СТАРТСТОПНАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ Российский патент 2001 года по МПК H04L25/00 

Изобретение относится к электро- и радиосвязи и может использоваться в проводных, радио-, и радиорелейных и космических системах связи.

Известна стартстопная система связи (З. М. Каневский, В.И.Ледовских "Передача дискретных сообщений по каналам с обратной связью с прерываниями". "Электросвязь", 1970, N 8 (с. 6 - 8), в которой перед посылкой сообщения передается "зондирующий ключ", представляющий собой амплитудно-манипулированный сигнал, состоящий из нескольких элементов. Однако эта система предназначена специально для каналов с прерываниями (замирающих каналов), имеет низкую помехоустойчивость в общем случае и большой уровень вероятности ложной тревоги.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является стартстопная система связи, приведенная в "Системы связи с шумоподобными сигналами", Л. Е. Варакин, М.: "Радио и связь", 1985, стр. 323 - 325, 281 - 287, принятая за прототип.

Блок-схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено:
на передающей стороне:
1 - источник информации;
2 - регистр сдвига;
3 - сумматор;
4 - модулятор;
5 - передатчик;
6 - первый генератор тактовых импульсов;
7 - генератор псевдослучайной последовательности;
10 - генератор несущей частоты;
11 - ключ;
на приемной стороне:
12 - приемник;
13 - согласованный фильтр;
14 - амплитудный детектор;
15 - блок поиска;
16 - пороговый блок;
18 - прерыватель;
20 - второй генератор тактовых импульсов;
22 - демодулятор;
24 - линия связи.

Устройство-прототип содержит на передающей стороне последовательно соединенные источник информации 1, регистр сдвига 2, сумматор 3, модулятор 4 и передатчик 5. При этом синхровыход источника информации 1 через последовательно соединенные первый генератор тактовых импульсов 6 и генератор псевдослучайной последовательности 7 соединен со вторым входом сумматора 3. Второй выход первого генератора тактовых импульсов соединен со вторым входом регистра сдвига 2. Третий выход первого генератора тактовых импульсов 6 соединен с одним из выходов ключа 11, выход которого соединен со вторым входом модулятора 4, второй выход которого соединен со входом генератора несущей частоты 10, выход которого соединен с другим входом ключа 11.

На приемной стороне содержит последовательно соединенные приемник 12, согласованный фильтр 13, амплитудный детектор 14, блок поиска 15, прерыватель 18, пороговый блок 16, второй генератор тактовых импульсов 20 и демодулятор 22, выход которого является выходом устройства. При этом второй вход демодулятора 22 соединен с выходом приемника 12. Выход порогового блока 16 одновременно соединен со вторым входом прерывателя 18.

Передающая и приемная стороны соединены посредством линии связи 24.

Работает устройство-прототип следующим образом.

Рассмотрим вариант системы связи для случая передачи сигналов посредством частотной манипуляции.

В источнике информации 1 создается последовательность n информационных двоичных сигналов длительности τ. В момент ее начала в первом генераторе тактовых импульсов 6 вырабатываются n тактовых импульсов, равных числу элементов псевдослучайной последовательности (ПСП) с периодом τ, которые используются при формировании элементов ПСП в генераторе псевдослучайной последовательности 7, а на другом его выходе - n тактовых импульсов для записи информации в регистре сдвига 2 и в момент времени, соответствующий окончанию формирования ПСП, - n тактовых импульсов, считывающих из него n информационных символов на первый вход сумматора 3. Полученный суммарный сигнал используется для манипуляции частоты генератора несущей частоты 10 с помощью модулятора 4. Ключ 11, управляемый сигналом с третьего выхода генератора тактовых импульсов 6, передает колебания генератора несущей частоты 10 на второй вход модулятора 4 в течение интервала времени, равного суммарной длительности ПСП и информационного сообщения. После соответствующей фильтрации в блоке 4 колебания генератора несущей частоты 10 поступают на вход передатчика и затем на вход линии связи 24. Сигнал с выхода приемника 12 после согласованной фильтрации частотно-манипулированного ПСП колебания и амплитудного его детектирования поступает на блок поиска ПСП по времени на интервале наблюдения, равном длительности ПСП. В момент завершения поиска через прерыватель 18 на вход порогового блока 16 поступает короткий импульс с амплитудой, равной максимальному значению сигнала на интервале наблюдения, осуществляется прерывание подачи сигнала на вход порогового блока 16 (на время действия сообщения) в прерывателе 18, а во втором генераторе тактовых импульсов 20 формируются n тактовых импульсов, необходимые в блоке 22 для демодуляции ЧМ сообщения.

Недостатком устройства-прототипа является низкая помехоустойчивость и значительный уровень энергетических затрат.

Для устранения указанных недостатков в устройство, содержащее на передающей стороне: последовательно соединенные источник информации и регистр сдвига, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и генератор псевдослучайной последовательности, последовательно соединенные генератор несущей частоты и ключ, а также передатчик, причем синхровыход источника информации соединен со входом первого генератора тактовых импульсов, второй выход которого соединен с тактовым входом регистра сдвига; на приемной стороне: последовательно соединенные приемник, согласованный фильтр и амплитудный детектор, а также пороговый блок, прерыватель и последовательно соединенные второй генератор тактовых импульсов и демодулятор, при этом выход передатчика соединен со входом приемника линией связи, введены на передающей стороне: последовательно соединенные мультиплексор и относительно фазовый манипулятор, а также перемножитель и двоичный счетчик; на приемной стороне; накопитель, дифференцирующая цепочка, формирователь импульса, запоминающий блок и линия задержки.

При этом на передающей стороне выход первого генератора тактовых импульсов одновременно соединен с установочным входом двоичного счетчика, n выходов которого шиной соединены с управляющими входами мультиплексора, n других входов которого подсоединены к n выходам регистра сдвига; выход генератора псевдослучайной последовательности соединен с первым входом перемножителя, выход которого одновременно соединен со вторым входом двоичного счетчика и управляющими входами относительно фазового манипулятора и ключа, выход которого соединен с сигнальным входом относительно фазового манипулятора, кроме того, третий выход первого генератора импульсов одновременно соединен со вторыми входами генератора псевдослучайной последовательности и перемножителя.

На приемной стороне выход амплитудного детектора через последовательно соединенные накопитель, пороговый блок, дифференцирующую цепочку, прерыватель и формирователь импульса одновременно соединен со входом второго генератора тактовых импульсов и управляющими входами прерывателя и демодулятора, выход которого соединен с первым входом запоминающего блока, выход которого является выходом устройства, а второй и третий входы запоминающего блока соединены с соответствующими выходами второго генератора тактовых импульсов; кроме того, выход согласованного фильтра через линию задержки соединен с третьим входом демодулятора.

На фиг. 2 представлена схема предлагаемого устройства, где обозначено:
на передающей стороне:
1 - источник информации;
2 - регистр сдвига;
3 - мультиплексор;
4 - относительно фазовый манипулятор;
5 - передатчик;
6 - первый генератор тактовых импульсов;
7 - генератор псевдослучайных последовательностей;
8 - перемножитель;
9 - двоичный счетчик;
10 - генератор несущей частоты;
11 - ключ;
На приемной стороне:
12 - приемник;
13 - согласованный фильтр;
14 - амплитудный детектор;
15 - накопитель;
16 - пороговый блок;
17 - дифференцирующая цепочка;
18 - прерыватель;
19 - формирователь импульса;
20 - второй генератор тактовых импульсов;
21 - запоминающий блок;
22 - демодулятор;
23 - линия задержки;
24 - линия связи.

Заявляемое устройство содержит на передающей стороне последовательно соединенные источник информации 1, регистр сдвига 2, мультиплексор 3, относительно фазовый манипулятор 4 и передатчик 5. Кроме того, последовательно соединенные первый генератор тактовых импульсов 6, генератор псевдослучайной последовательности 7, перемножитель 8 и двоичный счетчик 9; последовательно соединенные генератор несущей частоты 10 и ключ 11, выход которого соединен с сигнальным входом относительно фазового манипулятора 4. Вход генератора тактовых импульсов 6 соединен с синхровыходом источника информации 1, второй выход генератора 6 соединен с тактовым входом регистра сдвига 2, а третий выход генератора 6 - со вторыми входами генератора псевдослучайной последовательности 7 и перемножителя 8, выход которого одновременно соединен с управляющими входами блока 4 и ключа 11. Причем первый выход генератора 6 соединен с установочным входом двоичного счетчика 9, выходы которого соединены с шиной управляющими входами мультиплексора 3.

На приемной стороне содержит последовательно соединенные приемник 12, согласованный фильтр 13, амплитудный детектор 14, накопитель 15, пороговый блок 16 дифференцирующая цепочка 17, прерыватель 18, формирователь импульса 19, второй генератор тактовых импульсов 20 и запоминающий блок 21, выход которого является выходом устройства. Причем, выход формирователя импульса 19 одновременно соединен с управляющими входами прерывателя 18 и демодулятора 22. Второй выход второго генератора тактовых импульсов 20 одновременно соединен с соответствующими входами демодулятора 22 и запоминающего блока 21, первый вход которого соединен с выходом демодулятора 22.

Кроме того, выход согласованного фильтра 13 через линию задержки 23 соединен с третьим входом демодулятора 22.

Передающая и приемная стороны соединены посредством линии связи 24.

Стартстопная система связи работает следующим образом.

В случайный момент времени на выходе источника информации 1 создаются n информационных символов ("0" или "1") длительности τ (например, n = 3, фиг. 3а).

При t = 0 на втором выходе генератора тактовых импульсов 6 формируются n тактовых импульсов (фиг. 3б), которые записывают информационные символы в регистре сдвига 2, на его первом выходе создается короткий импульс (фиг. 3в), по переднему фронту которого производится начальная установка генератора псевдослучайной последовательности 7 и установка всех разрядов двоичного счетчика 9 в единичное состояние, а на третьем выходе - меандр, состоящий из (n+1+S) импульсов длительности τ/2 (фиг. 3г, S = 1), который в блоке 8 перемножается с псевдослучайной последовательностью той же длины, поступающей с выхода генератора 7 (фиг. 3д).

Положительная часть результирующего сигнала, поступающая с выхода блока 8 (фиг. 3е), используется для управления работой блоков 9, 4 и ключа 11. В момент действия переднего фронта его первого импульса блок 9 устанавливается в нулевое состояние, открывается ключ 11, который пропускает колебания несущей частоты в блок 4, а с выхода мультиплексора 3 на вход блока 4 поступает нулевой сигнал. В результате этого на выходе блока 4 формируются колебания несущей частоты с произвольной начальной фазой в течение интервала времени τ/2. При поступлении второго положительного фронта сигнала (фиг. 3е) в счетчике 9 устанавливается двоичное число, равное единице и мультиплексор 3 считывает из регистра сдвига 2 значение первого информационного символа. При этом начальная фаза несущей частоты на выходе блока 4 остается прежней, если первый символ имеет значение единицы и изменяется на противоположную - в противном случае. Таким образом на выходе блока 4 создается относительно фазоманипулированный сигнал (фиг. 3ж), в котором первый радиоимпульс информации не несет, а служит опорным для второго уже информационного радиоимпульса.

На приемной стороне относительно фазоманипулированный сигнал после общей фильтрации в приемнике 12 и согласованной - в фильтре 13 для одиночного радиоимпульса длительности τ/2 поступает на амплитудный детектор 14 с выходной разделительной емкостью. Его выходной двуполярный сигнал вида (фиг. 3е), но с треугольными импульсами, оптимально накапливается в блоке 15 и на его выходе формируется сигнал, имеющий вид автокорреляционной функции колебания на выходе амплитудного детектора 14, с максимальным значением в момент времени Т (фиг. 3и). Сигнал, превысивший порог V в блоке 16, затем дифференцируется. В момент прохождения результата дифференцирования через ноль в формирователе импульса 19 формируется короткий импульс, который, действуя на прерыватель 18, запрещает поступление сигнала на свой вход в течение интервала времени Тс. В блоке 22 осуществляется демодуляция поступающего с выхода фильтра 13 и задержанного в линии задержки 23 на время Т сигнала. Если соседние радиоимпульсы имеют одинаковые начальные фазы, то на его выходе формируется символ "1", в противном случае - "0". Начало работы блока 22 определяет импульс, поступающий с формирователя импульса 19, а моменты сравнения фаз соседних радиоимпульсов - передние фронты импульсов, поступающих с первого выхода генератора 20 (фиг. 3к.) По задним фронтам этих импульсов выносится решение о приеме символов и фиксация их в запоминающем блоке 21. Считывание информации с блока 21 на выход системы осуществляется импульсами, поступающими со второго выхода генератора 20 (фиг. 3л).

Длина ПСП в системе связи (n+1+S), или большая этого значения, определяется суммарным числом передаваемых информационных символов и одного опорного сигнала и количество переходов ее уровня из положительного в отрицательное значение S.

Таким образом, применение предлагаемой стартстопной системы связи позволяет повысить ее помехоустойчивость при приеме информации и уменьшить энергетические затраты при передаче.

В стартстопных системах связи пауза между сеансами связи (интервал наблюдения) может достигать нескольких часов и даже суток. Поэтому в известной системе связи для обеспечения приемлемых значений вероятности ложных тревог (порядка 10^-5 - 10^-8) потребовалось бы существенно увеличить длину синхросигнала и энергетические затраты на его передачу.

В предлагаемой системе (n+1) радиоимпульсов используются для совместной передачи сообщения и части синхросигнала и только S - для остальных элементов синхросигнала. Даже при весьма коротких длинах сообщения n = 12 - 15 это позволяет обеспечить значение вероятности ложных тревог 10^-8 - 10^-10 при интервалах наблюдения несколько часов. Причем значение S не превышает 30% от общей длины передаваемого сигнала (см., например, коды Баркера и Неймана-Гоффмана в табл. 14.4 книги Д.Спилкера "Цифровая спутниковая связь", М.: Связь, 1979). Таким образом достигается снижение энергетических затрат на передачу сигнала.

Кроме того, в предлагаемой системе связи элементы синхросигнала передаются с использованием манчестерского кода (с. 427, Д.Спилкер), что позволяет обеспечить разнесение по времени информационных радиоимпульсов и использовать для передачи информации относительно фазовую манипуляцию (при отсутствии пауз между радиоимпульсами при ОФМ существенно увеличиваются внеполосные излучения и межсимвольные искажения, которые не позволяют реализовать ее высокую помехоустойчивость; см. с. 91 - 92 в книге М.С.Немировского "Цифровая передача информации в радиосвязи". М.: Связь, 1970). По сравнению с ортогональными сигналами при их некогерентном приеме в известной системе ОФМ обеспечивает на 1 - 2 порядка большую помехоустойчивость.

Все устройства, входящие в систему связи, являются известными. Принципы и устройства ОФМ приведены в книге Н.Т.Петровича "Передача дискретной информации в каналах с фазовой манипуляцией". М.: Сов. радио, 1965. Накопитель 15 согласован с огибающей принимаемого сигнала и может быть выполнен на линии задержки с отводами с соответствующими фазовращателями в них и сумматоре (см. книгу Л.Е.Варакина "Система связи с шумоподобными сигналами", М.: Радио и связь, 1985, рис. 21.4).

Изобретение относится к электро- и радиосвязи и может использоваться в проводных, радио-, радиорелейных и космических системах связи. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости и снижении уровня энергетических затрат. Введение в устройство на передающей стороне последовательно соединенных мультиплексора и относительно фазового манипулятора, а также перемножителя и двоичного счетчика, а на приемной стороне - накопителя, дифференцирующей цепочки, формирователя импульса, запоминающего блока и линии задержки снизило уровень энергетических затрат. 3 ил.

Стартстопная система связи, содержащая на передающей стороне последовательно соединенные источник информации и регистр сдвига, последовательно соединенные первый генератор тактовых импульсов и генератор псевдослучайной последовательности, последовательно соединенные генератор несущей частоты и ключ, а также передатчик, при этом синхровыход источника информации соединен со входом первого генератора тактовых импульсов, второй выход которого соединен с тактовым входом регистра сдвига, на приемной стороне последовательно соединенные приемник, согласованный фильтр и амплитудный детектор, а также пороговый блок, прерыватель и последовательно соединенные второй генератор тактовых импульсов и демодулятор, при этом выход передатчика соединен со входом приемника линией связи, отличающаяся тем, что введены на передающей стороне последовательно соединенные мультиплексор и относительно фазовый манипулятор, а также перемножитель и двоичный счетчик, n выходов которого соединены шиной с n управляющими входами мультиплексора соответственно, n других входов которого соединены шиной с n выходами регистра сдвига, первый выход первого генератора тактовых импульсов соединен с установочным входом двоичного счетчика, третий выход первого генератора тактовых импульсов соединен со вторыми входами генератора псевдослучайной последовательности и перемножителя, первый вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, при этом выход перемножителя одновременно соединен со вторым входом двоичного счетчика и управляющими входами ключа и относительно фазового манипулятора, сигнальный вход которого соединен с выходом ключа, а выход относительно фазового манипулятора соединен с передатчиком, на приемной стороне введены накопитель, дифференцирующая цепочка, формирователь импульса, запоминающий блок и линия задержки, при этом выход амплитудного детектора через последовательно соединенные накопитель, пороговый блок, дифференцирующую цепочку, прерыватель и формирователь импульса соединен со входом второго генератора тактовых импульсов и с управляющими входами прерывателя и демодулятора, выход которого соединен с первым входом запоминающего блока, второй и третий входы которого подсоединены к соответствующим выходам второго генератора тактовых импульсов, выход запоминающего блока является выходом устройства, кроме того, выход согласованного фильтра через линию задержки соединен с третьим входом демодулятора.