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

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

Известна система связи для непрерывной передачи дискретной информации, в которой перед каждым сообщением посылается "зондирующий ключ". Если приходит этот сигнал, приемник открывается для регистрации сообщения и после приема отправляет квитанцию по обратному каналу. В противном случае приемник остается закрытым и передатчик повторяет сообщение, продолжая попытки для получения нужной квитанции /1/. Однако такая система связи имеет низкую помехоустойчивость, а в стартстопном режиме - недопустимо высокую вероятность ложной тревоги.

Наиболее близкой к заявляемой системе связи является стартстопная система связи /1/.

Она содержит (фиг. а) на передающей стороне последовательно соединенные источник 1 информации, элемент 2 задержки, сумматор 9, генератор 13 несущей частоты (ГНЧ), и передатчик 10, и генератор 11 псевдослучайной последовательности (ГПСП), вход которого подключен к второму выходу источника 1 информации, соединенного с тактовым входом элемента задержки 2, а его выход - к второму входу сумматора 9, причем третий выход источника 1 информации соединен с вторыми входами ГПСП 11 и передатчика 10, а на приемной стороне - последовательно соединенные приемник 14, полосовой фильтр (ПФ) 15, амплитудный детектор (АД) 16, вычитающее устройство (ВУ) 17, прерыватель 18, согласованный фильтр (СФ) 19, решающее устройство (РУ) 20, формирователь 21 импульсов (ФИ) и второе решающее устройство 34, последовательно соединенные второй ПФ 24, вход которого подключен к выходу приемника 14, и АД 25, подключенный выходом к второму входу ВУ 17, выход ВУ 17 подключен к второму входу РУ 34, третий, четвертый и пятый входы которого подключены соответственно к выходу СФ 19, второму выходу ФИ 21 и выходу первого РУ 20, причем второй выход ФИ 21 соединен с вторым выходом прерывателя 18. Передающая и приемная стороны системы соединены посредством линии связи 33, а ее выходом является выход второго РУ 34.

Данная система связи работает следующим образом.

Источник 1 информации создает в случайный момент времени на первом выходе сообщение, состоящее из n двоичных символов одинаковой длительности Т, а на втором и третьем выходах в момент начала сообщения - сетку из S коротких тактовых импульсов с периодом следования Т и положительный импульс соответственно. При этом в ГПСП 11 формируется синхросигнал - псевдослучайная последовательность, состоящая из S двоичных символов той же длительности, что и информационные, а сообщение задерживается в элементе задержки 2 на время, равное S x Т. В результате этого на выходе сумматора 9 формируется последовательность, состоящая из синхросигнала и сообщения. Элементы этих сигналов используются для управления частотой ГНЧ 13. Полученный частотно-манипулированный сигнал усиливается в передатчике 10, включаемом импульсом длительности (n + S) Т, действующим на третьем выходе ИИ 1, и передается по линии связи 33.

На приемной стороне после общей фильтрации в приемнике 1 осуществляется демодуляция полученного сигнала в частотном дискриминаторе (блоки 15, 16, 17, 24, 25) и согласованная фильтрация синхросигнала в СФ 19, который вместе с блоком РУ 20 составляет первый измерительный канал. В РУ 20 осуществляется сравнение выходного сигнала СФ 19 с порогом и, при условии превышения его сигналом, формирование в момент действия его максимального значения короткого импульса, который при отсутствии помех точно совпадает по времени с моментом окончания синхросигнала. По положительному фронту этого импульса на первом выходе блока ФИ 21 с задержкой на время Т создается сетка из 2•n коротких тактовых импульсов с периодом Т, а на втором - импульс длительности - n •Т, который с помощью прерывателя 18 отключает вход СФ 19 от выхода ВУ 17. Во втором РУ 34, представляющем собой второй измерительный канал, в момент действия тактовых импульсов осуществляется модульное накопление n сигнальных элементов сообщения, сложение полученной суммы с выходным сигналом СФ 19 в момент действия последнего импульса на выходе ФИ 21, сравнение полученного результата с определенным порогом и, в случае его превышения, выдача сообщения на выход системы.

Однако данная система связи имеет низкую помехоустойчивость и требует энергозатрат на передачу синхросигнала.

Следует заметить, что первый измерительный канал представляет собой устройство оптимального измерения временного положения синхросигнала и является устройством известным (см., например, с. 115, рис. 7.2 в книге Ю.С. Лезина "Введение в теорию и технику радиотехнических систем". Радио и связь, 1986).

Изобретение направлено на повышение помехоустойчивости связи и исключение энергозатрат на передачу синхросигнала.

Это достигается тем, что в стартстопную систему связи на передающей стороне введены последовательно соединенные ключ, фазоразностный манипулятор и второй ключ, последовательно соединенные третий ключ, второй фазоразностный манипулятор и четвертый ключ, инвертор и второй выход генератора несущей частоты, причем входы первого и третьего ключей подключены к выходу элемента задержки, выходы второго и четвертого ключей соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого подключен к входу передатчика, вторые входы первого и второго фазоразностных манипуляторов подключены соответственно к первому и второму выходам генератора несущей частоты, а их третьи входы - к второму выходу источника информации, вторые входы первого и второго ключей соединены с выходом инвертора, а вторые входы третьего и четвертого ключей - с выходом генератора ПСП, соединенным с входом инвертора, а на приемной стороне в нее введены последовательно соединенные второй генератор ПСП, первый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а второй - с выходом решающего устройства, и второй инвертор, последовательно соединенные линия задержки, пятый ключ, демодулятор ФРМ сигналов и схема ИЛИ, последовательно соединенные вторая линия задержки, шестой ключ и второй демодулятор ФРМ сигналов, выход которого подключен к второму входу схемы ИЛИ, причем вход первой линии задержки соединен с выходом второго полосового фильтра, а вход второй линии задержки - с выходом первого полосового фильтра, вторые входы пятого ключа и первого демодулятора ФРМ сигналов соединены с выходом второго генератора ПСП, а вторые входы шестого ключа и второго демодулятора ФРМ сигналов - выходом второго инвертора, третьи входы первого и второго демодуляторов ФРМ сигналов подключены к первому выходу формирователя импульсов.

На фиг. 1 и 2 представлены соответственно функциональная схема предлагаемой стартстопной системы связи и временные диаграммы, иллюстрирующие ее работу.

Стартстопная система связи содержит на передающей стороне последовательно соединенные источник 1 информации, элемент 2 задержки, ключ 3, фазоразностный манипулятор 4, второй ключ 5, последовательно соединенные третий ключ 6, второй фазоразностный манипулятор 7 и четвертый ключ 8, причем вход третьего ключа 6 соединен с выходом элемента 2 задержки, последовательно соединенные сумматор 9 и передатчик 10, второй вход которого подключен к третьему выходу источника 1 информации, последовательно соединенные генератор 11 ПСП, выход которого подключен к вторым входам третьего 6 и четвертого 8 ключей, и инвертор 12, выход которого подключен к вторым входам первого 3 и второго 5 ключей, и генератор 13 несущих частот, причем второй выход источника 1 информации соединен с тактовыми входами элемента 2 задержки, первого 4 и второго 7 фазоразностных манипуляторов, сигнальные входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам генератора 13 несущих частот, и тактовому входу генератора 11 ПСП, второй вход которого соединен с третьим выходом источника 1 информации, первый и второй входы сумматора 9 соединены соответственно с выходами второго 5 и четвертого 8 ключей, а на приемной стороне - последовательно соединенные приемник 14, полосовой фильтр 15, амплитудный детектор 16, вычитающее устройство 17, прерыватель 18, согласованный фильтр 19, решающее устройство 20, формирователь 21 импульсов, второй генератор 22 ПСП и инвертор 23, последовательно соединенные вторые полосовой фильтр 24, вход которого подключен к выходу приемника 14, и амплитудный детектор 25, выход которого подключен к второму входу вычитающего устройства 17, последовательно соединенные линию задержки 26, пятый ключ 27, демодулятор 28 ФРМ сигналов и схему 29 ИЛИ, и последовательно соединенные вторую линию задержки 30, шестой ключ 31 и второй демодулятор 32 ФРМ сигналов, выход которого подключен к второму входу схемы 29 ИЛИ, причем входы первой 26 и второй 30 линий задержки соединены соответственно с выходами второго 24 и первого 15 полосовых фильтров, вход решающего устройства 20 подключен к второму входу второго генератора 22 ПСП, выход которого подключен к управляющим входам пятого ключа 27 и демодулятора 28 ФРМ сигналов, выход второго инвертора 23 соединен с управляющими входами шестого ключа 31 и второго демодулятора 32 ФРМ сигналов, тактовые входы блоков 28 и 32 подключены к выходу формирователя 21 импульсов, второй выход которого соединен с вторым входом прерывателя 18; приемная и передающая стороны системы связи соединены посредством линии связи 33, ее выходом является выход схемы 29 ИЛИ.

Стартстопная система связи работает следующим образом.

Источник 1 информации создает в случайный момент времени на первом выходе сообщение, состоящее из n двоичных символов одинаковой длительности Т (фиг. 2 а), а на втором и третьем выходах в момент начала сообщения - сетку из (n + 3) коротких тактовых импульсов с периодом Т (фиг. 2 б) и положительный импульс соответственно. При этом в генераторе 11 формируется синхросигнал - псевдослучайная последовательность (ПСП), состоящая из S двоичных символов (11 ≤ S ≤ 2 + n) той же длительности, что и информационные (фиг. 2 в), а сообщение задерживается в элементе 2 на два такта (фиг. 2 г). Ключи 6 и 8 открываются положительными импульсами самой ПСП, поступающей с выхода блока 11, а ключи 3 и 5 - ее инверсией с выхода блока 12. В результате этого на интервале времени 0-Т ключ 3 открывается и на вход блока 4 из-за отсутствия сообщения поступит нулевой сигнал. На сигнальный вход последнего поступает одна из несущих частот, вырабатываемая генератором 13, которая в такой ситуации со своей начальной фазой передастся на его выход и на выход ключа 5. В дальнейшем при поступлении на вход блока 4 через ключ 3 символа сообщения "0" фаза несущей частоты на его выходе остается прежней, а при действии символа "1" изменяется на противоположную. Таким образом осуществляется фазоразностная манипуляция (ФРМ) первой несущей частоты символами сообщения, соответствующими по времени нулевым элементам ПСП (фиг. 2д). Аналогичным образом формируется ФРМ сигнал на второй несущей частоте посредством блоков 6-8, соответствующий символам сообщения, совпадающими по времени с символами ПСП "1" (фиг. 2 е). Указанная процедура позволяет получить на выходе сумматора 9 ЧМ-ФРМ колебание, в котором символы ПСП передаются посредством ЧМ, а сообщения - с помощью ФРМ. Эти колебания усиливаются в передатчике, открываемом импульсами длительности (n + 2)•Т с третьего выхода источника 1 и передаются по линии связи 33. На приемной стороне после общей фильтрации сигнала в приемнике 14 сигнал поступает на частотный дискриминатор, состоящий из блоков 15-17, 24 и 25, который создает на своем выходе двухполярный сигнал, элементы которого при отсутствии помех точно соответствуют символам "0" и "1" ПСП, сформированной на передающей стороне. После его согласованной фильтрации в фильтре 19 на выходе последнего в момент окончания ПСП формируется сигнал высокого уровня, а в решающем устройстве 20 оптимальным образом определяется временное положение его максимума, и в этот момент времени на выходе формируется короткий импульс. Относительно него в формирователе 21 импульсов на первом выходе с задержкой на время Т создаются n + 2 коротких тактовых импульсов (фиг. 2 ж) и импульс длительности (n + 2)•Т, запрещающий через прерыватель 18 поступление сигнала на следующие за ним блоки, а на выходе блока 22 - такая же ПСП, что и в генераторе 11. Блоки 26-32 предназначены для демодуляции символов сообщения, передаваемых на двух несущих частотах. Сигнал первой несущей частоты после задержки на время, равное S•T, в блоке 30 поступает через ключ 31, который открывается в момент времени соответствующий нулевым элементам ПСП, на вход демодулятора 32 ФРМ сигналов, в котором осуществляется демодуляция сигналов с фазоразностной манипуляцией на этой частоте. Аналогичным образом (в блоках 26-28) осуществляется демодуляция сигнала на второй несущей частоте. Полученные на выходах блоков 28 и 32 символы объединяются в одноэлементное сообщение в схеме 29 ИЛИ. Таким образом достигается повышение помехоустойчивости связи и исключение дополнительных энергозатрат на передачу синхросигнала.

Действительно, в предлагаемой системе для передачи сообщения используется ФРМ, которая по сравнению с ЧМ имеет более высокую помехоустойчивость. Все элементы синхросигнала в ней передаются совместно с информационными и не требуют дополнительных энергозатрат. Причем при S ≥ 11 вероятность ложного обнаружения синхросигнала имеет порядок меньший 10^-15. Для всех используемых на практике значений Т такой вероятности ложной тревоги соответствует в среднем одна ложная тревога за несколько или более суток. Поэтому необходимости в накоплении элементов сообщения (как в прототипе) здесь нет.

Все блоки, входящие в систему связи, являются известными устройствами. Различные схемы фазоразностных манипуляторов приведены, например, на с. 146-155 в книге А. М.Заездного и др. "Фазоразностная модуляция", "Связи", 1967. Для целей демодуляции ФРМ сигналов может быть использован цифровой демодулятор сигналов ОФМ, рассмотренный в статье Л.Я.Липкина и А.А.Шишкова ("Электросвязь", N 2. 1973, с. 47-51).

На фиг. 2в в заявке для простоты рассмотрена короткая ПCП длины 7.

Источники информации
1. Каневский З.М., Ледовских В.И. Передача дискретных сообщений по каналам с обратной связью с прерываниями. "Электросвязь", N 2, 1970.

2. Г.Б.Волобуев, В.И.Ледовских. О помехоустойчивости стартстопных систем связи с частотной манипуляцией сигнала. "Теория и техника радиосвязи", вып. 2, 1998.

Изобретение относится к электро- и радиосвязи и может использоваться для передачи многоканальных и одноканальных сообщений в стартстопном и непрерывном режимах по радио-, радиорелейным, оптическим и космическим линиям связи. Технический результат состоит в импульсной мощности передатчика и обеспечении стартстопного режима работы. Для этого в многоканальную систему связи введены на передающей стороне последовательно соединенные счетчик импульсов и мультиплексор, а на приемной стороне - последовательно соединенные накопитель и пороговый блок. Этим достигается вероятность ложной тревоги за сутки порядка 10^-3, что соответствует одному ложному срабатыванию приемника за 1000 суток. 3 ил.

Стартстопная система связи, содержащая на передающей стороне последовательно соединенные источник информации и элемент задержки, сумматор, генератор несущей частоты, передатчик и генератор псевдослучайной последовательности (ПСП), вход которого подключен к второму выходу источника информации, соединенного с тактовым входом элемента задержки, причем третий выход источника информации соединен с вторыми входами генератора ПСП и передатчика, а на приемной стороне - последовательно соединенные приемник, первый полосовой фильтр, первый амплитудный детектор, вычитающее устройство, прерыватель, согласованный фильтр, решающее устройство и формирователь импульсов, последовательно соединенные второй полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом приемника, и второй амплитудный детектор, выход которого подключен к второму входу вычитающего устройства, причем второй выход формирователя импульсов соединен с вторым входом прерывателя, отличающаяся тем, что на ее передающей стороне введены последовательно соединенные первый ключ, первый фазоразностный манипулятор и второй ключ, последовательно соединенные третий ключ, второй фазоразностный манипулятор и четвертый ключ, а также инвертор, причем входы первого и третьего ключей подключены к выходу элемента задержки, выходы второго и четвертого ключей соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого подключен к входу передатчика, вторые входы первого и второго фазоразностных манипуляторов подключены соответственно к первому и второму выходам генератора несущей частоты, а их третьи входы - к второму выходу источника информации, вторые входы первого и второго ключей соединены с выходом инвертора, а вторые входы третьего и четвертого ключей - с выходом генератора ПСП, соединенным с входом инвертора, а на приемной стороне в нее введены последовательно соединенные второй генератор ПСП, первый вход которого соединен с первым выходом формирователя импульсов, а второй - с выходом решающего устройства, и второй инвертор, последовательно соединенные первая линия задержки, пятый ключ, первый демодулятор фазоразностных модулированных (ФРМ) сигналов и схема ИЛИ, последовательно соединенные вторая линия задержки, шестой ключ и второй демодулятор ФРМ сигналов, выход которого подключен к второму входу схемы ИЛИ, причем вход первой линии задержки соединен с выходом второго полосового фильтра, а вход второй линии задержки - с выходом первого полосового фильтра, вторые входы пятого ключа и первого демодулятора ФРМ сигналов соединены с выходом второго генератора ПСП, а вторые входы шестого ключа и второго демодулятора ФРМ сигнала - с выходом второго инвертора, третьи входы первого и второго демодуляторов ФРМ сигналов подключены к первому выходу формирователя импульсов.