Implementation of stable absolute phase modulation using holographic coding

Abstract

The widespread method of relative phase modulation has disadvantages compared to absolute phase modulation: the need to transmit a pilot signal at the beginning of a communication session, less noise immunity, and more complex hardware implementation. In addition, during a random jump, not only the current symbol is distorted, but also the next one. And correcting a double error requires the use of a correcting code with greater correcting ability. However, absolute phase modulation, despite its advantages, is almost never used due to switching to the “reverse operation” mode when the phase of the reference signal jumps. A solution to the problem of using absolute modulation is provided by considering the phenomenon of “backward work” in terms of error-correcting coding, from the point of view of which “backward work” is a set of burst errors, the number of which can reach 100% of the length of the transmitted code word. For most error-correcting codes, correcting more than 50% of burst errors is an impossible task, but the holographic positional code gives the same decoding result for both the forward and inverted data blocks. A soft holographic code decoder is described that provides error-free decoding of a signal with absolute phase modulation without using a reference signal with phase jumps up to two times during the reception of one data block.

• absolute phase modulation
• inverse operation
• holographic coding

Аннотация (на русском)

Реализация устойчивой абсолютной фазовой модуляции с помощью голографического кодирования

Широко распространенный метод относительной фазовой модуляции имеет недостатки по сравнению с абсолютной фазовой модуляцией: необходимость передачи пилот-сигнала в начале сеанса связи, меньшая помехоустойчивость, более сложная аппаратная реализация. Кроме того, при случайном скачке фазы искажается не только текущий символ, но и следующий за ним, а исправление двукратной ошибки требует применения корректирующего кода с большей исправляющей способностью. Однако абсолютная фазовая модуляция, несмотря на ее преимущества, почти не используется из-за переключения в режим «обратной работы» при перескоке фазы опорного сигнала. Решение проблемы применения абсолютной модуляции дает рассмотрение явления «обратной работы» в терминах помехоустойчивого кодирования, с точки зрения которого «обратная работа» - это совокупность пакетных ошибок, количество которых может достигать 100% длины передаваемого кодового слова. Для большинства помехоустойчивых кодов исправление более 50% пакетных ошибок является нерешаемой задачей, но голографический позиционный код дает совпадающий результат декодирования, как для прямого, так и для инвертированного блока данных. Описан мягкий декодер голографического кода, обеспечивающий безошибочное декодирование сигнала с абсолютной фазовой модуляцией без использования опорного сигнала при скачках фазы до двух раз за время приема одного блока данных.

For citation

References

1. Головин О. Относительная фазовая манипуляция - метод повышения надежности передачи информации. URL: https://www.computer-museum.ru/connect/petrovic.htm (дата обращения: 10.04.2024).
2. Волков А.А. Морозов М.С. Способ реализации абсолютной ФМн на 180о. // Электросвязь. - 2017. - № 2. С. 72-74.
3. Петрович Н.Т. Новые способы осуществления фазовой телеграфии. // Радиотехника. - 1957. - № 10.
4. Куликов Г.В., До Ч.Т. Эффективность фазового алгоритма адаптивной фильтрации при приеме сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией. // Журнал радиоэлектроники. - 2020. - №. 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.4.9.
5. Евстратько В.В., Коноваленко А.И., Мишуров А.В., Юхманов А.Д. Цифровой радиоприёмник на основе нейронной сети. // Журнал радиоэлектроники. - 2024. - №. 1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.1.5.
6. Токарь М.С., Рябов И.В. Метод дифференциального пространственно-временного блокового кодирования для применения в системах подвижной радиосвязи с использованием технологии MIMO. // Журнал радиоэлектроники. - 2021. - № 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.6.4.
7. Тимофеев А.Л., Султанов А. Х. Построение помехоустойчивого кода на базе голографического представления произвольной цифровой информации. // Компьютерная оптика. - 2020. - Т. 44. - №. 6. - С. 978-984. https://doi.org/10.18287/2412-6179-CO-739.
8. Timofeev A.L., Sultanov A.K. Holographic method of error-correcting coding. // Optical Technologies for Telecommunications 2018. - SPIE, 2019. - Т. 11146. - С. 365-370. https://doi.org/10.1117/12.2526922.
9. Тимофеев А.Л., Султанов А.Х., Мешков И.К., Гизатулин А.Р. Увеличение дальности атмосферных оптических линий связи с помощью позиционного кодирования. // Оптический журнал. - 2022. - Т. 89. - №. 9. - С. 75-85. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-09-75-85.
10. Timofeev A.L., Sultanov A.K., Filatov P.E. Holographic method for storage of digital information. // Optical Technologies for Telecommunications 2019. - SPIE, 2020. - Т. 11516. - P. 14-20. http://doi.org/10.1117/12.2566329.
11. Тимофеев А.Л., Султанов А.Х., Мешков И.К., Гизатулин А.Р. Повышение срока активного использования бортовой электронной аппаратуры космических аппаратов. // Сибирский аэрокосмический журнал. - 2024. - Т. 25. - № 1. С. 33-42. http://doi.org/10.31772/2712-8970-2024-25-1-33-42.