Спосіб формування ансамблів двійкових маніпульованих радіосигналів складної форми за допомогою синтезаторів частот непрямого типу

Спосіб формування ансамблів двійкових маніпульованих радіосигналів складної форми за допомогою синтезаторів частот непрямого типу, що включає формування двох типів сигналів, що являють собою прямокутні радіоімпульси, які ставляться у взаємно однозначну відповідність до символів двійкового коду маніпулюючої послідовності з метою передачі інформації по каналу зв'язку, який відрізняється тим, що обидва сигнали з ансамблю являють собою прямокутні радіоімпуль 3 54438 мого типу на основі системи фазової автопідстройки частоти другого порядку в ході динамічного перехідного режиму, виникаючого в системі фазової автопідстройки частоти на стрибкоподібну зміну значення коефіцієнта ділення дільника частоти у колі зворотного зв'язку, при цьому в синтезаторі частот необхідно забезпечити квазіперіодичний режим перехідного процесу, а його тривалість обирають такою, щоб мінімізувати ймовірність помилки одиночного когерентного прийому сигналів з обраного ансамблю в каналі з адитивним білим гаусовим шумом при умові, що відповідні маніпулюючі символи є рівноймовірними та незалежними. Заявлений спосіб здійснюється таким чином. На фіг. 1 приведена структурна схема пристрою СЧ непрямого типу, де: - частота сигналу еталонного генератора 1 (E ) СЧ; - частота та фаза приведеного до другого входу фазового детектора 2 (ФД) сигналу генератора 4, керованого напругою, (ГКН), що пройшов через дільник частоти зі змінним коефіцієнтом ділення 5 (ДЗКД), при цьому ГКН керується за частотою напругою, що отримується в результаті фільтрації фільтром 3 (Ф) сигналу з виходу ФД, пропорційного різниці фаз сигналів на його входах. Якщо коефіцієнт ділення ДЗКД дорівнює TV, то частота вихідного сигналу ГКН: . (1) N вих t Перехід СЧ від однієї частоти до іншої виконується шляхом стрибкоподібної зміни значення коефіцієнта ділення N ДЗКД. Якщо прийняти, що ФД - лінійний пристрій, то подібна зміна значення параметра N еквівалентна стрибкоподібній зміні частоти сигналу ЕГ. СЧ непрямого синтезу мають петлю негативного зворотного зв'язку, що виробляє такий керуючий сигнал, щоб частота сигналу на виході СЧ була в N раз більше частоти сигналу ЕГ. Перехід від однієї частоти до іншої не здійснюється миттєво. Перехід СЧ до нової частоти (нового стану) супроводжується перехідними процесами та існує теоретично безкінечно довго [Андронов А.А., Витт А., Хайкин С.Э. "Теория колебаний". - М.: Наука, 1981 - 568 с]. Практично же його обмежують певними умовами. Якщо у схемі СЧ непрямого типу прийняти, що Ф - це інтегруючий фільтр нижніх частот (ФНЧ) першого порядку, тоді весь СЧ буде являти собою систему другого порядку, що описується лінійним неоднорідним диференційним рівнянням другого порядку вигляду: d2 ( t ) dt де: 2 1 d (t) dt 0 (t) b , (2) - значення частоти сигналу ЕГ; 0 , 1, b - коефіцієнти, що залежать від параметрів елементів системи. Рішення диференційного рівняння (2) описує закон зміни в часі частоти (t ) сигналу на виході СЧ, що приведена до входу ФД. Характеристичне рівняння, відповідне даному диференційному, має 4 два кореня, тип та співвідношення яких буде визначати режим перехідного процесу. Характер зміни частоти сигналу ЕГ та частоти сигналу на виході СЧ у різних режимах роботи системи приведені на фіг. 2 (1 - аперіодичний, 2 - критичний, 3 - квазіперіодичний). Якщо в системі виконані умови стійкості [Андронов А.А., Витт А., Хайкин С.Э. "Теория колебаний". - М.: Наука, 1981 - 568 с., Волощук Ю.І. "Сигнали та процеси у радіотехніці": Підручник для студентів ВНЗ: У 4-х т. - X.: ТОВ "Компанія СМІТ", 2005. - Т. 3: 528 с, с 451, Баскаков С.И. "Радиотехнические цепи и сигналы": Учеб. Для ВУЗов по спец. "Радиотехника". - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1988 - 448 с: ил., с. 200, 212], то в усіх трьох режимах частота буде прямувати до частоти сигналу ЕГ . Таким чином, у перехідному режимі сигнал на виході СЧ непрямого типу представляє собою радіосигнал з кутовою модуляцією (KM), закон зміни частоти якого описується функцією (t ) , а девіація частоти визначається величиною скачка частоти сигналу ЕГ (або, що еквівалентно, величиною скачка параметра N). Для квазіперіодичного режиму перехідного процесу справедливий вираз, що визначає закон зміни в часі приросту частоти радіосигналу на виході СЧ: ( t ) C1 ek1 t C2 ek 2 t , t 0 , (3) де: C1,2 - константи, що залежать від початкових умов диференціального рівняння (2), що описує роботу системи; k1,2 - корни характеристичного рівняння, що відповідає диференційному рівнянню (2) системи. Перехідний процес знизу догори відповідає перестройці частоти зі значення 1 до значення 2 , а перехідний процес згори донизу - навпаки, при виконанні умови 1 2 . Девіація частоти, тобто величина скачка частоти сигналу ЕГ обирається згідно з виразом: 4 , (4) 2 1 де - тривалість радіоімпульсу. Практичне обмеження теоретично нескінченного перехідного процесу відбувається наступним чином. Визначається допустимий інтервал відхилення частоти вихідного сигналу СЧ від того значення, до якого вона наближається. Момент часу tх останнього перетину межі цього інтервалу, після якого крива перехідного процесу вже не залишає його, визначає момент закінчення перехідного процесу [Сыроветник B.C., Бондарь Д.В., Зеленин А.Н. "Особенности использования относительной нестабильности частоты VCO в оценке динамических характеристик FS на основе PLL". - "Европейский журнал передовых технологий": № 5/2 2007]. В квазіперіодичному режимі перехідний процес повинен бути таким, щоб крива, що описує миттєве значення частоти вихідного сигналу, своїм першим найвеликим екстремумом торкалася до про 5 54438 тилежної межі допустимого інтервалу відхилення частоти. Відносна тривалість перехідного процесу визначається по відношенню до тривалості радіоімпульсу у відповідності до виразу: tx . (5) Пропонується до використання наступний ансамбль маніпульованих сигналів: {s21, s12 } , де перший та другий індекси визначають частоти, на яких починається і закінчується перебудова за частотою відповідно, тобто частоти 1 або 2 . Математичні моделі радіоімпульсів з запропонованого ансамблю мають вигляд: s12 s21 де A cos A cos u,d ( t ) u d t t 2 2 , значенні ( )opt . та ансамблям сигналів ФМн-2 та ЧМн-2 для порівняння, наведена на фіг.4. Аналіз залежностей, що наведені на фіг.4, показав, що запропонований ансамбль маніпульованих сигналів має характеристики завадостійкості кращі, ніж у ансамблю ЧМн-2 сигналів, але гірші за відповідні у ФМн-2 сигналів. СГП комплексної обвідної ансамблю маніпульованих сигналів {s21, s12 } no відношенню до частоти несучої 1 при умові, що маніпулюючі символи є рівноймовірними та незалежними, наведена на фіг. 5 для квазіперіодичного режиму при встановленому значенні ( )opt . В таб. 2 наведені дані, що відображають спектральну ефективність ансамблю маніпульованих сигналів, що пропонується, для квазіперіодичного режиму перехідного процесу також при встановленому значенні ( )opt . , ,t 6 ; , (7) 2 2 Таб. 2 - функції зміни фази в часі, що від повідають законам зміни частоти вихідного сигналу при перехідних процесах догори та донизу відповідно. Загальний вигляд цих радіоімпульсів та відповідних їм перехідних процесів за частотою заповнення разом із групуванням по ансамблях наведено на фіг. 3. Оптимальне значення параметру за критерієм мінімуму ймовірності помилки одиночного когерентного прийому сигналів з запропонованих ансамблів в каналі з адитивним білим гаусовим шумом (АБГШ) при умові, що відповідні маніпулюючі символи є рівноймовірними та незалежними, наведене в таб. 1 для квазіперіодичного режиму. Таб. 1 режим ( )opt квазіперіодичний 1.000 Залежність ймовірності помилки від співвідношення енергії сигналів до спектральної густини потужності (СГП) шуму Pnом (h2 ) ,що відповідає запропонованому ансамблю при встановленому сигнал ЧМн-2 ФМн-2 ансамблі {s21, s12 } , квазіперіодичний режим 0.313 0.589 0.310 У даному випадку під спектральною ефективністю розуміється відношення швидкості передачі інформації до ефективної смуги частот, що вміщує в себе 90% середньої потужності маніпульованого сигналу. В таб. 2 також для порівняння наведені дані для ансамблів маніпульованих сигналів ФМн2 та ЧМн-2. Аналіз даних з таб. 2 свідчить, що запропонований ансамбль маніпульованих сигналів має спектральні характеристики не на много менш компактні, ніж відповідні у ансамблю ЧМн-2, але намного менш компактні, ніж у ансамблю ФМн-2 сигналів, у квазіперіодичному режимі перехідного процесу за частотою. 7 54438 8 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 54438 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601