МНОГОКАНАЛЬНАЯ ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ Российский патент 1994 года по МПК H04J3/24 

Изобретение относится к технике связи, в частности, к системам многоканальной связи, и может найти применение при создании радиосистем передачи информации с использованием спутников-ретрансляторов.

Известна многоканальная система передачи с временным разделением, в которой передаваемая импульсная последовательность разделяется на циклы, каждый из которых начинается с регулярно передаваемого импульса цикловой синхронизации. Остальные временные позиции используются для передачи информации (в частности, речевой) способом фазовой манипуляции. Особенностью системы является использование в качестве мультиплексора и демультиплексора регистра сдвига. К числу недостатков системы следует отнести ограниченный диапазон скоростей передачи группового сигнала и отсутствие возможности изменения скорости передачи в каждом из временных каналов.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является многоканальная цифровая система связи, содержащая передающий и приемный групповые блоки, передающий и приемный индивидуальные блоки, блоки переключения, блок управления, приемник команд и генераторы тактовой частоты.

Недостатком известной системы является отсутствие возможности функционирования с изменением скорости передачи группового сигнала, так как его прием и передача ведутся на одной тактовой частоте, величина которой неизменна и определяется частотой задающего генератора. Отсутствие возможности изменения скорости группового сигнала обусловливает невозможность адаптации режима передачи информации к текущему состоянию линии связи (соотношению сигнал/шум) и конкретной помеховой обстановке, что приводит в конечном счете к ухудшению качества передаваемой информации (увеличению числа ошибок в принятых сообщениях).

Кроме того, переключение скоростей считывания передаваемых и принимаемых сигналов в известной системе связи осуществляется путем передачи по каналу команд, что, соответственно, снижает скорость передачи полезной информации и уменьшает тем самым коэффициент использования канала, т. е. снижает эффективность системы связи.

Следует также добавить, что отсутствие в известной системе связи средств обеспечения синхронной работы тактовых генераторов приводит к снижению точности передачи информации, которая находится в зависимости от соотношения величин погрешностей и временной нестабильности выходной частоты генераторов тактовых импульсов, находящихся, соответственно, на передающей и приемной сторонах.

Цель изобретения - повышение эффективности передачи информации и повышение коэффициента использования пропускной способности канала связи.

На фиг. 1 приведена функциональная схема многоканальной цифровой системы передачи и приема информации: на фиг. 2 - электрическая схема устройства для определения скорости передачи цифровой информации; на фиг. 3 - электрическая схема синтезатора частот, подключенного к блоку переключения; на фиг. 4 - электрическая схема устройств для относительной фазовой манипуляции (а) и деманипуляции (б); на фиг. 5 - электрическая схема распределителя группового сигнала.

Многоканальная цифровая система связи (см. фиг. 1) содержит генераторы 1 и 2 тактовых импульсов (ГТИ), генераторы 3 и 4 псевдослучайной последовательности (ГПСП), синтезаторы 5 и 6 частот (СЧ), блоки 7 и 8 переключения (БП), передающий групповой блок (ПД) 9, приемный групповой блок (ПМ) 10, распределитель 11 импульсов (РИ), формирователь 12 циклового синхронизатора (ФЦС), сумматор 13, устройство 14 цикловой синхронизации (УЦС), распределитель 15 группового сигнала (РГС), индивидуальные передающие блоки 16, индивидуальные приемные блоки 17, кодер 18 и декодер 19 группового сигнала, устройство 20 относительной фазовой манипуляции (УОФМ), устройство 21 относительной фазовой деманипуляции (УОФДМ), радиопередатчик (ПРД) 22, радиоприемник (ПРМ) 23, генератор 24 несущей частоты (ГНЧ), генератор 25 опорной частоты (ГОЧ), блок 26 управления (БУ), усилитель 27 мощности (УМ), устройство 28 слежения за задержкой псевдослучайной последовательности (УСЭ), устройство 29 для определения скорости передачи группового сигнала (УСП).

Устройство для определения скорости передачи цифровой информации (см. фиг. 2) содержит: схему 30 защиты от импульсных помех, дифференциатор 31, преобразователь 32 временного интервала в двоичный код, схему 33 управления, счетчик 34, триггер 35, регистры 36, 37, цифровой компаратор 38, накопитель 39, элемент ИЛИ-НЕ 40.

Синтезатор частот (см. фиг. 3) содержит триггер 41, элемент ИЛИ-НЕ 42, счетчик 43, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 44.

Устройство для относительной фазовой манипуляции (см. фиг, 4, а) содержит триггер 45, инвертор 46, триггер 47, сумматор 48 по модулю 2, преобразователь 49 уровня сигнала, усилитель 50.

Устройство для относительной фазовой деманипуляции (см. фиг. 4, б), содержит инвертор 51, триггеры 52, 53, сумматор 54 по модулю 2.

Распределитель группового сигнала (см. фиг. 5) содержит счетчик 55, ПЗУ 56, демультиплексоры 57 и 58.

Выход генератора 1 тактовых импульсов (см. фиг. 1) подключен ко входу синтезатора 5 частот и к тактовому входу ГПСП 3, соединенному синхронизирующим выходом с соответствующим входом СЧ 5. Выходы СЧ 5 подключены к информационным входам БП 7, управляющие входы которых объединены с управляющими входами ПД 9 и подключены к выходам БУ 26. Выход БП 7 соединен с тактовыми входами ПД 9 и кодера 18 группового сигнала, выход которого через последовательно соединенные УОФМ 20 и ПРД 22 подключен к УМ 27, а вход соединен с групповым информационным выходом ПД 9. Входы и выходы индивидуальных передающих блоков 16 соединены, соответственно, с информационными входами и выходами ПД 9. Выходы ГПСП 3 и ГНЧ 24 подключены к соответствующим входам ПРД 22.

Выход ГТИ 2 подключен к тактовым входам СЧ6, УСЗ 28, УСП 29. Выходы ГПСП 4 подключены, соответственно, ко входу ПРМ 23 и к синхронизирующему входу СЧ 6, соединенному выходами с информационными входами БП 8. Выход ГОЧ 25 соединен с опорным входом ПРМ 23, информационным выходом, подключенным через последовательно соединенные УОФДМ 21 и декодер 19 группового сигнала к информационному входу ПМ 10, корреляционный выход ПРМ 23 подключен через УСЗ 28 и ГПСП 4 к его тактовому входу. Информационный выход ПРМ 23 соединен со входом УСП 29, второй вход которого соединен с выходом наличия синхронизма МП 10, а выходы подключены к управляющим входам БП 8 и ПМ 10. Выход БПЗ соединен с тактовым входом декодера 19 группового сигнала и тактовым входом ПМ 10, информационные выходы которого подключены к соответствующим входам индивидуальных приемных блоков 17.

В устройстве для определения скорости передачи цифровой информации (см. фиг. 2) его вход через схему 30 защиты от импульсных помех соединен со входом дифференциатора 31, подключенного выходом ко входу преобразователя 32 временного интервала в двоичный код, кодовые выходы которого соединены со входами параллельной записи регистров 36 и 37 и с первой группой входов цифрового компаратора 38. Выходы цифрового компаратора 38 подключены к накопителю 39, соединенному первым выходом с тактовым входом регистра 37, а вторым выходом - со входом обнуления преобразователя 32 временного интервала в двоичный код. Выходы схемы 33 управления соединены, соответственно, с первым входом элемента 40 ИЛИ и со стробирующим входом накопителя 39, счетчик 34 включен между выходом дифференциатора 31 и входом сброса регистра 36. Тактовый вход триггера 35 соединен со входом дифференциатора 31, а выход подключен ко входу разрешения работы дифференциатора 31. Инверсный выход триггера 35 подключен к установочному входу преобразователя 32 временного интервала в двоичный код и к установочным входам счетчика 34, регистра 37, схемы 33 управления. Тактовый вход УСП соединен со входом преобразователя 32 временного интервала в двоичный код, схемой 33 управления.

Синтезатор частот (см. фиг. 3) содержит триггер 41, соединенный выходом через элемент ИЛИ-НЕ 42 с тактовым входом счетчика 43. Выходы счетчика 43 подключены к адресным входам ППЗУ 44, выходы которого соединены с информационными входами блока 7 переключения.

Многоканальная цифровая система передачи и приема информации работает следующим образом.

ГТИ 1 и 2 формируют последовательности тактовых импульсов, которые поступают на входы ГПСП 3 и 4 и на входы СЧ 5 и 6, соответственно. СЧ 5 и 6 формируют наборы последовательностей тактовых импульсов, соответствующих набору возможных скоростей передачи группового сигнала, значения которых устанавливаются кодом с выхода БУ 26 (представляющим собой в простейшем варианте набора переключателей, соединяющих выходы с лог. 0 или лог. 1). На выходе БП 7 присутствует частота последовательности тактовых импульсов, соответствующая выбранной скорости передачи, которая поступает на входы распределителя 11 импульсов блока 9. На управляющие входы распределителя тактовых импульсов поступает код, определяющий соотношения скоростей передачи информации индивидуальных передающих блоков 16. Таким образом, на передающей стороне имеется возможность задания не только скоростей передачи в каждом из временных каналов, но и возможность варьирования скоростей передачи группового сигнала.

Последовательности цифровых информационных сигналов поступают по соединительным линиям на информационные входы передающих индивидуальных блоков 16, в которых сигналы задерживаются на определенное время, и восстанавливается их форма. Сигналы со всех передающих индивидуальных блоков 16 поступают в передающий групповой блок 9, который обеспечивает их временное объединение, распределение по циклам и передачу на выход.

Сформированный информационный групповой сигнал поступает на вход кодера 12 группового сигнала (например, сверточного кода), на выходе которого образуется кодированная последовательность импульсов. Кодированный групповой сигнал подвергается относительной фазовой манипуляции в УОФМ 20 и там же суммируется по мод. 2 с коднесущей частотой. Это повышает помехоустойчивость цифрового потока и создает наиболее оптимальные условия для приема сигнала.

С выхода УОФМ 20 групповой сигнал поступает на вход радиопередатчика 22. В радиопередатчике 22 несущая частота, поступающая на ГНЧ 24, сначала модулируется групповым сигналом с выхода УОФМ 20, а затем модулируется ПСП с выхода ГПСП 3, что обеспечивает равномерное распределение сигнала в спектральной области и снижение плотности потока мощности. Промодулированный сигнал с выхода ПРД 22 устанавливается в УМ 27 и излучается (передается) по каналу связи.

Сигналом, соответствующим началу ПСП и поступающим с выхода ГПСП 3, синхронизируется работа синтезатора 5 частоты. За счет этого обеспечивается "привязка" начала импульса тактовой последовательности к началу ПСП, что позволяет при приеме сигнала синхронизировать работу СЧ 6 с работой СЧ 5 с точностью до задержки между синхросигналом с выхода ГПСП 3 и фронтом импульса выхода СЧ 5, которая в общем случае определяется задержкой срабатывания элементов и может составлять сравнительно малую величину.

Принятый сигнал двукратно демодулируется в ПРМ 23, причем с первого выхода ПРМ 23 поступает последовательность информационных импульсов, а на втором выходе ПРМ 23 присутствует сигнал, пропорциональный величине рассогласования по задержке между переданной ПСП и опорной, поступающей с выхода ГПСП 4, т. е. , пропорциональный величине корреляции двух ПСП. Ориентируясь по величине корреляции, УСЗ 28 автоматически устраняет рассогласование между принятой и опорной ПСП, используя принцип экстремального регулирования и поддерживая величину взаимной корреляции двух ПСП на максимальном уровне. Началом опорной ПСП, которое однозначно совпадает с началом принятой ПСП, синхронизируется работа СЧ 6, что, как уже отмечалось выше, позволяет синхронизировать тактовые сигналы приемной и передающей сторон.

Поступающий групповой сигнал с выхода ПРМ 23 подвергается относительной фазовой деманипуляции в УОФДМ 21 и декодированию в декодере 19 группового сигнала, после чего поступает на вход приемного группового блока 10. Кроме этого, сигнал с выхода ПРМ 23 поступает на информационный вход устройства 29 для определения скорости передачи группового сигнала. УСП 29 на своих выходах формирует двоичный код, соответствующий скорости передачи группового сигнала, который поступает на управляющие входы ПМ 10 и БП 8. На выходе БП 8 образуется последовательность тактовых импульсов, равная частоте передачи группового сигнала, которая поступает на тактовый вход ПМ 10.

В ПМ 10 УЦС 14 устанавливает и поддерживает цикловую синхронизацию. По сигналам синхронизации с выхода УЦС 14 РГС 15 распределяет входной поток цифровой информации по соответствующим каналам. К выходу одного из каналов РГС 15 подключено УППК.

В распределителе 11 группового сигнала (см. фиг. 5) происходят процессы, аналогичные работе синтезатора 5 частоты. Перераспределение группового сигнала здесь осуществляется в зависимости от кода управления, т. е. от области памяти используемого ППЗУ.

В многоканальной цифровой системе передачи и приема информации содержатся технические средства, обеспечивающие поддержание тактовой синхронизации при изменении частот задающих генераторов 1 и 2 от температуры или от старения элементов, а также при значительном удалении приемной части системы от передающей, что имеет место, например, при работе через спутник-ретранслятор. Априори известный вид ПСП и ее начала, а также синхронизация работы СЧ 5 и 6 и началом ПСП обеспечивают однозначное выделение начала импульса тактовой последовательности на приемной стороне, что позволяет синхронизировать работу СЧ 5 и 6 с точностью до разницы в задержках срабатывания дискретных элементов.

Таким образом, изобретение имеет следующие технико-экономические преимущества:
- повышенная точность передачи цифровой информации за счет обеспечения устойчивой тактовой синхронизации передающей и приемной частей системы;
- повышенная эффективность системы связи за счет исключения необходимости передачи дополнительной служебной информации в виде команд управления по каналу связи;
- расширен диапазон скоростей передачи группового сигнала, что позволяет адаптировать режим работы системы связи в зависимости от качества канала связи. В конечном счете такая адаптация приводит к повышению точности (качества) передаваемой информации, поскольку имеется возможность за счет изменения скорости передачи информации исключить влияние изменений качества канала связи;
- обеспечена возможность работы при значительном удалении приемной части от передающей, в том числе и через спутник-ретранслятор, что существенно повышает дальность работы системы связи при использовании частотных диапазонов, дающих хорошие результаты при работе в пределах прямой видимости.

Использование: в многоканальных цифровых системах передачи и приема информации. Сущность изобретения: устройство содержит первый, второй генераторы тактовых импульсов 1, 2, первый, второй генераторы псевдослучайной последовательности 3, 4, первый, второй синтезаторы частот 5, 6, первый, второй блоки переключения 7, 8, передающий блок 9, приемный блок 10, распределитель импульсов 11, формирователь циклового синхросигнала 12, сумматор 13, блок цикловой синхронизации 14, распределитель группового сигнала 15, индивидуальные передающие блоки 16, индивидуальные приемные блоки 17, кодер 18, декодер 19, блок относительной фазовой манипуляции 20, блок относительной фазовой демодуляции 21, передатчик 22, приемник 23, генератор несущей частоты 24, генератор опорной частоты 25, блок управления 26, усилитель 27, блок слежения за задержкой 28, блок определения скорости 29. 1-5-7-11-16-13-18-20-22-27, 23-21-19-15-17, 23-28-29-8, 26-7-11. 5 ил.

МНОГОКАНАЛЬНАЯ ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ, содержащая на передающей стороне индивидуальные передающие блоки, выходы которых подключены к входам блока уплотнения, первый генератор тактовых импульсов и блок управления, выход которого подключен к входу первого блока переключения, а на приемной стороне - блок разделения, выходы которого подключены к входам индивидуальных приемных блоков, второй генератор тактовых импульсов и второй блок переключения, отличающаяся тем, что, с целью повышения достоверности передачи информации и повышения коэффициента использования пропускной способности канала связи, на передающей стороне введены первый синтезатор частот, первый генератор псевдослучайной последовательности, генератор несущей частоты и последовательно соединенные кодер, блок относительной фазовой модуляции, передатчик и усилитель мощности, причем выход первого генератора тактовых импульсов подключен к первому входу первого синтезатора частот и входу первого генератора псевдослучайной последовательности, первый выход которого подключен к второму входу первого синтезатора частот, выходы которого подключены к тактовым входам первого блока переключения, первый из которых соединен с тактовым входом блока относительной фазовой манипуляции, выход первого блока переключения соединен с тактовыми входами блока управления и кодера, вход последнего из которых соединен с выходом блока уплотнения, вход которого соединен с выходом блока управления, а тактовые выходы подключены к тактовым входам индивидуальных передающих блоков, управляющие входы передатчика подключены к выходам генератора псевдослучайной последовательности и генератора несущей частоты, а на приемной стороне введены второй синтезатор частот, блок определения скорости группового сигнала, генератор опорной частоты, последовательно соединенные блок слежения за задержкой и второй генератор псевдослучайной последовательности и последовательно соединенные приемник, блок относительной фазовой демодуляции и декодер, выход которого подключен к информационному входу блока разделения, тактовый вход которого объединен с тактовым входом декодера и подключен к выходу второго блока переключения, тактовые входы которого соединены с выходами второго синтезатора частот, первый из которых подключен к тактовому входу блока относительной фазовой демодуляции, вход которого объединен с первым входом блока определения скорости группового сигнала, второй вход которого подключен к управляющему выходу блока разделения, управляющий вход которого объединен с управляющими входами второго блока переключения и приеника и подключен к выходу блока определения скорости группового сигнала, третий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, первым входом второго синтезатора частот и первым входом блока слежения за задержкой, второй вход которого соединен с вторым выходом приемника, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам генератора опорной частоты и второго генератора псевдослучайной последовательности, другой выход которого подключен к второму входу второго синтезатора частот.