RU2734287C1 - Способ формирования фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием с оптимальными апериодическими автокорреляционными функциями - Google Patents

Способ формирования фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием с оптимальными апериодическими автокорреляционными функциями Download PDF

Info

Publication number
RU2734287C1
RU2734287C1 RU2020109183A RU2020109183A RU2734287C1 RU 2734287 C1 RU2734287 C1 RU 2734287C1 RU 2020109183 A RU2020109183 A RU 2020109183A RU 2020109183 A RU2020109183 A RU 2020109183A RU 2734287 C1 RU2734287 C1 RU 2734287C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sequences
elements
matrices
vectors
vector
Prior art date
Application number
RU2020109183A
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Дмитриевич Лукьянчиков
Вячеслав Васильевич Ливенцев
Александр Иванович Сергиенко
Original Assignee
Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Концерн "Созвездие" filed Critical Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority to RU2020109183A priority Critical patent/RU2734287C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2734287C1 publication Critical patent/RU2734287C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/10Polarisation diversity; Directional diversity
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14Relay systems
    • H04B7/15Active relay systems
    • H04B7/204Multiple access
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в широкополосных системах для передачи информации, оценки параметров канала распространения и выполнения процедур частотно-временной синхронизации. Технический результат – увеличение помехозащищенности системы радиосвязи и точности синхронизации. Данный способ включает процедуру формирования фазовых и поляризационных кодовых последовательностей для двоичных фазоманипулированных широкополосных сигналов (ФМШПС) с ортогональным поляризационным кодированием (ПК). Таким образом, сформированные двоичные ФМШПС с ортогональным ПК имеют оптимальные апериодические автокорреляционные функции. 2 ил., 4 табл.

Description

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в широкополосных системах для передачи информации, оценки параметров канала распространения и выполнения процедур частотно-временной синхронизации.
В последние годы для увеличения пропускной способности систем радиосвязи в условиях жесткого дефицита радиочастотного спектра большое внимание уделяется разработке новых видов сложных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием (ПК) элементов [1, 2].
Известен способ радиосвязи, приведенный в патенте US 6448941 B1, H01Q 1/36 от 10.09.2002 г., в котором осуществляется скачкообразная перестройка поляризации сигнала несущей синхронно с псевдослучайной перестройкой несущей частоты, что достигается использованием на передающей и приемной сторонах идентичных антенн специальной конструкции; поляризационное состояние (поляризационная структура) элементов излучаемого сигнала зависит от частоты питающего напряжения и на длительности сигнала может принимать несколько заданных состояний.
У этого способа можно выделить несколько основных недостатков:
– жесткая связь поляризационного состояния элементов сигнала с частотой несущего колебания, что ограничивает количество возможных сигналов в ансамбле;
– необходимость антенн специальной конструкции, идентичных на передающей и приемной сторонах;
– неиспользование поляризационной избыточности сигнала для улучшения его корреляционных свойств.
В заявке US 2004/0114548 H04B 7/204 от 17.06.2004 г. предложен способ использования сигнала с поляризационным кодированием, в котором также осуществляется скачкообразная перестройка поляризации сигнала несущей в соответствии с кодом псевдослучайной последовательности (ПСП). Этому способу присущ следующий недостаток:
– избыточность, которую вносит разнесение элементов сигнала по ортогональным поляризационным состояниям, используется только для разделения абонентов в системах связи и не используется для улучшения корреляционных свойств сигнала.
Вопросам повышения пропускной способности и помехозащищенности систем радиосвязи (СРС), использующих двоичные фазоманипулированные широкополосные сигналы (ФМШПС), без дополнительных затрат радиочастотного и энергетического ресурсов за счет применения метода поляризационного кодирования элементов указанных сигналов и дополнительной инверсной поляризационной манипуляции достаточно большое внимание уделяется в работах [1, 2, 3].
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является способ формирования двоичного фазоманипулированного широкополосного сигнала с ортогональным ПК, приведенный в статье [4], принятый за прототип.
Способ-прототип формирования фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием заключается в следующем:
- Известным образом формируют две псевдослучайные М-последовательности одинакового периода
Figure 00000001
[5], но с разными порождающими полиномами
Figure 00000002
,
Figure 00000003
и
Figure 00000004
,
Figure 00000005
.
- Строят бинарную последовательность
Figure 00000006
.
- Формируют последовательность длины
Figure 00000001
двумерных векторов
Figure 00000007
,
Figure 00000008
согласно правилу :
Figure 00000009
- Последовательности
Figure 00000010
и
Figure 00000011
,
Figure 00000012
поэлементно перемножают и формируют соответствующую последовательность произведений.
- Для текущего значения времени
Figure 00000013
из интервала периода
Figure 00000014
двоичного ФМШПС с ортогональным ПК формируют значение векторной комплексной огибающей. При этом каждый
Figure 00000015
-й элемент последовательности произведений перемножают на соответствующий сформированный элементарный импульс единичной амплитуды
Figure 00000016
длительностью
Figure 00000017
.
В способе-прототипе используют принцип дополнительной избыточности за счет ортогонального поляризационного кодирования элементов широкополосного фазоманипулированного сигнала в соответствии с двоичной псевдослучайной последовательностью, в том числе М-последовательностью.
Фазоманипулированный широкополосный сигнал с поляризационным кодированием [4] состоит из последовательности элементарных радиоимпульсов с начальными значениями фаз, определяемых кодом первой псевдослучайной последовательности (ПСП), и поляризационными состояниями, определяемыми кодом второй ПСП. При этом обе ПСП имеют одинаковую длину
Figure 00000018
.
Общее выражение, описывающее один период данного двоичного фазоманипулированного широкополосного радиосигнала с ортогональным ПК и дополнительной инверсной поляризационной манипуляцией, может быть представлено в виде [4]:
Figure 00000019
где
Figure 00000020
– амплитуда сигнала;
Figure 00000021
– средняя мощность сигнала;
Figure 00000022
– период псевдослучайных последовательностей, используемых в качестве фазового и поляризационного кодов;
Figure 00000023
– оператор, описывающий дополнительную инверсную поляризационную манипуляцию;
Figure 00000024
,
Figure 00000025
– единичный комплексный вектор-столбец (состоящий из двух элементов) [6], определяющий поляризацию k-го элементарного импульса (чипа) сигнала;
Figure 00000026
– прямоугольная огибающая элементарного радиоимпульса единичной амплитуды длительностью
Figure 00000017
;
Figure 00000027
– несущая частота сигнала;
Figure 00000028
,
Figure 00000029
– начальная фаза k-го элементарного импульса (
Figure 00000002
– код расширяющей спектр сигнала ПСП);
Figure 00000030
– символ операции взятия реальной части;
Figure 00000031
– длительность периода ПСП.
Оператор
Figure 00000032
при использовании согласованного поляризационного базиса [2] имеет матричное представление вида
Figure 00000033
в отсутствие инверсии поляризационных состояний элементарных импульсов сигнала и
Figure 00000034
– при ее наличии, где
Figure 00000035
,
Figure 00000036
– матрицы Паули [7].
Вектор
Figure 00000024
,
Figure 00000037
определяет состояние поляризации k-го элементарного импульса двоичного ФМШПС в соответствии с кодом
Figure 00000004
,
Figure 00000005
поляризационной ПСП. Причем при использовании согласованного поляризационного базиса [2] это соответствие задается следующим образом:
Figure 00000038
, где
Figure 00000039
– символ соответствия;
Figure 00000040
– символ операции транспонирования.
Так как сигнал в радиотехническом смысле является узкополосным
Figure 00000041
, то для упрощения анализа его свойств целесообразно перейти к его комплексной огибающей [8, 9]
Полагая
Figure 00000042
и вводя обозначения
Figure 00000043
,
Figure 00000044
, векторную комплексную огибающую одного периода двоичного ФМШПС с ортогональным ПК можно представить в виде
Figure 00000045
где
Figure 00000046
– бинарная кодовая последовательность, задающая закон фазовой манипуляции элементарных радиоимпульсов;
Figure 00000047
– кодовая последовательность единичных векторов
Figure 00000048
Figure 00000049
, задающая закон поляризационной манипуляции элементарных радиоимпульсов;
Figure 00000050
и
Figure 00000051
– компоненты вектора
Figure 00000052
в согласованном поляризационно-ортогональном базисе [2].
Решетчатая апериодическая автокорреляционная функция (АКФ) векторной комплексной огибающей
Figure 00000053
двоичного ФМШПС с ортогональным ПК имеет вид :
Figure 00000054
.
Существенным недостатком способа-прототипа формирования двоичного ФМШПС с ортогональным ПК при фазовом и поляризационных кодах в виде M-последовательностей является то, что апериодическая АКФ данного сигнала имеет ненулевые боковые лепестки.
Задача заявляемого способа – разработка процедуры формирования двоичного ФМШПС с ортогональным ПК, боковые лепестки апериодической АКФ которого имеют нулевые значения.
Для решения поставленной задачи в способе, включающем формирование кодовых последовательностей
Figure 00000055
и
Figure 00000056
комплексной огибающей
Figure 00000057
двоичного ФМШПС с ортогональным поляризационным кодированием (ПК);
– последовательности
Figure 00000010
и
Figure 00000011
,
Figure 00000012
поэлементно перемножают и формируют соответствующую последовательность произведений;
– для текущего значения времени
Figure 00000013
из интервала периода
Figure 00000014
двоичного ФМШПС с ортогональным ПК формируют значение векторной комплексной огибающей, при этом каждый
Figure 00000015
-й элемент последовательности произведений перемножают на соответствующий сформированный элементарный импульс единичной амплитуды
Figure 00000016
длительностью
Figure 00000017
, согласно изобретению ,
– предварительно формируют вспомогательные дополнительные троичные последовательности
Figure 00000058
и
Figure 00000059
, при этом длину последовательностей
Figure 00000060
выбирают четной и представимой в виде суммы квадратов двух целых чисел;
– векторы-строки
Figure 00000061
формируют согласно правилу:
в первой половине вектора-строки
Figure 00000062
,
Figure 00000063
произвольным образом элементам
Figure 00000064
присваивают значения 0 или 1;
при этом элементам во второй половине вектора-строки
Figure 00000065
,
Figure 00000066
,
Figure 00000067
присваивают значения, равные инверсным значениям элементов
Figure 00000068
первой половины вектора-строки
Figure 00000065
;
– векторы-строки
Figure 00000069
формируют как векторы инверсных элементов
Figure 00000068
вектора-строки
Figure 00000070
;
– находят матрицы шаблонов
Figure 00000071
и
Figure 00000072
;
– формируют общий вид корреляционных матриц
Figure 00000073
и
Figure 00000074
последовательностей
Figure 00000075
и
Figure 00000076
;
– формируют систему уравнений для определения знаков ненулевых элементов последовательностей
Figure 00000077
и
Figure 00000078
, для этого, используя матрицы шаблонов
Figure 00000079
,
Figure 00000080
и корреляционные матрицы
Figure 00000081
,
Figure 00000082
, путем поэлементного произведения корреляционных матриц
Figure 00000083
и
Figure 00000084
на соответствующие матрицы шаблонов
Figure 00000085
и
Figure 00000086
формируют преобразованные корреляционные матрицы
Figure 00000087
;
– в преобразованных корреляционных матрицах
Figure 00000088
выделяют диагонали, лежащие выше главной диагонали и содержащие не менее двух элементов;
– выполняют суммирование элементов в соответствующих диагоналях матриц
Figure 00000088
, а полученные суммы приравнивают нулю, в результате получают общую систему уравнений для определения знаков ненулевых элементов в последовательностях
Figure 00000089
и
Figure 00000090
, которая имеет вид
Figure 00000091
где
Figure 00000092
;
– решая систему уравнений, находят знаки ненулевых элементов векторов-строк
Figure 00000093
и
Figure 00000094
, если же система оказывается несовместной, то изменяют векторы-строки
Figure 00000095
и
Figure 00000096
, пока решение не будет найдено или исчерпаны все пары векторов-строк
Figure 00000093
и
Figure 00000094
для данной длины
Figure 00000097
;
– если для данной длины
Figure 00000098
ни для одной из возможных пар векторов-строк
Figure 00000099
и
Figure 00000100
найти решение системы не удается, то переходят к другой длине
Figure 00000101
и осуществляют поиск в соответствии с описанной процедурой;
– по полученным вспомогательным дополнительным троичным последовательностям
Figure 00000102
и
Figure 00000103
однозначно находят бинарные кодовые последовательности
Figure 00000104
и кодовые последовательности единичных векторов
Figure 00000105
, используя таблицу соответствия.
Заявляемый способ заключается в следующем.
Кодовые последовательности
Figure 00000055
и
Figure 00000056
комплексной огибающей
Figure 00000057
двоичного ФМШПС с ортогональным ПК формируют следующим образом. Предварительно формируют вспомогательные дополнительные троичные последовательности
Figure 00000058
и
Figure 00000059
. При этом длину последовательностей
Figure 00000060
выбирают четной и представимой в виде суммы квадратов двух целых чисел.
1. Формируют шаблоны последовательностей
Figure 00000106
и
Figure 00000107
в виде векторов-строк
Figure 00000108
и
Figure 00000109
длины
Figure 00000110
(в поэлементном представлении
Figure 00000111
2. Векторы-строки
Figure 00000061
формируют согласно правилу:
а) произвольным образом элементам
Figure 00000064
в первой половине вектора-строки
Figure 00000062
,
Figure 00000063
присваивают значения 0 или 1;
б) при этом элементам во второй половине вектора-строки
Figure 00000065
,
Figure 00000066
,
Figure 00000067
присваивают значения, равные инверсным значениям элементов
Figure 00000068
первой половины вектора-строки
Figure 00000065
.
3. Векторы-строки
Figure 00000069
формируют как векторы инверсных элементов
Figure 00000068
вектора-строки
Figure 00000070
.
4. Находят матрицы шаблонов
Figure 00000071
и
Figure 00000072
.
5. Формируют общий вид корреляционных матриц
Figure 00000073
и
Figure 00000074
последовательностей
Figure 00000075
и
Figure 00000076
[8]:
Figure 00000112
,
Figure 00000113
6. Используя матрицы шаблонов
Figure 00000079
,
Figure 00000080
и корреляционные матрицы
Figure 00000081
,
Figure 00000082
, формируют систему уравнений для определения знаков ненулевых элементов последовательностей
Figure 00000077
и
Figure 00000078
. Для этого путем поэлементного произведения корреляционных матриц
Figure 00000083
и
Figure 00000084
на соответствующие матрицы шаблонов
Figure 00000085
и
Figure 00000086
[10] формируют преобразованные корреляционные матрицы
Figure 00000087
.
7. В преобразованных корреляционных матрицах
Figure 00000088
выделяют диагонали, лежащие выше главной диагонали и содержащие не менее двух элементов.
8. Выполняют суммирование элементов в соответствующих диагоналях матриц
Figure 00000088
, а полученные суммы приравнивают нулю. В результате получают общую систему уравнений для определения знаков ненулевых элементов в последовательностях
Figure 00000089
и
Figure 00000090
. Общая система уравнений имеет вид:
Figure 00000091
где
Figure 00000092
.
9. Решая систему уравнений , находят знаки ненулевых элементов векторов-строк
Figure 00000093
и
Figure 00000094
. Если же система оказывается несовместной, то изменяют векторы-строки
Figure 00000095
и
Figure 00000096
, пока решение не будет найдено или исчерпаны все пары векторов-строк
Figure 00000093
и
Figure 00000094
для данной длины
Figure 00000097
. Если для данной длины
Figure 00000098
ни для одной из возможных пар векторов-строк
Figure 00000099
и
Figure 00000100
найти решение системы не удается, то переходят к другой длине
Figure 00000101
и осуществляют поиск в соответствии с описанной процедурой.
10. По полученным вспомогательным дополнительным троичным последовательностям
Figure 00000102
и
Figure 00000103
однозначно находят бинарные кодовые последовательности
Figure 00000104
и кодовые последовательности единичных векторов
Figure 00000105
, используя таблицу соответствия 1, которая вытекает из решения дискретной системы уравнений , связывающей элементы
Figure 00000102
и
Figure 00000103
с кодовыми последовательностями
Figure 00000104
и компонентами единичных векторов кодовой последовательности
Figure 00000105
:
Figure 00000114
.
Таблица соответствия 1
Figure 00000115
–1 0 1 0
Figure 00000116
0 –1 0 1
Figure 00000117
–1 –1 1 1
Figure 00000118
Figure 00000119
Figure 00000120
Figure 00000121
Figure 00000122
11. Последовательности
Figure 00000010
и
Figure 00000011
,
Figure 00000012
поэлементно перемножают и формируют соответствующую последовательность произведений.
12. Для текущего значения времени
Figure 00000013
из интервала периода
Figure 00000014
двоичного ФМШПС с ортогональным ПК формируют значение векторной комплексной огибающей. При этом каждый
Figure 00000015
-й элемент последовательности произведений перемножают на соответствующий сформированный элементарный импульс единичной амплитуды
Figure 00000016
длительностью
Figure 00000017
.
Полученная таким образом векторная комплексная огибающая ФМШПС с ортогональным ПК имеет оптимальную апериодическую АКФ .
Предлагаемый способ может быть реализован устройством, структурная схема которого представлена на фиг. 1, где обозначено:
1 – блок управления (БУ);
2 – генератор вектора
Figure 00000123
;
3 – формирователь матрицы шаблона для вектора
Figure 00000124
;
4, 8, 13 – первый, второй и третий поэлементные перемножители;
5 – генератор общей корреляционной матрицы последовательности
Figure 00000125
;
6 – генератор вектора
Figure 00000126
;
7 – формирователь матрицы шаблона для вектора
Figure 00000127
;
9 – генератор общей корреляционной матрицы последовательности
Figure 00000128
;
10 – блок решения системы уравнений;
11 – формирователь системы уравнений;
12 – блок соответствия;
14 – формирователь векторной комплексной огибающей.
Устройство содержит два параллельных канала, один из которых состоит из последовательно соединенных генератора вектора
Figure 00000129
2, формирователя матрицы шаблона для вектора
Figure 00000130
3 и первого поэлементного перемножителя 4, выход которого соединен с первым входом формирователя системы уравнений 11. Другой канал содержит последовательно соединенные генератор вектора
Figure 00000131
6, формирователь матрицы шаблона для вектора
Figure 00000131
7 и второй поэлементный перемножитель 8, выход которого соединен со вторым входом формирователя системы уравнений 11, выход которого через блок решения системы уравнений 10 соединен с входом блока управления 1, первый управляющий выход которого соединен с первым входом генератора вектора
Figure 00000129
2 и входами генератора общей корреляционной матрицы последовательности
Figure 00000132
5 и генератора общей корреляционной матрицы последовательности
Figure 00000133
9. Второй управляющий выход блока управления 1 соединен со вторыми входами генератора вектора
Figure 00000134
2 и генератора вектора
Figure 00000135
6, первый вход которого подключен ко второму выходу генератора вектора
Figure 00000136
2. При этом выход генератора общей корреляционной матрицы последовательности
Figure 00000137
5соединен со вторым входом первого поэлементного перемножителя 4. Выход генератора общей корреляционной матрицы последовательности
Figure 00000138
9 соединен со вторым входом второго поэлементного перемножителя 8. Кроме того, второй выход блока решения системы уравнений 10 подсоединен к входу блока соответствия 12, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами третьего поэлементного перемножителя 13, выход которого соединен с входом формирователя векторной комплексной огибающей 14, выход которого является выходом устройства.
Работает устройство, реализующее предлагаемый способ, следующим образом. На первом этапе в устройстве предварительно формируют вспомогательные дополнительные троичные последовательности
Figure 00000058
и
Figure 00000059
. Для этого в блоке управления 1 задают длину последовательностей
Figure 00000060
, равную четному числу, представимому в виде суммы квадратов двух целых чисел. Данное значение
Figure 00000060
в качестве управляющего сигнала подается на первый вход генератора вектора
Figure 00000129
2 и входы генератора общей корреляционной матрицы последовательности
Figure 00000139
5 и генератора общей корреляционной матрицы последовательности
Figure 00000140
9. На вторые входы генератора вектора
Figure 00000129
2 и генератора вектора
Figure 00000141
6 со второго управляющего выхода блока управления 1 подается сигнал управления изменения векторов-строк
Figure 00000095
и
Figure 00000096
. В соответствии с данными сигналами управления в генераторе вектора
Figure 00000129
2 формируют шаблоны последовательностей
Figure 00000142
согласно правилу: а) произвольным образом элементам
Figure 00000143
в первой половине вектора-строки
Figure 00000062
,
Figure 00000063
присваивают значения 0 или 1; б) при этом элементам во второй половине вектора-строки
Figure 00000065
,
Figure 00000144
,
Figure 00000067
присваивают значения, равные инверсным значениям элементов
Figure 00000068
первой половины вектора-строки
Figure 00000065
. Шаблоны последовательностей
Figure 00000145
формируют в генераторе вектора
Figure 00000141
6, как векторы инверсных элементов
Figure 00000068
вектора-строки
Figure 00000070
. По сформированным векторам
Figure 00000146
и
Figure 00000147
в соответствующих формирователях матриц-шаблонов векторов
Figure 00000146
3 и
Figure 00000147
7 находят матрицы-шаблоны
Figure 00000148
и
Figure 00000149
для вектора-строки
Figure 00000070
и для вектора-строки
Figure 00000147
в соответствии с правилом:
Figure 00000071
и
Figure 00000072
. Одновременно в генераторе общей корреляционной матрицы последовательности
Figure 00000150
Figure 00000129
5 и в генераторе общей корреляционной матрицы последовательности
Figure 00000151
Figure 00000152
9 формируют общий вид корреляционных матриц
Figure 00000073
и
Figure 00000074
последовательностей
Figure 00000075
и
Figure 00000076
[8].
Figure 00000112
,
Figure 00000113
.
Используя матрицы шаблоны
Figure 00000079
,
Figure 00000080
и корреляционные матрицы
Figure 00000081
,
Figure 00000082
, по результатам их поэлементного перемножения [10] в поэлементных перемножителях 4 и 8 формируют преобразованные корреляционные матрицы
Figure 00000087
, используя которые в формирователе системы уравнений 11 формируют систему уравнений для определения знаков ненулевых элементов последовательностей
Figure 00000077
и
Figure 00000078
. Для этого в преобразованных корреляционных матрицах
Figure 00000088
выделяют диагонали, лежащие выше главной диагонали и содержащие не менее двух элементов. Выполняют суммирование элементов в соответствующих диагоналях матриц
Figure 00000088
, а полученные суммы приравнивают нулю. В результате получают общую систему уравнений для определения знаков ненулевых элементов в последовательностях
Figure 00000089
и
Figure 00000090
. Общая система уравнений имеет вид:
Figure 00000091
где
Figure 00000092
. Решая эту систему уравнений в блоке решения системы уравнений 10, находят знаки ненулевых элементов векторов-строк
Figure 00000093
и
Figure 00000094
. Если же система оказывается несовместной, то по управляющему сигналу с первого управляющего выхода блока решения системы уравнений 10 в блоке управления 1 изменяют пары векторов-строк
Figure 00000095
и
Figure 00000096
до тех пор, пока решение не будет найдено или исчерпаны все пары векторов для данной длины
Figure 00000097
. Если для данной длины
Figure 00000098
ни для одной из возможных пар векторов-строк
Figure 00000099
и
Figure 00000100
найти решение системы не удается, то по сигналу с первого управляющего выхода блока решения системы уравнений 10 в блоке управления 1 переходят к другой длине
Figure 00000101
и осуществляют поиск решения в соответствии с описанной процедурой. Далее по полученным в блоке решения системы уравнений 10 вспомогательным дополнительным троичным последовательностям
Figure 00000058
и
Figure 00000059
в блоке соответствия 12, используя заданную таблицу соответствия, однозначно находят бинарные кодовые последовательности
Figure 00000104
и кодовые последовательности единичных векторов
Figure 00000105
. Полученные последовательности
Figure 00000010
и
Figure 00000011
,
Figure 00000012
поэлементно перемножают в поэлементном перемножителе 13 и формируют соответствующую последовательность произведений, используя которую на выходе формирователя векторной комплексной огибающей 14 для текущего значения времени
Figure 00000013
из интервала периода
Figure 00000014
двоичного ФМШПС с ортогональным ПК формируют значение векторной комплексной огибающей. При этом каждый
Figure 00000015
-й элемент последовательности произведений перемножают на соответствующий сформированный элементарный импульс единичной амплитуды
Figure 00000016
длительностью
Figure 00000017
.
В качестве примера рассмотрим последовательность операций нахождения бинарных кодовых последовательностей
Figure 00000153
и кодовых последовательностей единичных векторов
Figure 00000154
для
Figure 00000155
.
Формируем шаблон последовательности
Figure 00000156
в виде вектора-строки
Figure 00000157
.
Формируем шаблон последовательности
Figure 00000158
путем инверсии элементов вектора-строки
Figure 00000159
:
Figure 00000160
.
Находим матрицы-шаблоны
Figure 00000161
и
Figure 00000162
:
Figure 00000163
,
Figure 00000164
.
Используя матрицы-шаблоны
Figure 00000165
и
Figure 00000166
, путем поэлементного произведения с корреляционными матрицами
Figure 00000167
и
Figure 00000168
получаем преобразованные корреляционные матрицы
Figure 00000088
для
Figure 00000169
.
Figure 00000170
,
Figure 00000171
Суммируя в матрицах
Figure 00000088
элементы вдоль соответствующих диагоналей, лежащих над их главными диагоналями, и приравнивая соответствующие суммы нулю, записываем систему уравнений для определения знаков ненулевых элементов вектор-шаблонов
Figure 00000172
и
Figure 00000173
:
Figure 00000174
Для удобства решения запишем эту систему в мультипликативной форме:
Figure 00000175
Из-за идентичности второго и шестого уравнений этой системы, их отбрасываем. В пятое уравнение неизвестные
Figure 00000176
и
Figure 00000177
входят в квадрате, поэтому их исключаем из этого уравнения. Оставшиеся уравнения решаем относительно пар
Figure 00000178
,
Figure 00000179
,
Figure 00000180
,
Figure 00000181
,
Figure 00000182
.
Имеем два решения этой системы:
Figure 00000183
,
Figure 00000184
,
Figure 00000185
,
Figure 00000186
,
Figure 00000187
и
Figure 00000188
,
Figure 00000189
,
Figure 00000190
,
Figure 00000191
,
Figure 00000192
. Далее полученные решения используем в качестве уравнений для определения возможных комбинаций знаков элементов, входящих в пары
Figure 00000178
,
Figure 00000179
,
Figure 00000180
,
Figure 00000181
,
Figure 00000182
. Соответствующие результаты для первого решения преобразованной системы приведены в таблице 2, а для второго – в таблице 3.
Таблица 2. Возможные комбинации знаков элементов, входящих в пары
Figure 00000178
,
Figure 00000179
,
Figure 00000180
,
Figure 00000181
,
Figure 00000182
, для первого решения
Figure 00000193
Figure 00000194
Figure 00000195
Figure 00000196
Figure 00000197
Figure 00000198
Figure 00000199
Figure 00000200
Figure 00000201
Figure 00000202
+ + + + + + + +
+ +
Таблица 3. Возможные комбинации знаков элементов, входящих в пары
Figure 00000178
,
Figure 00000179
,
Figure 00000180
,
Figure 00000181
,
Figure 00000182
, для второго решения
Figure 00000203
Figure 00000204
Figure 00000205
Figure 00000206
Figure 00000207
Figure 00000208
Figure 00000209
Figure 00000210
Figure 00000211
Figure 00000212
+ + + + + + +
+ + +
Для каждой из пяти пар существует два варианта выбора знаков и этот выбор независим от выбора знаков в других парах. Поэтому всего можно получить 64 различных комбинации знаков, являющихся решением системы уравнений в мультипликативной форме. Поскольку переход к мультипликативной форме системы уравнений сопровождается появлением лишних решений, то все полученные 64 решения надо подставить в исходную систему уравнений и подвергнуть проверке. После отсеивания лишних решений для заданного шаблона
Figure 00000095
окончательно получим возможные варианты пар последовательностей
Figure 00000213
и
Figure 00000214
, приведенные в таблице 4.
Таблица 4. Синтезированные последовательности
Figure 00000213
и
Figure 00000214
№ п/п Последовательности
1
Figure 00000215
,
Figure 00000216
2
Figure 00000217
,
Figure 00000218
3
Figure 00000219
,
Figure 00000220
4
Figure 00000221
,
Figure 00000222
5
Figure 00000223
,
Figure 00000224
6
Figure 00000225
,
Figure 00000216
7
Figure 00000226
,
Figure 00000227
8
Figure 00000228
,
Figure 00000229
9
Figure 00000230
,
Figure 00000231
10
Figure 00000232
,
Figure 00000233
11
Figure 00000215
,
Figure 00000234
12
Figure 00000235
,
Figure 00000236
13
Figure 00000237
,
Figure 00000238
14
Figure 00000239
,
Figure 00000240
15
Figure 00000241
,
Figure 00000242
16
Figure 00000243
,
Figure 00000244
На фиг. 2 представлена форма решетчатой апериодической АКФ комплексной огибающей двоичного ФМШПС при использовании кода рассмотренного в примере синтезированной последовательности. Видно, что форма АКФ имеет оптимальный вид.
Достигаемый технический результат – увеличение помехозащищенности системы радиосвязи и точности синхронизации.
Сравнение заявляемого способа формирования фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием с оптимальными апериодическими автокорреляционными функциями с другими известными решениями в данной области техники не позволило выявить признаки, заявленные в отличительной части формулы изобретения.
Известно, что в современных радиотехнических системах часто используют цифровые сигналы. Вследствие этого, в узлах устройства, реализующего заявляемый способ, целесообразно применять дискретные и цифровые сигналы. Для обработки таких сигналов наряду с аппаратными часто используют программные и вычислительные средства [11]. В данном случае для реализации заявляемого способа разумно использовать стандартные процедуры матричного анализа [10, 12, 13, 14], что позволяет применять высокопроизводительные специализированные цифровые сигнальные процессоры (digital signal processor (DSP)) и быстродействующие программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС, Field Programmable Gate Array (FPGA)), например, типов 1892ВМ3Т (Multicore), 1892ВМ10Я (NVcom), FPGA Virtex-7 и их перспективные версии [15, 16, 17].
Литература.
1. Pat. 7310379 US, Int. Cl.7 H 04 B 7/02. Polarization state techniques for wireless communications / S. Sibecas, C. Corral, S. Emami, G. Stratis, G. Rasor; Motorola, Inc. No 10/631430; Filed 31.07.2003; Pub. 18.12.2007.
2. Лукьянчиков В.Д., Ливенцев В.В. Способ повышения пропускной способности систем радиосвязи с шумоподобными сигналами // Изв. ВУЗов. Радиоэлектроника. 2007. Т. 50, № 8. С. 22–35.
3. Ливенцев В.В. Анализ эффективности энергетического обнаружения широкополосных сигналов с поляризационным кодированием // Теория и техника радиосвязи: науч.-тех. сб. / АО «Концерн «Созвездие». 2007. Вып. 2. С. 21–29.
4. Зарубин В.С., Ливенцев В.В., Лукьянчиков В.Д., Прибытков Ю.Н. Спектральные характеристики фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием // Теория и техника радиосвязи: науч.-тех. сб. / АО «Концерн «Созвездие». – 2019. – Вып. 2. – С. 55–61.
5. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами / Л.Е. Варакин. – М.: Радио и связь, 1985. – 384 с.
6. Козлов А.И., Логвин А.И., Сарычев В.А. Поляризация радиоволн. Поляризационная структура радиолокационных сигналов. М.: Радиотехника, 2005. 704 с.
7. Гусев К.Г., Филатов А.Д., Сополев А.П. Поляризационная модуляция. М.: Сов. радио, 1974. 288 с.].
8. Варакин Л.Ε. Теория сложных сигналов. Μ., изд-во «Советское радио», 1970, 376 с., С. 50.
9. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 1986. – 512 с., С. 104.
10. G.H. Golub, C.F. Van Loan. Matrix computations, The Johns Hopkins University Press, Baltimore, 2013. 756 p.
11. Куприянов М.С., Матюшкин Б.Д. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования / М.С. Куприянов, Б.Д. Матюшкин. – Спб.: Политехника, 1999. – 592 с.
12. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. 4-е издание. М.: Наука, 1988. – 552 с.
13. Беллман Р. Введение в теорию матриц. 2-е издание: Пер. с англ. М.: Наука, 1976. – 352 с.
14. Хорн Р., Джонсон Ч. Матричный анализ: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. – 655 с.
15. Максфилл К. Проектирование на ПЛИС. Курс молодого бойца / К. Максфилл. – М.: Издательский дом «Додэка XXI», 2007. – 408 c.
16. Бродин В.Б., Калинин А.В. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики / В.Б. Бродин, А.В. Калинин. – М.:Издательство ЭКОМ, 2002. – 400 с.
17. Грушвицкий Р.И., Мурсаев А.Х., Угрюмов Е.П. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики / Р.И. Грушвицкий., А.Х. Мурсаев., Е.П. Угрюмов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. – 608 с.

Claims (17)

  1. Способ формирования фазоманипулированных широкополосных сигналов (ФМШПС) с поляризационным кодированием с оптимальными апериодическими автокорреляционными функциями, включающий формирование кодовых последовательностей
    Figure 00000245
    и
    Figure 00000246
    комплексной огибающей
    Figure 00000247
    двоичного ФМШПС с ортогональным поляризационным кодированием (ПК);
  2. последовательности
    Figure 00000248
    и
    Figure 00000249
    ,
    Figure 00000250
    поэлементно перемножают и формируют соответствующую последовательность произведений;
  3. для текущего значения времени
    Figure 00000251
    из интервала периода
    Figure 00000252
    двоичного ФМШПС с ортогональным ПК формируют значение векторной комплексной огибающей, при этом каждый
    Figure 00000253
    -й элемент последовательности произведений перемножают на соответствующий сформированный элементарный импульс единичной амплитуды
    Figure 00000254
    длительностью
    Figure 00000255
    ,
  4. отличающийся тем, что
  5. предварительно формируют вспомогательные дополнительные троичные последовательности
    Figure 00000256
    и
    Figure 00000257
    , при этом длину последовательностей
    Figure 00000258
    выбирают четной и представимой в виде суммы квадратов двух целых чисел;
  6. векторы-строки
    Figure 00000259
    формируют согласно правилу:
  7. в первой половине вектора-строки
    Figure 00000260
    ,
    Figure 00000261
    произвольным образом элементам
    Figure 00000262
    присваивают значения 0 или 1;
  8. при этом элементам во второй половине вектора-строки
    Figure 00000263
    ,
    Figure 00000264
    ,
    Figure 00000265
    присваивают значения, равные инверсным значениям элементов
    Figure 00000266
    первой половины вектора-строки
    Figure 00000263
    ;
  9. векторы-строки
    Figure 00000267
    формируют как векторы инверсных элементов
    Figure 00000266
    вектора-строки
    Figure 00000268
    ;
  10. находят матрицы шаблонов
    Figure 00000269
    и
    Figure 00000270
    ;
  11. формируют общий вид корреляционных матриц
    Figure 00000271
    и
    Figure 00000272
    последовательностей
    Figure 00000273
    и
    Figure 00000274
    ;
  12. формируют систему уравнений для определения знаков ненулевых элементов последовательностей
    Figure 00000275
    и
    Figure 00000276
    , для этого, используя матрицы шаблонов
    Figure 00000277
    ,
    Figure 00000278
    и корреляционные матрицы
    Figure 00000279
    ,
    Figure 00000280
    , путем поэлементного произведения корреляционных матриц
    Figure 00000281
    и
    Figure 00000282
    на соответствующие матрицы шаблонов
    Figure 00000283
    и
    Figure 00000284
    формируют преобразованные корреляционные матрицы
    Figure 00000285
    ;
  13. в преобразованных корреляционных матрицах
    Figure 00000286
    выделяют диагонали, лежащие выше главной диагонали и содержащие не менее двух элементов;
  14. выполняют суммирование элементов в соответствующих диагоналях матриц
    Figure 00000286
    , а полученные суммы приравнивают нулю, в результате получают общую систему уравнений для определения знаков ненулевых элементов в последовательностях
    Figure 00000287
    и
    Figure 00000288
    , которая имеет вид
    Figure 00000289
    где
    Figure 00000290
    ;
  15. решая систему уравнений, находят знаки ненулевых элементов векторов-строк
    Figure 00000291
    и
    Figure 00000292
    , если же система оказывается несовместной, то изменяют векторы-строки
    Figure 00000293
    и
    Figure 00000294
    , пока решение не будет найдено или исчерпаны все пары векторов-строк
    Figure 00000291
    и
    Figure 00000292
    для данной длины
    Figure 00000295
    ;
  16. если для данной длины
    Figure 00000296
    ни для одной из возможных пар векторов-строк
    Figure 00000297
    и
    Figure 00000298
    найти решение системы не удается, то переходят к другой длине
    Figure 00000299
    и осуществляют поиск в соответствии с описанной процедурой;
  17. по полученным вспомогательным дополнительным троичным последовательностям
    Figure 00000300
    и
    Figure 00000301
    однозначно находят бинарные кодовые последовательности
    Figure 00000302
    и кодовые последовательности единичных векторов
    Figure 00000303
    , используя таблицу соответствия.
RU2020109183A 2020-05-28 2020-05-28 Способ формирования фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием с оптимальными апериодическими автокорреляционными функциями RU2734287C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109183A RU2734287C1 (ru) 2020-05-28 2020-05-28 Способ формирования фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием с оптимальными апериодическими автокорреляционными функциями

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109183A RU2734287C1 (ru) 2020-05-28 2020-05-28 Способ формирования фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием с оптимальными апериодическими автокорреляционными функциями

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2734287C1 true RU2734287C1 (ru) 2020-10-14

Family

ID=72940272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020109183A RU2734287C1 (ru) 2020-05-28 2020-05-28 Способ формирования фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием с оптимальными апериодическими автокорреляционными функциями

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2734287C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776777C1 (ru) * 2021-09-03 2022-07-26 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Способ формирования фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием с оптимальными апериодическими автокорреляционными функциями

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6347234B1 (en) * 1997-09-15 2002-02-12 Adaptive Telecom, Inc. Practical space-time radio method for CDMA communication capacity enhancement
US7310379B2 (en) * 2002-12-30 2007-12-18 Motorola, Inc. Polarization state techniques for wireless communications
RU2716217C1 (ru) * 2019-09-09 2020-03-10 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Формирователь шумоподобных фазоманипулированных сигналов

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6347234B1 (en) * 1997-09-15 2002-02-12 Adaptive Telecom, Inc. Practical space-time radio method for CDMA communication capacity enhancement
US7310379B2 (en) * 2002-12-30 2007-12-18 Motorola, Inc. Polarization state techniques for wireless communications
RU2716217C1 (ru) * 2019-09-09 2020-03-10 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Формирователь шумоподобных фазоманипулированных сигналов

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Зарубин В.С., Ливенцев В.В., Лукьянчиков В.Д., Прибытков Ю.Н., статья: Спектральные характеристики фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием, Теория и техника радиосвязи, научно-технический сборник, АО "Концерн "Созвездие", 2019, выпуск 2, стр. 55-61. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776777C1 (ru) * 2021-09-03 2022-07-26 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Способ формирования фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием с оптимальными апериодическими автокорреляционными функциями
RU2784378C1 (ru) * 2022-02-16 2022-11-24 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" Способ помехозащищенной передачи и приема информации на основе частотно-манипулированных сигналов
RU2797534C1 (ru) * 2022-11-11 2023-06-07 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Способ формирования пар фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием с оптимальными апериодическими автокорреляционными и взаимокорреляционными функциями

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11940524B2 (en) Radar apparatus and radar method
US7099366B2 (en) Pseudo-random number sequence output unit, transmitter, receiver, communication system and filter unit
CN114026455A (zh) 雷达装置
Baden et al. Multiobjective sequence design via gradient descent methods
EP4042646B1 (en) Method for the acquisition of impulse responses, e.g. for ultra-wideband systems
JPWO2016199202A1 (ja) センサ装置
Zhai et al. DOA estimation of noncircular signals for unfolded coprime linear array: Identifiability, DOF and algorithm (May 2018)
Mai et al. Beampattern optimization for frequency diverse array with sparse frequency waveforms
CN113296049A (zh) 互质阵列脉冲环境下非圆信号的共轭增广doa估计方法
Liang et al. Cramér-Rao bound analysis of underdetermined wideband DOA estimation under the subband model via frequency decomposition
RU2734287C1 (ru) Способ формирования фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием с оптимальными апериодическими автокорреляционными функциями
Strohmer et al. Accurate imaging of moving targets via random sensor arrays and Kerdock codes
Shen et al. Low-complexity compressive sensing based DOA estimation for co-prime arrays
Unlersen et al. FPGA based fast bartlett DoA estimator for ULA antenna using parallel computing
RU2797534C1 (ru) Способ формирования пар фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием с оптимальными апериодическими автокорреляционными и взаимокорреляционными функциями
RU2776777C1 (ru) Способ формирования фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием с оптимальными апериодическими автокорреляционными функциями
RU2579996C2 (ru) Многофункциональная адаптивная антенная решетка
Ayoubi et al. FPGA design of spatially modulated single-input-multiple-output signals in 5G diversity receivers
Yusuf et al. FPGA Based Analysis and Multiplication of Digital Signals
RU2633029C1 (ru) Передающая адаптивная антенная решетка
Sytnik et al. Spatial Selection of Wide-Band Sources by Covariance Matrix Eigenvalues
Shankiti et al. Implementing a RAKE receiver for wireless communications on an FPGA-based computer system
Roberts et al. Design and application of real-time spectrum-analyser systems
Zhai et al. DOA estimation of noncircular signals for coprime linear array via polynomial root-finding technique
Halsey Array antenna calculations in the time domain using pseudorandomly coded signals