет преобразования информации в смещение ИП относительно СП позволяет создать дополнительный высокоскоростной канал передачи информации с пропускной способностью Значит, задача, направленная на увеличение скорости передачи информации по каналу связи, полностью реализована.