УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 1998 года по МПК H04L27/32 

Изобретение относится к передаче дискретной информации и может быть использовано в радиоканалах для осуществления передачи информации при связи с движущимися объектами, а также в обратных дуплексных радиоканалах управления и пакетных радиосетях оперативно-командной связи в позиционных районах.

Известны системы радиосвязи с шумоподобными сигналами, например по авт. св. 651492, которые служат для передачи дискретной информации. Основным недостатком этой системы является низкая помехоустойчивость в условиях воздействия помех с сосредоточенным спектром, который обусловлен неоптимальностью алгоритма обработки сигнала по отношению к таким помехам.

Известно также широкополосная система связи с ШПС (см. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: РиС, 1985, с. 16, рис. 1.7), предназначенная для передачи дискретных сообщений. Т.к. в данное устройство входит согласованный фильтр, то с помощью этого устройства практически возможен только некогерентый прием ортогональных сигналов, что приводит к недостаточной помехоустойчивости информации, поскольку более высокая помехоустойчивость обеспечивается при когерентном приеме и использовании противоположных сигналов.

Кроме того, практическая реализация согласованного фильтра при больших базах сигнала представляет собой сложную техническую задачу.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является "Аппаратура для передачи дискретной информации" по авт. св. 300946 (прототип).

Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где введены следующие обозначения: 1 - генератор колебаний несущей и тактовой частоты (ГНТЧ); 2 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП); 3 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПП); 4 - устройство фазирования; 5, 6 - первый и второй умножители; 7 - фазовращатель на 90^o; 8 - фазовый манипулятор; 9 - схема сложения; 10, 11 - первый и второй умножители; 12 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП); 13 - генератор опорной псевдослучайной последовательности (ГОПП); 14 - устройство фазирования; 15 - устройство синхронизации; 16, 17 - первый и второй полосовые фильтры; 18 - фазовый детектор.

Устройство-прототип имеет следующие связи.

На передающей стороне - генератор несущей и тактовой частот - ГНТЧ 1 одним выходом соединен с первыми входами формирователя 2 ортогональной ПСП-ФОПП и генератора 3 псевдослучайной последовательности ГПП, вторые входы которых подключены к выходам блока фазирования 4, выходы ФОПП 2 и ГПП 3 соответственно через первый 5 и второй 6 умножители соединены со входами схемы сложения 9, второй выход ГНТИ 1 через фазовращатель 7 на 90^o соединен со вторым входом первого умножителя 5 и через фазовый манипулятор 8 - со вторым входом второго умножителя 6.

На приемной стороне - вход приемника соединен со входом синхронизатора 15 и входами первого 10 и второго 11 перемножителей, выход синхронизатора 15 соединен со входами ФОПП 12 и ГОПП 13, вторые входы которых соединены с выходами блока 14 фазирования, выходы первого 10 и второго 11 перемножителей соответственно через первый 16 и второй 17 полосовые фильтры подключены ко входам фазового детектора 18.

Работает устройство-прототип следующим образом. В передатчике ГНТЧ 1 формирует две частоты: тактовую - для ФОПП 2 и ГПП 3 и несущую частоту сигнала. Тактовая частота с выхода ГНТЧ 1 поступает на вход ФОПП 2 и ГПП 3, которые вырабатывают двоичные псевдослучайные последовательности - ПСП. Эти ПСП представляют собой совокупности биполярных импульсов постоянного тока одинаковой величины и длительности, которая определяется величиной тактовой частоты. Законы образования ПСП выбираются такими, чтобы обеспечить малую взаимную корреляцию между псевдослучайными последовательностями ФОПП 2 и ГПП 3 при любом фазовом сдвиге между ними (квазиортогональные двоичные ПСП). Это условие необходимо для их эффективного разделения и подавления эхо-сигналов в приемнике.

Устройство фазирования 4 устанавливает сдвиговые регистры ФОПП 2 и ГПП 3 в одинаковое начальное состояние, что обеспечивает связь по фазе их псевдослучайных последовательностей. Устройство фазирования 4 состоит из дешифраторов начальных состояний ФОПП 2 и ГПП 3 и импульсной схемы фазирования, которая обеспечивает совмещение их начальных состояний по фазе. Двоичная ПСП с выхода ФОПП 2 поступает на умножитель 5. На второй вход умножителя 5 через фазовращатель на 90^o с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты, которая в умножителе 5 умножается на двоичную ПСП. В результате на выходе умножителя 5 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180^o по закону двоичной ПСП.

Двоичная ПСП с выхода ГПП 3 поступает на умножитель 6, на второй вход которого через фазовый манипулятор с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты. На выходе умножителя 6 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180^o по закону двоичной ПСП. В зависимости от знака передаваемой информации фазовый манипулятор 8 осуществляет поворот фазы несущей частоты сигнала на выходе умножителя 6 относительно несущей частоты сигнала на выходе умножителя 5 на 0 или 180^o. Таким образом, в зависимости от знака передаваемой информации несущие частоты этих сигналов сдвинуты между собой по фазе. С выходов умножителей 5 и 6 сигналы поступают на схему сложения 9, которая образует выходной сигнал передатчика, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 0, 90, 180 и 270^o, причем моменты манипуляции и порядок следования этих величин фаз определяется соотношением знаков элементов двоичных ПСП ФОПП 2 и ГПП 3 и передаваемой разностью фаз.

Со схемы сложения 9 сигнал поступает в высокочастотный передатчик и излучается в эфир.

Принимаемый сигнал с выхода высокочастотного приемника поступает на умножители 10 и 11, аналогичные умножителям 5 и 6 передатчика. В умножителе 10 принимаемый сигнал умножается на двоичную ПСП, которую вырабатывает ФОПП 12, аналогичный ФОПП 2 передатчика. Сигнал с выхода умножителя 10 поступает на полосовой фильтр 16, который выделяет колебание несущей частоты сигнала. В умножителе 11 принимаемый сигнал умножителя на двоичную ПСП, которую формирует ГОПП 13, аналогичный ГПП 3 передатчика. Сигнал с выхода умножителя 11 поступает на полосовой фильтр 17, который выделяет манипулированное по фазе колебание несущей частоты сигнала. Устройство фазирования 14, аналогичное устройству фазирования 4 передатчика, обеспечивает связь на фазе выходных последовательностей ФОПП 12 и ГОПП 13, соответствующую связи по фазе последовательностей ФОПП 2 и ГПП 3 передатчика. Двоичные ПСП, вырабатываемые генераторами в приемнике, синхронизируются с двоичными ПСП принимаемого сигнала с помощью устройства синхронизации 15. В качестве устройства синхронизации 15 могут быть использованы известные устройства синхронизации, обеспечивающие синхронизм местных сигналов приемника с одним из сильнейших лучей принимаемого многолучевого сигнала на основе анализа функции взаимной корреляции принимаемого и местных сигналов. Как известно, при использовании широкополосных сигналов при этом может быть обеспечено эффективное подавление мешающих лучей либо сложение нескольких выделенных наиболее сильных лучей, а также подавление сосредоточенных помех.

Колебания несущей частоты с выходов полосовых фильтров 16 и 17 поступают на фазовый детектор 18, который измеряет информационную разность фаз между ними.

При отсутствии нестабильности несущей частоты вместо полосовых фильтров 16 и 17 можно использовать кинематические фильтры с полосой пропускания, равной эффективной ширине спектра сообщения. Нестабильность несущей частоты требует расширения полосы пропускания фильтров. При этом вместо кинематических фильтров необходимо использовать полосовые фильтры, ширина полосы пропускания которых выбирается равной эффективной ширине спектра сообщения с запасом на нестабильность несущей частоты.

Недостатком устройства-прототипа являются ограниченные возможности для передачи и приема всевозрастающего объема информации, т.к. в данном устройстве используются два ортогональных канала, но информация передается только по одному из них, а второй используется исключительно для поиска и синхронизации сигнала.

Вместе с тем во многих случаях имеется необходимость в передаче помимо основной информации дополнительной служебной, т.е. в организации специального канала передачи служебной информации. А как известно в настоящее время диапазон радиочастот, начиная от самых низких - ОНЧ и кончая самыми высокими СВЧ, весьма перегружен. Поэтому задача выделения какого-либо участка диапазона радиочастот становится все более проблематичной.

Предлагаемое устройство позволяет осуществить передачу помимо основной еще и двух дополнительных служебных информаций, используя тот же основной радиоканал. Это достигается тем, что в устройство, содержащее на передающей стороне генератора колебаний несущей и тактовой частот (ГНТЧ), один из входов которого через фазовращатель на 90^o соединен с одним из выходов первого умножителя, второй вход которого соединен с выходом формирователя ортогональной ПСП, а через фазовый манипулятор с одним из входов второго умножителя, второй вход которого соединен с выходом генератора ПСП, второй выход ГНТЧ соединен со входами ФОПП и ГПП, вторые входы которых соединены с выходами блока фазирования и схемы сложения, на приемной стороне - синхронизатор, выход которого соединен со входами ФОПП и ГОПП, вторые входы которых соединены с выходами устройства фазирования, а вход синхронизатора соединен со входами первого и второго умножителей, вторые входы которых подключены соответственно к выходам ФОПП и ГОПП, а выходы первого и второго умножителей соединены соответственно со входами первого и второго полосовых фильтров, выходы этих фильтров подключены ко входам фазового детектора, введены на передающей стороне первый и второй амплитудные модуляторы, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго умножителей, а выходы соединены со входам схемы сложения, на приемной стороне - амплитудный ограничитель, соединенный выходом со входом синхронизатора, последовательно соединенные четвертый умножитель, элемент задержки, пятый умножитель и второй синхронный детектор, опорный вход которого через фазовращатеь на 90^o соединен с выходом первого умножителя и с опорным входом первого синхронного детектора, сигнальный вход которого через третий умножитель соединен со входами амплитудного ограничителя и четвертого умножителя.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения: 1-18 - означает то же, что и в устройстве-прототипе; 19, 20 - первый и второй амплитудные модуляторы; 21 - амплитудный ограничитель; 22 - фазовращатель на 90^o; 23, 25, 27 - третий, четвертый и пятый умножители; 24, 28 - первый и второй синхронные детекторы; 26 - элемент задержки.

Предлагаемое устройство имеет следующие связи.

На передающей стороне - ГНТЧ 1 первым выходом через фазовращатель 7 на 90^o соединен с одним из входов первого умножителя 5, а через фазовый манипулятор 8 - с одним из входов второго умножителя 6, второй выход ГНТЧ 1 через ФОПП 2 соединен со вторым входом первого умножителя 5, а через ГПП 3 - со вторым входом второго умножителя 6, вторые входы ФОПП 2 и ГПП 3 соединены с выходами устройства фазирования 4, а выходы первого 5 и второго 6 умножителей соответственно через первый 19 и второй 20 амплитудные модуляторы подключены ко входам схемы сложения 9, на приемной стороне - амплитудный ограничитель 21, выход которого соединен со входами первого 10 и второго 11 умножителей, вторые входы которых соединены соответственно с выходами ФОПП 12 и ГПП 13, входы которых подключены к выходам устройства фазирования 14, а вторые входы ФОПП 12 и ГПП 13 соединены между собой и через синхронизатор 16 с выходом амплитудного ограничителя 21, выходы первого 10 и второго 11 умножителей соответственно через первый 16 и второй 17 полосовые фильтры подключены ко входам фазового детектора 18, последовательно соединенные четвертый умножитель 25, элемент задержки 26, пятый умножитель 27 и второй синхронный детектор 28, второй вход которого через фазовращатель на 90^o 22 подключен к выходу первого 10 умножителя и входу первого синхронного детектора 24, второй вход которого через третий 23 умножитель соединен со входами амплитудного ограничителя 21 и четвертого 25 умножителя, второй вход которого соединен с выходами ГПП 13, а второй вход третьего 23 умножителя соединен с выходом ФОПП 12 и второй вход пятого 27 умножителя соединен с выходом фазового детектора 18.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. В передатчике ГНТЧ 1 формирует две частоты: тактовую для ФОПП 2 и ГПП 3 и несущую частоту сигнала. Тактовая частота поступает на вход ФОПП 2 и ГПП 3, которые вырабатывают двоичные псевдослучайные последовательности - ПСП. Эти последовательности представляют собой совокупности биполярных импульсов постоянного тока одинаковой величины и длительности, которая определяется величиной тактовой частоты. Законы образования ПСП выбираются такими, чтобы обеспечить малую взаимную корреляцию между ПСП ФОПП 2 и ГПП 3 при любом фазовом сдвиге, между ними (квазиортогональные двоичные ПСП). Это условие необходимо для их эффективного разделения и подавления эхо-сигнала в приемнике.

Устройство фазирования 4 устанавливает сдвиговые регистры ФОПП 2 и ГПП 3 в одинаковое начальное состояние, что обеспечивает связь по фазе их ПСП.

Устройство фазирования 4 состоит из дешифраторов начальных состояний ФОПП 2 и ГПП 3 и импульсной схемы фазирования, которая обеспечивает совмещение их начальных состояний по фазе. Двоичная ПСП с выхода ФОПП 2 поступает на умножитель 5. На второй вход умножителя 5 через фазовращатель на 90^o 7 с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты, которое в умножителе 5 умножается на двоичную ПСП. В результате на выходе умножителя 5 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180^o по закону двоичной ПСП. Двоичная ПСП с выхода ГПП 3 поступает на умножитель 6, на второй вход которого через фазовый манипулятор с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты. На выходе умножителя 6 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180^o по закону двоичной ПСП. В зависимости от знака передаваемой информации ИНФ. 1. фазовый манипулятор 8 осуществляет поворот фазы несущей частоты сигнала на выходе умножителя относительно несущей частоты сигнала на выходе умножителя 5 на 0 или 180^o. Таким образом, в зависимости от знака передаваемой информации несущие частоты этих сигналов сдвинуты между собой по фазе.

С выходов умножителей 5 и 6 сигналы поступают на входы амплитудных модуляторов 19 и 20 соответственно, на вторые входы которых подается дополнительная информация ИНФ. 2 и ИНФ. 3, которая может использоваться как служебная или для других каких-либо целей. В амплитудных модуляторах 19 и 20 происходит изменение амплитуды колебаний несущей частоты по закону дополнительных информаций ИНФ. 2 и ИНФ.3 соответственно. С выходов амплитудных модуляторов 19 и 20 сигналы поступают на схему сложения 9, которая образует выходной сигнал передатчика, представляющий собой колебание несущей, промодулированное по амплитуде и манипулированное по фазе на 0, 90, 180 и 270^o, причем моменты манипуляции и порядок следования этих фаз определяется соотношением знаков элементов двоичных ПСП ФОПП 2 и ГПП 3 и передаваемой разностью фаз. Со схемы сложения 9 сигнал поступает в высокочастотный передатчик и излучается в эфир.

Принимаемый сигнал с выхода высокочастотного приемника поступает на амплитудный ограничитель 21, где путем ограничения снимается амплитудная модуляция. С выхода амплитудного ограничителя 21 ограниченный по амплитуде сигнал поступает на умножители 10, 11, аналогичные умножителям 5 и 6 передатчика. В умножителе 10 принимаемый сигнал умножается на двоичную ПСП, которую вырабатывает ФОПП 12, аналогичный ФОПП 2 передатчика. Сигнал с выхода умножителя 10 поступает на полосовой фильтр 16, который выделяет колебание несущей частоты сигнала. В умножителе 11 принимаемый сигнал умножается на двоичную ПСП, которую формирует ГОПП 13, аналогичный ГПП 3 передатчика. Сигнал с выхода умножителя 11 поступает на полосовой фильтр 17, который выделяет манипулированное по фазе колебание несущей частоты сигнала. Устройство фазирования 14, аналогичное устройству фазирования 4 передатчика, обеспечивает связь по фазе выходных последовательностей ФОПП 12 и ГОПП 13, соответствующую связи по фазе последовательностей ФОПП 2 и ГПП 3 передатчика. Двоичные ПСП, вырабатываемые генераторами в приемнике, синхронизируются с двоичными ПСП принимаемого сигнала с помощью устройства синхронизации 15. В качестве устройства синхронизации 15 могут быть использованы известные устройства синхронизации, обеспечивающие синхронизм местных сигналов приемника с одним из сильнейших лучей принимаемого многолучевого сигнала на основе анализа функции взаимной корреляции принимаемого и местных сигналов.

Как известно, при использовании широкополосных сигналов при этом может быть обеспечено эффективное подавление мешающих лучей либо сложение нескольких выделенных наиболее сильных лучей, а также подавление сосредоточенных помех.

Колебания несущей частоты с выходов полосовых фильтров 16 и 17 поступают на фазовый детектор 18, который измеряет информационную разность фаз между ними.

При отсутствии нестабильности несущей частоты вместо полосовых фильтров 16 и 17 можно использовать кинематические фильтры с полосой пропускания, равной эффективной ширине спектра сообщения. Нестабильность несущей частоты требует расширения полосы пропускания фильтров. При этом вместо кинематических фильтров необходимо использовать полосовые фильтры, ширина полосы пропускания которых выбирается равной эффективной ширине спектра сообщения с запасом на нестабильность несущей частоты.

Помехоустойчивость данной системы связи для информации ИНФ.1, как и в устройстве-прототипе определяется не полосой частот сигнала на входе приемника, а шириной полосы пропускания фильтров 16 и 17, т.е. соответствует не автокорреляционному приему, а приближается к помехоустойчивости взаимно-корреляционного оптимального некогерентного приема.

Принимаемый сигнал с выхода высокочастотного приемника, кроме того, поступает на входы третьего 23 и четвертого 25 умножителей, на вторые входы которых подаются двоичные ПСП, вырабатываемые соответственно ФОПП 12 и ГПП 13. На выходе умножителя 23, таким образом, выделятся колебания несущей частоты, промодулированные по амплитуде информационным сигналом ИНФ. 2, которые затем поступают на сигнальный вход первого 24 синхронного детектора, на опорный вход которого подается сигнал несущей частоты с выхода умножителя 10. На выходе первого 24 синхронного детектора выделится сигнал первой дополнительной информации ИНФ.2.

В умножителе 25 принятый сигнал умножается на двоичную ПСП, которую вырабатывает ГОПП 13 и с выхода этого умножителя через элемент задержки 26, который необходим, чтобы скомпенсировать временную задержку сигнала в полосовых фильтрах 16 и 17, подается на вход умножителя 27, на второй вход которого поступает информационный сигнал с выхода фазового детектора. На выходе умножителя 27, таким образом, будут наблюдаться колебания несущей частоты, модулированные по амплитуде информационным сигналом ИНФ.3, которые подаются на сигнальный вход синхронного детектора 28. На опорный вход синхронного детектора 28 подаются колебания несущей частоты с выхода умножителя 10 и повернутые по фазе на 90^o в фазовращателе 22. На выходе синхронного детектора, т.о., выделится ИНФ.3.

Таким образом, если в устройстве-прототипе при использовании двух ортогональных каналов передается только одна основная информация, то в предлагаемом устройстве при использовании тех же двух ортогональных каналов передаются помимо основной еще и две дополнительные информации, которые могут быть использованы как служебные или для других каких-либо целей. Это позволяет во многих случаях отказаться от организации специального канала передачи служебной информации.

Использование: в области передачи дискретной информации и может быть использовано в радиоканалах для осуществления передачи информации при связи с движущимися объектами, а также в обратных дуплексных радиоканалах управления и пакетных радиосетях оперативно-командной связи в позиционных районах. Сущность изобретения: устройство для передачи и приема дискретной информации содержит генератор 1 колебаний несущей и тактовой частот, формирователь 2 ортогональной псевдослучайной последовательности, генератор 3 псевдослучайной последовательности, блок фазирования 4, первый и второй умножители 5, 6, фазовращатель 7 на 90^o, фазовый манипулятор 8, сумматор 9, первый и второй умножители 10, 11, формирователь 12 ортогональной псевдослучайной последовательности, генератор 13 опорной псевдослучайной последовательности, блок фазирования 14, синхронизатор 15, первый и второй полосовые фильтры 16 и 17, фазовый детектор 18, первый и второй амплитудные модуляторы 19 и 20, амплитудный ограничитель 21, фазовращатель 22 на 90^o, третий, четвертый и пятый умножители 23, 25 и 27, первый и второй синхронные детекторы 24 и 28 и элемент задержки. 2 ил.

Устройство для передачи и приема дискретной информации, содержащее на передающей стороне генератор колебаний несущей и тактовой частот, один из выходов которого через фазовращатель на 90^o соединен с первым входом первого умножителя, а через фазовый манипулятор - с первым входом второго умножителя, другой выход генератора колебаний несущей и тактовой частот соединен через формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ОПСП) с вторым входом первого умножителя, а через генератор псевдослучайной последовательности (ПСП) - с вторым входом второго умножителя, причем другие входы формирователя ОПСП и генератора ПСП соединены с соответствующими выходами блока фазирования, а также сумматор, а на приемной стороне - синхронизатор, вход которого соединен с первыми входами первого и второго умножителей, а выход через формирователь ОПСП - с вторым входом первого умножителя, а через генератор ПСП - с вторым входом второго умножителя, выход которого и выход первого умножителя через соответствующие полосовые фильтры соединены с входами фазового детектора, причем другие входы формирователя ОПСП и генератора ПСП соединены с соответствующими входами блока фазирования, отличающееся тем, что в него на передающей стороне первый и второй амплитудные модуляторы, первый из которых включен между выходом первого умножителя и первым входом сумматора, а второй - между выходом второго умножителя и вторым входом сумматора, причем другие входы первого и второго амплитудных модуляторов являются соответственно входами первой и второй дополнительных информаций, а на приемной стороне введены последовательно соединенные третий умножитель и первый синхронный детектор, последовательно соединенные четвертый умножитель, элемент задержки, пятый умножитель и второй синхронный детектор, к опорному входу которого подключен фазовращатель на 90^o, а также ограничитель, вход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого умножителей, а выход - с входом синхронизатора, выход формирователя ОПСП соединен с вторым входом третьего умножителя, выход генератора ПСП - с вторым входом четвертого умножителя, а выход первого умножителя - с опорным входом первого синхронного детектора и с входом фазовращателя на 90^o, причем выходы первого и второго синхронных детекторов являются выходами первой и второй дополнительных информаций.