СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ Российский патент 2001 года по МПК H04B7/00 

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в радиорелейных и космических линиях связи.

Известна система связи, содержащая на передающей стороне источники информации, канальные модуляторы, сумматор, передатчик, синхроблок, генератор последовательностей, коммутаторы, на приемной стороне - приемник, блоки оптимальной обработки, формирователи символов, блоки регистраторов, коммутатор, сумматоры, накопители, блок вычитания, синхроблок, формирователь синхроимпульсов (см. авторское свидетельство СССР N 1622949, кл. H 04 В 7/00, 1989).

Однако эта система связи использует ортогональные сигналы без учета их автокорреляционных функций, что приводит к низкой помехоустойчивости всей системы радиосвязи.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является система радиосвязи, содержащая на передающей стороне коммутатор, преобразователь "аналог-цифра", генератор модифицированного кода Рида-Мюллера, модулятор-передатчик, передающую антенну, причем входы коммутатора являются информационными входами системы радиосвязи, выход коммутатора подключен к входу преобразователя "аналог-цифра", выходы которого соединены с входами генератора модифицированного кода Рида-Мюллера, выход которого подключен к входу модулятора-передатчика, выход модулятора-передатчика соединен с входом передающей антенны, а на приемной стороне - приемную антенну, приемник, линию задержки, декодирующую матрицу, синхронный генератор, детектор максимального сигнала, матрицу цифрового преобразования, аппаратуру индикации и регистрации, причем выход приемной антенны подключен к входу приемника, выход которого соединен с входом линии задержки, информационные выходы линии задержки соединены с входами декодирующей матрицы, выходы которой подключены к информационным входам детектора максимального сигнала, синхронный вход которого соединен с выходом синхронного генератора, вход которого соединен с тактовым выходом линии задержки, выходы детектора максимального сигнала подключены к входам матрицы цифрового преобразования, выходы которой соединены с входами аппаратуры индикации и регистрации (см. Передача цифровой информации. Пер. с англ. М.Н. Аронэ, Б.Н. Курочкина и А.В. Татаринова. Под ред. С.И. Самойленко. - М.: Издательство иностранной литературы, 1963, с. 189).

Однако в этой системе радиосвязи используются ортогональные сигналы, описываемые последовательностями модифицированного кода Рида-Мюллера, а они обладают недостаточно высокой помехоустойчивостью, поскольку имеют плохие корреляционные свойства, так как амплитуды боковых пиков автокорреляционных функций этих сигналов лишь незначительно меньше амплитуды центрального пика.

1. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости системы радиосвязи путем улучшения корреляционных свойств сигналов-переносчиков информации посредством уменьшения амплитуды боковых пиков автокорреляционных функций этих сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в известную систему радиосвязи, содержащую на передающей стороне коммутатор, преобразователь "аналог-цифра", генератор модифицированного кода Рида-Мюллера, модулятор-передатчик, передающую антенну, причем входы коммутатора являются информационными входами системы радиосвязи, выход коммутатора подключен к входу преобразователя "аналог-цифра", выходы которого соединены с входами генератора модифицированного кода Рида-Мюллера, выход модулятора-передатчика соединен с входом передающей антенны, а на приемной стороне - приемную антенну, приемник, линию задержки, декодирующую матрицу, синхронный генератор, детектор максимального сигнала, матрицу цифрового преобразования, аппаратуру индикации и регистрации, причем выход приемной антенны подключен к входу приемника, выход которого соединен с входом линии задержки, информационные выходы линии задержки соединены с входами декодирующей матрицы, выходы которой подключены к информационным входам детектора максимального сигнала, синхронный вход которого соединен с выходом синхронного генератора, вход которого соединен с тактовым выходом линии задержки, выходы детектора максимального сигнала подключены к входам матрицы цифрового преобразования, выходы которой соединены с входами аппаратуры индикации и регистрации, введены четырехразрядный счетчик, два двухвходовых элемента И, сумматор, сумматор по модулю два, трехвходовый элемент И и управляемый инвертор, причем тактовый выход генератора модифицированного кода Рида-Мюллера подключен к счетному входу счетчика, прямой выход первого разряда счетчика подключен к первому входу первого двухвходового элемента И и к первому входу трехвходового элемента И, прямой выход второго разряда счетчика подключен к второму входу трехвходового элемента И, прямой выход третьего разряда счетчика подключен к первому входу второго двухвходового элемента И и к третьему входу трехвходового элемента И, прямой выход четвертого разряда счетчика подключен к второму входу первого двухвходового элемента И, инверсный выход четвертого разряда счетчика подключен ко второму входу второго двухвходового элемента И, выходы двухвходовых элементов И соединены с входами сумматора, выход которого подключен к первому входу сумматора по модулю два, второй вход которого соединен с выходом трехвходового элемента И, выход сумматора по модулю два подключен к управляющему входу управляемого инвертора, информационный вход которого соединен с информационным выходом генератора модифицированного кода Рида-Мюллера, выход управляемого инвертора подключен к входу модулятора-передатчика.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы радиосвязи, на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования в предлагаемой системе радиосвязи сигнала S (10, θ), на фиг. 3 - временные диаграммы сигналов прототипа, на фиг. 4 - автокорреляционные функции сигналов, используемых в прототипе, на фиг. 5 - временные диаграммы сигналов предлагаемой системы радиосвязи, на фиг. 6 - автокорреляционные функции сигналов, используемых в предлагаемой системе радиосвязи.

Система радиосвязи содержит на передающей стороне коммутатор 1, преобразователь 2 "аналог-цифра", генератор 3 модифицированного кода Рида-Мюллера, четырехразрядный счетчик 4, первый двухвходовый элемент И 5, второй двухвходовый элемент И 6, сумматор 7, сумматор 8 по модулю два, трехвходовый элемент И 9, управляемый инвертор 10, модулятор-передатчик 11, а на приемной стороне - приемник 12, линию 13 задержки, синхронный генератор 14, декодирующую матрицу 15, детектор 16 максимального сигнала, матрицу 17 цифрового преобразования, аппаратуру 18 индикации и регистрации.

Система радиосвязи работает следующем образом. Информация в аналоговом виде подается на информационные входы коммутатора 1, осуществляющего подключение соответствующего входа к своему выходу, посредством чего выходное напряжение коммутатора подводится к аналого-цифровому преобразователю 2. Информация с выходов преобразователя 2, определяемая пятью двоичными символами, которые появляются параллельно в виде сигналов "0" и "1", подается на входы генератора 3 модифицированного кода Рида-Мюллера. В соответствии со значением двоичных символов пятиразрядной группы, поступающей на входы генератора 3, на его выходе формируется один из сигналов, описываемых последовательностью модифицированного кода Рида-Мюллера.

С тактового выхода генератора 3 модифицированного кода Рида-Мюллера на счетный вход счетчика 4 поступает последовательность тактовых импульсов (фиг. 2а), определяющих длительность сигналов, описываемых последовательностями модифицированного кода Рида-Мюллера, формируемых генератором 3. На разрядных выходах счетчика 4 формируются последовательности импульсов соответствующей длительности и частоты. Последовательность импульсов с прямого выхода первого разряда счетчика 4 (фиг. 2б) поступает на первый вход первого элемента И 5, на второй вход которого подается сигнал с прямого выхода четвертого разряда счетчика 4 (фиг. 2д). Последовательность импульсов с прямого выхода третьего разряда счетчика 4 (фиг. 2г) поступает на первый вход второго элемента И 6, на второй вход которого подается сигнал с инверсного выхода четвертого разряда счетчика 4 (фиг. 2е). В результате в течение первого полупериода формирования последовательности модифицированного кода Рида-Мюллера генератором 3 на выходе сумматора 7 формируется последовательность импульсов, поступающих с выхода элемента И 6 (фиг. 2ж), а в течение второго полупериода - последовательность импульсов, поступающих с выхода элемента И 5 (фиг. 2з). Сигнал с выхода сумматора 7 (фиг. 2и) подается на первый вход сумматора 8 по модулю два. На второй вход сумматора 8 по модулю два на восьмом и шестнадцатом тактах работы генератора 3 поступают символы "1" (фиг. 2й), поскольку в эти моменты времени на всех трех входах элемента И 9 присутствуют символы "1" с выходов первого, второго и третьего разрядов счетчика 4.

В результате на выходе сумматора 8 по модулю два появляется сигнал (фиг. 2ж), поступающий на управляющий вход управляемого инвертора 10. Управляющий инвертор 10 при поступлении на его управляющий вход "О" формирует на своем выходе сигнал, не отличающийся от поступающего на его информационный вход. При поступлении на его управляющий вход "1" сигнал на выходе инвертируется (схемы управляемых инверторов см. Основы дискретной техники АСУ и связи. Под общей редакцией Гриненко Г.Ф. -Л.: ВИКИ, 1980).

Таким образом, на выходе управляемого инвертора 10 формируются сигналы S(i, θ) (фиг. 2м), форма которых отличается от сигналов, описываемых последовательностями модифицированного кода Рида-Мюллера R(i, θ) (фиг. 2л). Сигналы R(i, θ ) осуществляют фазовую модуляцию несущей в модуляторе-переносчике. При этом индекс модуляции выбирается так, чтобы мощность несущей в передаваемом сигнале составляла малую долю всей передаваемой мощности (см. Передача цифровой информации. Пер. с англ. М.Н. Аронэ, Б.Н. Курочкина и А.Б. Татаринова. Под ред. С.И. Самойленко. -М.: Издательство иностранной литературы, 1963, с. 193).

Принятый сигнал поступает на вход приемника 12, осуществляющего слежение за фазой несущей частоты приходящего сигнала. Огибающая сигналы с выхода приемника 12 поступает на вход линии 13 задержки, выходы которой подключены к входам декодирующей матрицы 15. Совокупность линии 13 задержки и декодирующей матрицы 15 представляет собой набор согласованных фильтров (фильтры согласованы с аналогами, формируемыми на выходе управляемого инвертора 10. Выходы матрицы 15 подключены к входам детектора 16 максимального сигнала, выявляющего наиболее вероятный передающий сигнал. Детектор 16 создает напряжение на своем выходе, соответствующем согласованному фильтру, в котором обнаружено максимальное напряжение. Синхронизацией отсчетов, осуществляемых детектором 16 максимального сигнала, управляет синхронный генератор 14. Матрица 17 цифрового преобразования осуществляет преобразование номера выхода детектора 16, соответствующего номеру его входа, на котором обнаружено максимальное напряжение, в пять двоичных символов, которые появляются параллельно в виде сигналов "0" и "1" на выходах матрицы 17. Эта пятиразрядная комбинация совпадает с комбинацией, поданной на информационные входы генератора 3 последовательностей модифицированного кода Рида-Мюллера на передающей стороне. Далее сигналы с выходов матрицы цифрового преобразования подаются на входы аппаратуры индикации и регистрации, преобразующей цифровые сигналы в аналоговый вид (см. Передача цифровой информации. Пер. с англ. М.Н. Ароне, Б. Н. Курочкина и А. Б. Татаринова. Под ред. С.И. Самойленко. -М.: Издательство иностранной литературы, 1963, с. 193).

На фиг. 2 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования в предлагаемой системе радиосвязи сигнала S(10, θ). На диаграммах показано временное состояние:
а) тактового выхода генератора 3 модифицированного кода Рида-Мюллера;
б) прямого выхода первого разряда счетчика 4;
в) прямого выхода второго разряда счетчика 4:
г) прямого выхода третьего разряда счетчика 4;
д) прямого выхода четвертого разряда счетчика 4;
е) инверсного выхода четвертого разряда сигнала 4;
ж) выхода второго двухвходового элемента И 5;
з) выхода первого двухвходового элемента И 6;
и) выхода сумматора 7;
й) выхода трехвходового элемента И 9;
к) выхода сумматора 8 по модулю два;
л) информационного выхода генератора 3 модифицированного кода Рида-Мюллера, на котором формируется сигнал R(10, θ);
м) выхода управляемого инвертора 10, на котором формируется сигнал S (10, θ).

Известно, что условием высокой помехоустойчивости системы связи, использующей сложные сигналы, является надежная синхронизация передающей и приемной частей (см. Диксон Р.К. Широкополосные системы. - М.: Связь, 1979).

Для установления надежной синхронизации передающей и приемной частей необходимо использовать сигналы, имеющие малые боковые пики функций автокорреляции. Такие сигналы называются сигналами с хорошими корреляционными свойствами (см. Варакин Л.Е. "Обнаружение сложных сигналов и измерение их параметров. Радиотехника и электроника, N 8, 1973, с. 1591-1597).

Действительно, в системах радиосвязи рассматриваемого типа для обеспечения возможности синхронизации используется совокупность специальных кодовых комбинаций, обладающих специфической функцией автокорреляции, позволяющей определить моменты синхронизации (см. Передача цифровой информации. Пер. с англ. М. Н. Аронэ, Б. П. Татаринова. Под ред. С. И. Самойленко. - М.: Издательство иностранной литературы, 1963, с. 190, абзац 2 сверху).

Известно, что автокорреляционная функция сигнала определяется выражением:

где где τ - величина временного сдвига сигнала.

Из выражения (1) видно, что R (i) характеризует степень связи (корреляции) сигнала с его копией, сдвинутой на величину τ по оси времени.

Ясно, что функция R(i) достигает максимума при τ= 0, так как любой сигнал полностью коррелирован с самим собой. При этом:

т. е. максимальное значение автокорреляционной функции равно энергии сигнала (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Советское радио, 1971, с.68).

Для случая сигналов, пронормированных по энергии с учетом Е=1, автокорреляционная функция ФМ ШЛО состоит из центрального пика с амплитудой 1, размещенной на интервале (-τ_0,τ₀), и боковых пиков, распределенных на интервалах (-T,-τ₀) и (τ₀,T) Амплитуды боковых пиков принимают различные значения, но у сигналов с хорошими корреляционными свойствами они малы, т.е. существенно меньше амплитуды центрального пика, равной 1 (см. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, с.30).

Значения боковых пиков функции автокорреляции, которые обычно меньше основного, зависят от реально используемой кодовой последовательности (в нашем случае сигнала-переносчика) и являются следствием частичной корреляции кодовой последовательности с той же кодовой последовательностью, сдвинутой во времени. При возникновении таких боковых пиков функции корреляции способность приемника системы к установлению надежной синхронизации ухудшается, так как в этом случае он должен различать основной и максимальный боковой пики функции корреляции (см. Диксон Р.К. Широкополосные системы. - М.: Связь, 1979, с.67).

Функция автокорреляции представляет наибольший интерес при выборе последовательностей для получения наименьшей вероятности установления ложной синхронизации (см. Диксон Р.К. Широкополосные системы. - М.: Связь, 1979, с. 64).

Корреляционные свойства кодовой последовательности характеризуют показатель различимости (ПР), определяемый как разность значений функции автокорреляции, соответствующих основному и максимальному боковому пикам. Очевидно, чем больше ПР, тем лучше кодовая последовательность (см. Диксон Р.К. Широкополосные системы. -М. : Связь, 1979 г., с. 65, а также с. 66, рис. 3.11).

Последовательности модифицированного кода Рида-Мюллера, используемые в прототипе, имеют малые показатели различимости. Для получения сигналов, имеющих большие показатели различимости, в предлагаемой системе радиосвязи осуществляется изменение формы последовательностей модифицированного кода Рида-Мюллера посредством использования для инвертирования их определенных элементов сигнала, формируемого на выходе сумматора 8 по модулю два.

Получаемые при этом сигналы обладают улучшенными корреляционными свойствами.

Для сигналов, используемых в прототипе (последовательностей модифицированного кода Рида-Мюллера), и сигналов, используемых в предлагаемой системе радиосвязи, пронормированных по энергии с учетом Е=1, были рассчитаны автокорреляционные Функции и показатели различимости. Результаты расчетов представлены в таблице.

В предлагаемой системе радиосвязи показатель различимости больше, чем в прототипе на 37,5% (как видно из таблицы), что приводит к повышению ее помехоустойчивости, поскольку для повышения помехоустойчивости необходимо обеспечить заданную вероятность вхождения в правильный синхронизм или заданную вероятность правильного обнаружения сигнала (см. Варакин Л.Е. "Обнаружение сложных сигналов и измерение их параметров". Радиотехника и электроника. N 8, 1973, с. 1591-1597). Наличие больших по величине пиков автокорреляционной функции оказывает влияние на уменьшение вероятности правильного обнаружения сигнала Р_прав. В отмеченной статье указывается, что боковой пик Р_макс практически не оказывает влияния на Р_прав, если:

(см. с. 1594, соотношение (10)),
- отношение сигнал-шум
(см. с. 1592, соотношение (1)).

R_макс для сигналов, формируемых прототипом, имеет значение 0,5, а для сигналов, формируемых предлагаемой системой радиосвязи, - 0,3125 (см. таблицу).

Из соотношения (3) следует, что для обеспечения одинаковой Р_прав для прототипа и предлагаемой системы радиосвязи необходимо обеспечить отношение сигнал-шум в прототипе q > 12, а в предлагаемой системе радиосвязи q > 8,727. Таким образом, выигрыш в отношении сигнал-шум составляет 27,27%, то есть предлагаемая система радиосвязи является более помехоустойчивой.

Система радиосвязи относится к технике связи и может использоваться в радиорелейных и космических линиях связи. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости системы радиосвязи путем улучшения корреляционных свойств сигналов-переносчиков информации посредством уменьшения амплитуды боковых пиков автокорреляционных функций этих сигналов. Система радиосвязи содержит на передающей стороне коммутатор, преобразователь "аналог-цифра", генератор модифицированного кода Рида-Мюллера, модулятор-передатчик, передающую антенну, четырехразрядный счетчик, два двухвходовых элемента И, сумматор, сумматор по модулю два, трехвходовый элемент И и управляемый инвертор. 6 ил., 1 табл.

Система радиосвязи, содержащая на передающей стороне коммутатор, осуществляющий подключение соответствующего входа к своему выходу, преобразователь аналог - цифра, генератор модифицированного кода Рида-Мюллера, модулятор-передатчик, передающую антенну, причем входы коммутатора являются информационными входами системы радиосвязи, выход коммутатора подключен к входу преобразователя аналог - цифра, выходы которого соединены с входами генератора модифицированного кода Рида-Мюллера, выход модулятора-передатчика соединен с входом передающей антенны, а на приемной стороне - приемную антенну, приемник, линию задержки, декодирующую матрицу, синхронный генератор, детектор максимального сигнала, матрицу цифрового преобразования, аппаратуру индикации и регистрации, причем выход приемной антенны подключен к входу приемника, выход которого соединен с входом линии задержки, информационные выходы линии задержки соединены с входами декодирующей матрицы, выходы которой подключены к информационным входам детектора максимального сигнала, синхронный вход которого соединен с выходом синхронного генератора, вход которого соединен с тактовым выходом линии задержки, выходы детектора максимального сигнала подключены к входам матрицы цифрового преобразования, выходы которой соединены с входами аппаратуры информации и регистрации, отличающаяся тем, что в нее введены четырехразрядный счетчик, два двухвходовых элемента И, сумматор, сумматор по модулю два, трехвходовый элемент И и управляемый инвертор, причем тактовый выход генератора модифицированного кода Рида-Мюллера подключен к счетному входу счетчика, прямой выход первого разряда счетчика подключен к первому входу первого двухвходового элемента И и к первому входу трехвходового элемента И, прямой выход второго разряда счетчика подключен к второму входу трехвходового элемента И, прямой выход третьего разряда счетчика подключен к первому входу второго двухвходового элемента И и к третьему входу трехвходового элемента И, прямой выход четвертого разряда счетчика подключен к второму входу первого двухвходового элемента И, инверсный выход четвертого разряда счетчика подключен к второму входу второго двухвходового элемента И, выходы двухвходовых элементов И соединены с входами сумматора, выход которого подключен к первому входу сумматора по модулю два, второй вход которого соединен с выходом трехвходового элемента И, выход сумматора по модулю два подключен к управляющему входу управляемого инвертора, информационный вход которого соединен с информационным выходом генератора модифицированного кода Рида-Мюллера, выход управляемого инвертора подключен к входу модулятора-передатчика.