РАДИОЛИНИЯ С ПСЕВДОСЛУЧАЙНОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ РАБОЧЕЙ ЧАСТОТЫ Российский патент 2002 года по МПК H04B15/00 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи, функционирующих в условиях неопределенных помех.

Известны радиолинии, использующие для повышения помехоустойчивости алгоритмы автоматического выбора частотных каналов, свободных от помех [1-4]. Однако в условиях воздействия нестационарных помех с быстро изменяющимся частотным распределением помехоустойчивость частотно-адаптивных радиолиний с недостаточно высоким быстродействием может существенно снижаться.

Известны также радиолинии, использующие программную псевдослучайную перестройку рабочих частот (ППРЧ), позволяющую использовать частотную избыточность для борьбы с нестационарными помехами [5-9]. Однако используемые в данных радиолиниях алгоритмы равновероятного переключения частот приводят к неэффективному использованию частотных каналов при наличии стационарных помех.

Наиболее близкой по своей сущности к заявляемому устройству является известная радиолиния с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, описанная в патенте US 4653068 [10].

Ближайший аналог (прототип) содержит на передающей стороне последовательно соединенные по сигнальным входам/выходам кодер, модулятор, усилитель мощности и передающую антенну, а также блок синхронизации, генератор псевдослучайной последовательности, блок управления и синтезатор частот, причем выход блока синхронизации подключен к входу генератора псевдослучайной последовательности, выход которого подключен к входу блока управления, выход которого подключен к входу синтезатора частот, выход которого подключен к задающему входу модулятора, причем вход кодера является входом радиолинии, а на приемной стороне содержат последовательно соединенные по сигнальным входам/выходам приемную антенну, входной усилитель, смеситель-гетеродин, детектор, решающее устройство и декодер, а также блок синхронизации, генератор псевдослучайной последовательности, блок управления и блок автоматической регулировки усиления, причем вход блока синхронизации соединен с выходом решающего устройства, а выход подключен к входу генератора псевдослучайной последовательности, выход которого подключен к управляющему входу блока управления, вход блока автоматической регулировки усиления соединен с дополнительным выходом детектора, а выход подключен к управляющему входу входного усилителя и к подстроечному входу блока управления, управляющий выход которого подключен к управляющему входу смесителя-гетеродина, а тактовый выход подключен к тактовому входу решающего устройства, причем выход декодера является выходом радиолинии.

Используемый в прототипе алгоритм псевдослучайной перестройки (переключения) рабочих частот позволяет использовать частотную избыточность для борьбы с нестационарными помехами, обеспечивая теоретический энергетический выигрыш в N раз [11], где N - количество частотных каналов (по сравнению с алгоритмом работы на одной частоте, на которую действует помеха с мощностью, равной суммарной мощности помех во всей частотной полосе работы радиолинии с ППРЧ).

Однако устройство-прототип имеет следующий недостаток В условиях воздействия нестационарных помех при наличии долговременного неоднородного качества отдельных частотных каналов (вследствие различных условий распространения радиоволн и/или вследствие воздействия на отдельных частотах разных по мощности стационарных помех) помехоустойчивость снижается, так как периодически (по псевдослучайному закону) для работы используются и заведомо подавленные частоты.

Целью изобретения является разработка радиолинии с ППРЧ, позволяющей повысить помехоустойчивость радиолинии в условиях воздействия нестационарных помех при наличии долговременного неоднородного качества отдельных частотных каналов.

Указанная цель достигается тем, что в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, содержащей на передающей стороне последовательно соединенные по сигнальным входам/выходам кодер, модулятор, усилитель мощности и передающую антенну, а также блок синхронизации, генератор псевдослучайной последовательности, блок управления и синтезатор частот, причем выход блока синхронизации подключен к входу генератора псевдослучайной последовательности, выход блока управления подключен к входу синтезатора частот, выход которого подключен к задающему входу модулятора, причем вход кодера является входом радиолинии, а на приемной стороне содержащей последовательно соединенные по сигнальным входам/выходам приемную антенну, входной усилитель, смеситель-гетеродин, детектор, решающее устройство и декодер, а также блок синхронизации, генератор псевдослучайной последовательности, блок управления и блок автоматической регулировки усиления, причем вход блока синхронизации соединен с выходом решающего устройства, а выход подключен к входу генератора псевдослучайной последовательности, вход блока автоматической регулировки усиления соединен с дополнительным выходом детектора, а выход подключен к управляющему входу входного усилителя и к подстроечному входу блока управления, управляющий выход которого подключен к управляющему входу смесителя-гетеродина, а тактовый выход подключен к тактовому входу решающего устройства, причем выход декодера является выходом радиолинии, дополнительно на передающей и приемной сторонах введены преобразователи псевдослучайной последовательности. При этом на передающей стороне управляющий вход преобразователя псевдослучайной последовательности соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, тактовый вход соединен с выходом блока синхронизации, а выход подключен к входу блока управления, а на приемной стороне управляющий вход преобразователя псевдослучайной последовательности соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, тактовый вход соединен с выходом блока синхронизации, а выход подключен к управляющему входу блока управления.

Преобразователь псевдослучайной последовательности состоит из триггера, дешифратора, первого и второго ключей, а также первого и второго регистров хранения. При этом управляющий вход первого регистра хранения и первый вход дешифратора объединены и являются управляющим входом преобразователя псевдослучайной последовательности. Выход первого регистра хранения подключен к второму входу дешифратора, выход которого подключен к управляющему входу второго регистра хранения, выход которого является выходом преобразователя псевдослучайной последовательности, тактирующие входы первого и второго ключей объединены с входом триггера и являются тактирующим входом преобразователя псевдослучайной последовательности. Управляющие входы первого и второго ключей подключены соответственно к первому и второму выходам триггера, а выходы первого и второго ключей подключены соответственно к тактирующим входам первого и второго регистров хранения.

Благодаря новой совокупности признаков повышается помехоустойчивость радиолинии в условиях воздействия нестационарных помех при наличии долговременной неоднородности частотных каналов за счет использования алгоритма неравновероятной перестройки рабочих частот, обеспечивающей выравнивание итоговой достоверности (качества связи) во всех используемых частотных каналах. При этом в соответствии с данным алгоритмом часть заведомо подавленных частотных каналов может вообще исключаться из состава переключаемых частот путем закрепления за ними нулевой вероятности выбора.

Теоретическое обоснование оптимальности алгоритма неравновероятного переключения рабочих частот и правило вычисления соответствующего оптимального распределения вероятностей x*={x_i*}_N на основании долговременных характеристик неоднородности частотных каналов приведено в [12]. В частном, но достаточно распространенном случае каждый из неоднородных частотных каналов i=1,. ..,N может быть описан следующей функциональной зависимостью гарантированной вероятности ошибки Р_ошi от относительной средней мощности нестационарных помех δ_i с относительной суммарной мощностью δ_сум [11-13]:

где
α_i = (ϕ_i(δ_ϕi)-ϕ_i(0))/δ_ϕi; (2)


В результате решения соответствующей оптимизационной игровой задачи в [12] получено выражение для расчета оптимального распределения вероятностей выбора частотных каналов х*, которое гарантирует, что итоговая средняя вероятность ошибки не превысит некоторую минимальную величину P*_ош.
Физическая интерпретация используемого в предлагаемой радиолинии с ППРЧ принципа компенсационного выравнивания качества связи (вероятности ошибки) во всех переключаемых частотных каналах (кроме заведомо подавленных и полностью исключаемых каналов I₀) показана на фиг.3.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявляемого технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявляемого устройства условию патентоспособности "новизна". Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижения указанного технического результата. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень",
Заявляемое устройство поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг. 1 - структурная схема радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты;
фиг. 2 - структурная схема преобразователя псевдослучайной последовательности (ПСП);
фиг. 3 - физическая интерпретация принципа компенсационного выравнивания качества связи в переключаемых частотных каналах;
фиг.4 - пример реализации детектора;
фиг 5 - пример реализации смесителя-гетеродина;
фиг.6 - пример реализации генератора ПСП;
фиг.7 - пример реализации блока управления.

Заявляемая радиолиния с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, представленная на фиг.1, содержит ни передающей стороне кодер 1, блок синхронизации 2, генератор ПСП 3, преобразователь ПСП 4, блок управления 5, синтезатор частот 6, модулятор 7, усилитель мощности 8, передающую антенну 9. Вход кодера 1 является входом радиолинии. Сигнальный выход кодера 1 подключен к сигнальному входу модулятора 7, выход блока синхронизации 2 подключен к входу генератора ПСП 3 и к тактовому входу преобразователя ПСП 4, управляющий вход которого соединен с выходом генератора ПСП 3. Выход преобразователя ПСП 4 подключен к входу блока управления 5, выход которого подключен к входу синтезатора частот 6, выход которого соединен с задающим входом модулятора 7, сигнальный выход которого подключен к сигнальному входу усилителя мощности 8, сигнальный выход которого подключен к сигнальному входу передающей антенны 9. На приемной стороне радиолиния содержит: антенное устройство 10, входной усилитель 11, смеситель-гетеродин 12, детектор 13, блок АРУ 14, решающее устройство 15, декодер 16, блок синхронизации 17, генератор ПСП 18, блок управления 19, преобразователь ПСП 20. Сигнальный выход антенного устройства 10 подключен к сигнальному входу входного усилителя 11. Сигнальный выход входного усилителя 11 подключен к сигнальному входу смесителя-гетеродина 12, сигнальный выход которого подключен к сигнальному входу детектора 13, дополнительный выход которого подключен к входу блока АРУ, выход которого подключен к управляющему входу входного усилителя 11 и к подстроечному входу блока управления 19, управляющий выход которого соединен управляющим входом смесителя-гетеродина 12. Тактовый выход блока управления 19 подключен к тактовому входу решающего устройства 15. Сигнальный выход детектора 13 подключен к сигнальному входу решающего устройства 15, сигнальный выход которого подключен к сигнальному входу декодера 16 и к входу блока синхронизации 17, выход которого соединен с входом генератора ПСП 18 и с тактовым входом преобразователя ПСП 20. Выход генератора ПСП 18 подключен к управляющему входу преобразователя ПСП 20, выход которого подключен к управляющему входу блока управления 19. Выход декодера 16 является выходом радиолинии с ППРЧ.

Кодер 1 служит для преобразования входной информационной последовательности импульсов в выходную последовательность с дополнительной кодовой избыточностью, позволяющей в декодере 16, служащем для восстановления исходной информационной последовательности, исправлять ошибки, появляющиеся из-за помех в переключаемых частотных каналах. Варианты реализации кодера 1 и декодера 16 известны и приведены, например, в [14, стр.323-330, рис. 8.9, 8.11, 8.16].

Блок синхронизации 2 служит для формирования тактовой последовательности импульсов с периодом следования Т/2 (при работе преобразователя ПСП по алгоритму, реализованному в устройстве, показанном на фиг.2), где Т - длительность работы радиолинии на одной частоте. В радиолиниях с медленной псевдослучайной перестройкой рабочих частот величина Т должна быть не меньше, чем период τ = 1/V следования импульсов на входе модулятора 7, т.е. T>τ. Вариант реализации блока синхронизации 2 известен и описан, например, в [23, стр. 193, рис. 5-19].

Генераторы псевдослучайной последовательности 3 и 18 предназначены для формирования одинаковых на передающей (3) и приемной (18) сторонах радиолинии последовательностей равновероятных номеров частот в диапазоне i=1,...,N, поступающих на выход в параллельном двоичном коде разрядностью n=[log₂N]. Пример реализации генератора ПСП 3(18) при N-2ⁿ на базе генератора двоичной ПСП и других типовых логических элементов показан на фиг.6.

Данный генератор псевдослучайной последовательности 3(18) состоит из RS-триггера 3.1, генератора тактовых импульсов 3.2, элемента И 3.3, генератора двоичной ПСП 3.4, счетчика 3.5, регистра сдвига 3.6, регистра хранения 3.7. Причем S-вход RS-триггера 3.1 и тактовый вход регистра хранения 3.7 объединены и являются входом генератора ПСП 3(18). Выходы 1-n регистра хранения 3.7 являются выходом генератора ПСП 3(18). Выход генератора тактовых импульсов 3.2 соединен с первым входом элемента И 3.3, выход которого одновременно подключен к входу счетчика 3.5, тактовому входу регистра сдвига 3.6 и к входу генератора двоичной ПСП 3.4, выход которого соединен с кодовым входом регистра сдвига 3.6, 1-n выходы которого соединены с 1-n входами регистра хранения 3.7. Выход счетчика 3.5 соединен с R-входом RS-триггера 3.1, выход которого соединен с вторым входом элемента И 3.3.

RS-триггер 3.1 предназначен для включения и выключения считывания двоичных n-разрядов с выхода генератора двоичной ПСП 3.4 на вход регистpa сдвига 3.6. Вариант реализации RS-тригтера 3.1 известен и описан, например, в [19, стр.74, рис.1.53].

Генератор тактовых импульсов 3.2 предназначен для формирования импульсов, синхронизирующих работу генератора двоичной ПСП 3.4 и регистра сдвига 3.6. Вариант реализации генератора тактовых импульсов 3.2 известен и описан, например, в [23, стр.193, рис. 5-19].

Элемент И 3.3 выполняет роль ключа, пропускающего импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 3.2 на вход генератора двоичной ПСП 3.4 и вход регистра сдвига 3.6 при разрешающем сигнале на выходе RS-триггера 3.1. Вариант реализации элемента И 3.3 известен и описан, например, в [23, стр.176, рис.5.2].

Генератор двоичной ПСП 3.4 служит для выработки ПСП в двоичном виде. Вариант реализации генератора двоичной ПСП 3.4 известен и описан, например, в [29, стр.147, рис.4.2.3].

Счетчик 3.5 предназначен для отсчета n импульсов и сброса RS-триггера 3.1 в исходное состояние. Вариант реализации счетчика 3.5 известен и описан, например, в [23, стр.190, рис.5-17].

Регистр сдвига 3.6 предназначен для формирования последовательности n-разрядных псевдослучайных двоичных чисел и реализации процедуры преобразования последовательного кода данных чисел в параллельный. Вариант реализации n-разрядного регистра сдвига 3.6 известен и описан, например, в [21, стр. 209, рис. 5.6].

Регистр хранения 3.7 предназначен для удержания последовательностей равновероятных номеров частот в течение интервала времени Т/2. Вариант реализации n-разрядного регистра хранения 3.7 известен и описан, например, в [21, стр. 208-210, рис. 5.4 (а)].

Преобразователи ПСП 4 и 20 являются носителями основных отличительных признаков заявляемого устройства и служат для формирования неравновероятной последовательности номеров перестраиваемых частот из равновероятной последовательности, формируемой генераторами ПСП 3 и 18.

Варианты реализации подобных преобразователей для формирования заданных вероятностных распределений дискретизируемых аналоговых уровней сигнала известны и приведены, например, в [26-28].

Предлагаемый вариант реализации преобразователя ПСП 4(20), составляющий вторую часть формулы изобретения, показан на фиг.2.

Преобразователь псевдослучайной последовательности 4(20) состоит из триггера 4.1, первого 4.2 и второго 4.3 ключей, первого 4.4 и второго 4.5 регистров хранения, а также дешифратора 4.6. При этом управляющий вход первого регистра хранения 4.4 и первый вход дешифратора 4.6 объединены и являются управляющим входом преобразователя псевдослучайной последовательности 4(20). Выход первого регистра хранения 4.4 подключен к второму входу дешифратора 4.6, выход которого подключен к управляющему входу второго регистра хранения 4.5, выход которого является выходом преобразователя псевдослучайной последовательности 4(20), тактовые входы первого 4.2 и второго 4.3 ключей объединены с входом триггера 4.1 и являются тактовым входом преобразователя псевдослучайной последовательности 4(20), управляющие входы первого 4.2 и второго 4.3 ключей подключены соответственно к первому и второму выходам триггера 4.1, а выходы первого 4.2 и второго 4.3 ключей подключены соответственно к тактовым входам первого 44 и второго 4.5 регистров хранения.

Триггер 4.1 служит для поочередного противофазного открытия и закрытия первого и второго ключей 4.2 и 4.3 с периодом T/2. Вариант реализации тригера 4.1 известен и описан, например, в [23, стр.165, рис.4-29].

Первый ключ 4.2 служит для пропускания нечетных тактирующих импульсов, обеспечивающих считывание очередного входного n-разрядного двоичного равновероятного псевдослучайного числа в первый регистр хранения 4.4.

Второй ключ 4.3 служит для пропускания четных тактирующих импульсов, обеспечивающих считывание с выхода дешифратора 4.6 очередного выходного n-разрядного двоичного неравновероятного псевдослучайного числа во второй регистр хранения 4.5.

Варианты реализации первого ключа 4.2 и второго ключа 4.3 известны и описаны, например, в [23, стр.176, рис.5.2].

Первый регистр хранения 4.4 предназначен для удержания параллельного n-разрядного двоичного кода очередного равновероятного псевдослучайного числа в течение длительности T между нечетными тактовыми импульсами с периодом T/2, поступающими на тактовый вход преобразователя ПСП.

Второй регистр хранения 4.5 предназначен для удержания параллельного n-разрядного двоичного кода очередного неравновероятного псевдослучайного числа в течение длительности T между четными тактовыми импульсами с периодом T/2, поступающими на тактовый вход преобразователя ПСП.

Варианты реализации первого регистра хранения 4.4 и второго регистра хранения 4.5 известны и представлены, например, в [21, стр.208-210, рис.5.4] .

Дешифратор 4.6 предназначен для преобразования 2n-разрядных двоичных псевдослучайных чисел с равномерным распределением в n-разрядные двоичные псевдослучайные числа с заданным распределением x*{x_i}_N в соответствии с используемым алгоритмом неравновероятного ППРЧ. Вариант реализации дешифратора 4.6 на базе арифметического логического устройства (AЛУ) известен и описан, например, в [19, стр.178, рис.1.130].

Блок управления 5 служит для преобразования двоичных номеров частот в соответствующие управляющие сигналы, обеспечивающие перестройку синтезатора частот 6 на соответствующие частоты. Реализация данного блока зависит от способа управления частотами в синтезаторе 6. Если синтезатор 6 выполнен на базе опорного генератора и делителей с переменным коэффициентом деления, то блок управления 5 может представлять собой дешифратор, преобразующий двоичный номер очередной частоты в соответствующий двоичный код коэффициента деления. Вариант такой реализации блока управления 5 в виде дешифратора известен и описан, например, в [19, стр.178, рис. 1.130].

Если синтезатор 6 представляет собой генератор, управляемый напряжением, то в роли блока управления 5 может выступать цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Вариант реализации ЦАП описан в [23, стр.185-193].

Синтезатор частот 6 служит для формирования несущего колебания на каждой очередной псевдослучайно перестраиваемой частоте. Вариант реализации синтезатора частот 6 известен и представлен, например, в [17, стр.214, рис. 7.7(а)].

Модулятор 7 служит для преобразования последовательности импульсов, поступающих на сигнальный вход модулятора с выхода кодера 1, в модулированный высокочастотный сигнал на частоте несущей, поступающей на задающий вход модулятора с выхода синтезатора частот 6. При этом могут использоваться различные способы модуляции (амплитудная, частотная, фазовая), что для заявляемого устройства не является принципиальным. Пример реализации модулятора 7 известен и описан, например, в [16, стр.273-274, рис.11.3 и рис.11.4].

Усилитель мощности 8 предназначен для усиления высокочастотного сигнала до величины, необходимой для компенсации потерь в среде распространения радиоволн. Вариант реализации усилителя мощности 8 известен и описан, например, в [22, стр.374, рис.11.24].

Антенные устройства 9, 10 предназначены для преобразования высокочастотного радиосигнала в радиоволны при передаче (9) и обратно при приеме (10). Варианты реализации антенных устройств 9, 10 известны и описаны, например, в [16, стр.169-172, рис.7.2 и рис.7.4].

Входной усилитель 11 служит для предварительного усиления принимаемых высокочастотных сигналов во всем частотном диапазоне до уровня, необходимого для нормальной работы следующих блоков приемного тракта. При этом для регулирования усиления используется управляющий сигнал, поступающий с выхода блока АРУ 14 на управляющий вход входного усилителя 11. Вариант реализации входного усилителя 11 известен и описан, например, в [23, стр.30, рис. 2.2(а)].

Смеситель-гетеродин 12 предназначен для перенесения радиосигналов, принимаемых на различных псевдослучайно перестраиваемых частотах, на общую промежуточную частоту. При использовании только амплитудной модуляции в роли данного блока может выступать перестраиваемый фильтр (а не преобразователь частоты), пропускающий на вход детектора 13 сигнал только на текущей рабочей частоте. Вариант реализации смесителя-гетеродина 12 приведен на фиг 5. Смеситель-гетеродин 12 состоит из смесителя 12.1, усилителя промежуточной частоты 12.2 и гетеродина 12.3. Причем первый вход смесителя 12.1 является сигнальным входом смесителя-гетеродина 12, а вход гетеродина 12.3 является управляющим входом смесителя-гетеродина 12. Выход гетеродина 12.3 является вторым входом смесителя 12.1, выход которого соединен с входом усилителя промежуточной частоты 12.2, выход которого является выходом смесителя-гетеродина 12.

Смеситель 12.1 предназначен для перенесения принимаемых радиосигналов на промежуточную частоту. Вариант реализации смесителя 12.1 известен и описан, например, в [17, стр.153, рис.5.12].

Усилитель промежуточной частоты 12.2 предназначен для усиления принятого радиосигнала на промежуточной частоте до величины, необходимой для работы последующих блоков приемного тракта. Вариант реализации усилителя промежуточной частоты 12.2 известен и описан, например, в [23, стр.100, рис.3-3].

Гетеродин 12.3 предназначен для формирования частоты смещения, являющейся разностью между частотой принимаемого радиосигнала и промежуточной частотой. Он может быть реализован таким же образом, как синтезатор частот 6. Отличие между ними заключается только в разнице значений формируемых частот на величину, равную промежуточной частоте. Вариант реализации гетеродина 12.3 известен и описан, например, в [17, стр.214, рис.7.7(а)].

Восстановление исходной последовательности импульсов из модулированною высокочастотного сигнала осуществляется в приемной части радиолинии путем снятия высокочастотного заполнения в детекторе 13 и потактового стробирования полученного сигнала в решающем устройстве 15. Сигнал на дополнительном выходе детектора 13 используется для оценки среднего уровня сигнала (огибающей) в блоке АРУ 14. При этом для усреднения уровня принимаемого сигнала может использоваться фильтр нижних частот (ФНЧ) с частотой среза F_o<<V, где V - скорость манипуляции несущей информационной последовательностью импульсов. Если указанный ФНЧ входит в состав блока АРУ, а в радиолинии используется амплитудная модуляция, то дополнительный выход детектора 13 может совпадать с его сигнальным выходом. В более общем случае в состав детектора 13 могут входить два блока детектирования - детектор сигнала (амплитудный, частотный или фазовый) и детектор огибающей (амплитудный детектор) с разными ФНЧ (перед сигнальным и дополнительным выходами), отличающимися частотами среза F_c≈V и F_o<<V соответственно, где V - скорость манипуляции информационной составляющей сигнала.

Детектор 13 предназначен для выделения сообщения из принятого колебания. Вариант реализации детектора 13 представлен на фиг.4. Детектор 13 состоит из декодера огибающей 13.1, декодера сигнала 13.2, первого 13.3 и второго 13.4 ФНЧ. Причем входы декодера огибающей 13.1 и декодера сигнала 13.2 объединены и являются входом детектора 13. Выход декодера огибающей 13.1 соединен с входом первого ФНЧ 13.3, выход которого является управляющим выходом детектора 13. Выход декодера сигнала 13.2 соединен с входом второго ФНЧ 13.4, выход которого является сигнальным выходом детектора 13.

Декодер огибающей 13.1 служит для выделения огибающей (уровня) сигнала, а декодер сигнала 13.2 предназначен для выделения информационной составляющей сигнала. Варианты реализации декодера огибающей 13.1 и декодера сигнала 13.2 известны и описаны, например, в [23, стр.91].

Первый 13.3 и второй 13.4 фильтры нижних частот (ФНЧ) предназначены для усреднения уровней продетектированных сигналов и отличаются частотами среза F_o<<V и F_c≈V соответственно. Варианты реализации первого 13.3 и второго 13.4 ФНЧ известны и описаны, например, в [17, стр.197, рис. 6,13(а)].

Блок АРУ 14 служит для автоматической регулировки усиления принимаемого сигнала. Пример реализации блока АРУ 14 известен и описан, например, в [17, стр.31, рис.2.2(а)].

Решающее устройство 15 предназначено для регистрации очередного принятого двоичного информационного разряда. Вариант реализации решающею устройства 15 известен и показан, например, в [21, стр.363-371].

Блок синхронизации 17, как и блок синхронизации 2, служит для формирования тактовой последовательности импульсов с периодом следования T/2. Отличие заключается в том, что в блоке синхронизации 17 указанный период следования может корректироваться по сигналам управления, выделяемым из принимаемой последовательности импульсов, поступающих с выхода решающею устройства 15 на вход блока синхронизации 17. При этом реализуется процедура согласования по задержке псевдослучайной последовательности, формируемой генератором ПСП 18 относительно Г1СП, формируемой генератором ПСП 3. Вариант реализации блока синхронизации 17, обеспечивающего синхронизацию по задержке ПСП, известен и описан, например, в [24, стр.266-328].

Блок управления 19, как и блок управления 5, служит в основном для преобразования двоичных номеров частот в соответствующие управляющие сигналы, обеспечивающие перестройку смесителя-гетеродина 12 на соответствующие частоты. Дополнительными функциями блока управления 19 в приемной части радиолинии с ППРЧ является коррекция управляющих сигналов, перестраивающих частоты в смесителе-гетеродине 12, и тактовых импульсов, стробирующих принимаемый сигнал с периодом τ = 1/V в решающем устройстве 15, по управляющим сигналам, поступающим на подстроечный вход блока управлений 19 с выхода блока АРУ. Подстройка может выполняться по разным алгоритмам, отличающимся скоростью, точностью, а также устойчивостью работы в различных условиях. В прототипе, например, для реализации всех функций блока управления 19 (и блока управления 5) используется микропроцессор. Пример реализации блока управления 19 из типовых функциональных элементов показан на фиг.7.

Блок управления 19 состоит из дешифратора 19.1, порогового устройства 19.2, элемента HE 19.3, генератора тактовых импульсов 19.4, элементов И 19.5, 19.8, реверсивною счетчика 19.6, арифметического сумматора 19.7, управляемого генератора тактовых импульсов (ГТИ) 19.9. Причем вход порогового устройства 19.2 является подстроечным входом блока управления 19. Вход дешифратора 19.1 является управляющим входом блока управления 19. Выход дешифратора 19 1 соединен с вторым входом арифметического сумматора 19.7 и входом управляемого ГТИ 19.9. Выход арифметического сумматора 19.7 является управляющим выходом блока управления 19. Выход управляемого ГТИ 19.9 соединен с вторым входом элемента И 19.8, выход которого является тактирующим выходом блока управления 19. Выход порогового устройства 19.2 соединен с первым входом элемента И 19.8 и входом элемента НЕ 19.3, выход которого соединен с первым входом элемента И 19.5, выход которого соединен с входом реверсивного счетчика 19.6, выход которого соединен с первым входом арифметического сумматора 19.7. Выход генератора тактовых импульсов 19.4 соединен с вторым входом элемента И 19.5.

Дешифратор 19.1 служит для преобразования двоичных номеров частот в соответствующие управляющие сигналы, обеспечивающие перестройку смесителя-гетеродина 12 (для случая, когда смеситель-гетеродин 12 выполнен на базе опорного генератора и делителей с переменным коэффициентом деления). Вариант реализации дешифратора 19.1 известен и описан, например, в [19, стр.178, рис.1.130].

Пороговое устройство 19.2 предназначено для реагирования на сигнал определенной амплитуды. Вариант реализации порогового устройства 19.2 известен и описан, например в [23, стр.80, рис.2-37].

Элемент НЕ 19.3 предназначен для обеспечения противофазной работы ключей 19.5, 19.8. Вариант реализации элемента НЕ 19.3 известен и представлен, например, в [23, стр.175, рис.5-1].

Генератор импульсов 19.4 служит для синхронизации реверсивного счетчика 19.6. Вариант реализации генератора импульсов 19.4 известен и описан, например, в [23, стр.193, рис. 5-19].

Элемент И 19.5 предназначен для пропускания тактовых импульсов с выхода генератора тактовых импульсов 19.4 на вход реверсивного счетчика 19.6 при уровне сигнала на входе порогового устройства 19.2 ниже порогового.

Элемент И 19.8 предназначен для пропускания импульсов с выхода управляемого ГТИ 19.9 на вход решающего устройства 15 при уровне сигнала на входе порогового устройства 19.2 выше порогового.

Варианты реализации элементов И 19.5, 19.8 известны и описаны, например, в [23, стр.176, рис.5.2].

Реверсивный счетчик 19.6 предназначен для последовательного перебора кодов смещения частоты в режиме поиска (подстройки). Вариант реализации реверсивного счетчика 19.6 известен и описан, например, в [23, стр.190, рис.5-17] .

Арифметический сумматор 19.7 служит для вычисления текущей частоты настройки смесителя-гетеродина. Вариант реализации арифметического сумматора 19.7 известен и представлен, например, в [19, стр.155, рис.1.113].

Управляемый ГТИ 19.9 предназначен для выработки тактовых импульсов, определяющих моменты регистрации принимаемых информационных сигналов в решающем устройстве 15. Вариант реализации управляемого ГТИ 19.9 известен и описан, например, в [24, стр.266-328].

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Входная информационная последовательность импульсов с входа радиолинии поступает на вход кодера 1, который преобразует ее в выходную последовательность импульсов с дополнительной кодовой избыточностью, следующих с тактовой скоростью V = 1/τ. Данная последовательность закодированных информационных импульсов поступает на сигнальный вход модулятора 7, который преобразует их в модулированный высокочастотный сигнал на текущей псевдослучайной частоте несущей, поступающей на задающий вход модулятора с выхода синтезатора частот 6. Далее высокочастотный сигнал усиливается в усилителе мощности 8 и излучается антенной 9 в сторону приемной части радиолинии. Текущая несущая частота формируется в синтезаторе частот 6 в соответствии с управляющими сигналами, поступающими на вход синтезатора 6 с выхода блока управления 5, на вход которого с выхода преобразователя ПСП 4 с периодом T>τ поступают n-разрядные двоичные номера частот, где n=[log₂N], N - количество частот. Преобразователь ПСП 4 преобразует последовательность равновероятных 2n-разрядных двоичных чисел, считываемых за два полутакта с периодом T/2, с выхода n-разрядного генератора ПСП 3, в последовательность неравновероятных n-разрядных двоичных номеров частот. Тактирование генератора ПСП 3 и преобразователя ПСП 4 с периодом T/2 осуществляется блоком синхронизации 2.

Используемый алгоритм преобразования ПСП в целом опирается на известный метод геометрической интерпретации вероятностей N событий {x_i}_N, как N участков соответствующей длины, укладывающихся на отрезке единичной длины. Особенностью предлагаемого преобразователя ПСП 4 является учет предопределенной дискретности множества N случайных чисел и сохранение в качестве источника входных равновероятных чисел типового n-разрядного двоичного генератора ПСП, где n=[lоg₂N] (как в прототипе). При этом проблемой реализации неравновероятной ПСП (на базе указанного выше принципа геометрической интерпретации вероятностей) является невозможность получения ненулевых вероятностей отдельных частот меньших, чем 1/N, т.е. меньших, чем в случае равновероятного выбора отдельных частот. Одним из способов решения указанной проблемы является увеличение разрядности входных двоичных псевдослучайных чисел. Однако в заявляемом изобретении с целью упрощения формирования неравновероятной ПСП на базе типового n-разрядного двоичного генератора равновероятной ПСП для увеличения разрядности исходных равновероятных псевдослучайных чисел используются два последовательно генерируемых n-разрядных двоичных псевдослучайных числа, образующих в совокупности одно 2n-разрядное двоичное псевдослучайное число, что обеспечивает возможность задания ненулевых вероятностей выбора отдельных частот с минимальным значением 1/(N²).

Радиосигнал, принятый антенной 10, после усиления во входном усилителе 11 поступает на сигнальный вход смесителя-гетеродина 12, который переносит данный радиосигнал, принимаемый на различных псевдослучайно перестраиваемых частотах, на общую промежуточную частоту. С выхода смесителя-гетеродина 12 высокочастотный сигнал поступает на вход детектора 13, который выделяет низкочастотную огибающую информационного сигнала и подает ее на вход решающего устройства, который после стробирования импульсами с тактовой скоростью V = 1/τ, поступающими с выхода блока управления 19, восстанавливает исходную закодированную последовательность импульсов и подает ее на вход декодера 16, в котором исправляются ошибки и восстанавливается исходная информационная последовательность, поступающая затем на выход радиолинии.

Для регулирования усиления входного усилителя 11 на его управляющий вход с выхода блока АРУ 14 поступает управляющий сигнал, формируемый на основании оценки среднего уровня (огибающей) сигнала, поступающей на вход блока АРУ 14 с дополнительного выхода детектора 13.

Перестройка смесителя-гетеродина 12 на очередные псевдослучайные частоты осуществляется с помощью управляющих сигналов, поступающих на управляющий вход смесителя-гетеродина 12 с управляющего выхода блока управления 19, который формирует данные сигналы в соответствии с номерами частот, поступающими на управляющий вход блока управления 19 с выхода преобразователя ПСП 20. Кроме того, блок управления 19 корректирует управляющие сигналы, перестраивающие частоты в смесителе-гетеродине 12, и тактовые импульсы, стробирующие принимаемый сигнал в решающем устройстве 15, по управляющим сигналам, поступающим на подстроечный вход блока управления 19 с выхода блока АРУ 14.

Формирование номера текущей частоты в приемной части радиолинии осуществляется с помощью блока синхронизации 17, генератора ПСП 18 и преобразователя ПСП 20, выполняющих функции, аналогичные описанным выше функциям блока синхронизации 2, генератора ПСП 3 и преобразователя ПСП 4 в передающей части радиолинии. Дополнительной функцией блока синхронизации 17 является подстройка последовательности тактовых импульсов для синхронизации по задержке формируемой псевдослучайной последовательности номеров частот и моментов их смены.

Положительный эффект от заявляемого устройства по сравнению с радиолинией, использующей алгоритм равновероятной перестройки рабочих частот, продемонстрируем на следующем примере.

Пусть в частотных каналах i=l,...,m<N постоянно действуют достаточно мощные стационарные помехи, имеющие одинаковый относительный уровень (помеха/сигнал) σ_i = 1 и структуру оптимизированных нестационарных помех (для оценки на наихудший случай). Значения параметра α во всех каналах будем считать одинаковыми. Введем обозначения: σ и δ - нормированные (относительно мощности сигнала) мощности стационарных и нестационарных помех, приходящиеся в среднем на один канал, причем σ = m/N<1, δ<<1, σ+δ<1. Рассмотрим в качестве обобщенного показателя помехоустойчивости среднюю вероятность ошибки P_ош.

Равновероятный выбор частотных каналов позволяет обеспечить гарантированное значение P_ош≤P*ош.1

= α•(σ+δ). Данный результат соответствует наихудшему случаю, когда δ_сум = (δ+σ)•N с учетом α_i = α, ϕ_i(0) = 0, i=1,...,N [12]. Оптимальный алгоритм неравновероятной перестройки рабочих частот в отличие от алгоритма равновероятной перестройки в данном случае исключает из перечня используемых каналов каналы i=l,...,m что позволяет обеспечить P_ош≤P*ош.2 = αδ/(1-σ). Данный результат соответствует менее наихудшему случаю, когда δ_сум = δN с учетом сокращенного количества перебираемых индексов i= m+l, ...,N и α_i = α, ϕ_i(0) = 0. Выигрыш, характеризующий степень снижения гарантированной величины верхней границы вероятности ошибки, при этом составляет K = P*ош.1/P*ош.2 = (1-σ)(σ+δ)/δ≥1. Наибольший выигрыш обеспечивается при σ = 0,5, что соответствует подавлению половины каналов стационарными помехами. При этом K = 0,5(0,5+δ)/δ≈0,25/δ (приближение справедливо при δ<<1).

В общем случае выигрыш за счет использования предлагаемого алгоритма в условиях долговременной неоднородности отдельных частотных каналов возрастает при уменьшении мощности нестационарных помех. При пренебрежимо малом или одинаковом уровне стационарных помех во всех частотных каналах (т.е. при отсутствии неоднородности) эффективность предлагаемого алгоритма совпадает с эффективностью обычного алгоритма равновероятной перестройки рабочих частот.

Следует отметить, что при использовании алгоритмов частотной адаптации [1-4] в описанных выше условиях непредсказуемого распределения мощности нестационарных помех из-за их возможной концентрации на любой выбираемой рабочей частоте можно гарантировать вероятность ошибки лишь не ниже, чем
P*ош.3

= αδ_сум = αδN = N(1-σ)P*ош.2,
т. е. предлагаемая радиолиния с неравновероятной ППРЧ обеспечивает выигрыш в величине гарантируемой вероятности ошибки (P*_ош.2) и по сравнению с частотно-адаптивными радиолиниями (P*_ош.3) в данном случае в N(1-σ) раз. При отсутствии нестационарных помех, т.е. при δ = 0, предлагаемая радиолиния с неравновероятной ППРЧ и частотно-адаптивная радиолиния в данном случае обеспечивают одинаковую минимальную вероятность ошибки P*_ош.2=P*_ош.3=0, а радиолиния с равновероятной ППРЧ будет по прежнему обеспечивать ненулевую вероятность ошибки (вследствие периодического использования частот, пораженных стационарными помехами), равную в данном случае величине P*ош.1 = α.δ.
Источники информации
1. Системы беспроводной связи европейского стандарта DECT. // В кн. Громаков Ю. А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи.- М.: ЭКО-ТРЕНДЗ. 2000. С.209-212.

2. PHS - система беспроводной персональной связи в Японии. // В кн. Громаков Ю. А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000. С.219-220.

3. Устройство для выбора канала с экстремальным средним напряжением. // А.С. СССР 788418, 1979.

4. Устройство для установления связи на KB с использованием управления при помощи вычислительной машины. // Франция, Патент 2430697, 1980.

5. Системы с прыгающей частотой. /В кн. Кларк Дж, Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. М.: Радио и связь, 1987. - С. 352-356.

6. Адресные системы с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. / В кн. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. - С.86-87.

7. Радиомодемы серии BreezeLink 121 производства фирмы BreezCOM Ltd. Сертификат Соответствия ОС/1-РМ-51. Система сертификации "Электросвязь" М.: Государственный комитет РФ по связи и информатизации, 2000.

8. Технологии расширения спектра. Стандарт 1ЕЕЕ 802.11 / В кн. Современные беспроводные и спутниковые технологии. М.: Diamond Communications, 1998. - С.18-28.

9. Channel Hopping Radio Communication System and Method. // US Patent 5361401,1994.

10. Frequency Hopping Data Communication System. // US Patent 4653068, 1987.

11. Чуднов А.М. Помехозащищенность системы передачи информации с ППРЧ в условиях наихудших помех. // Изв.вузов. Радиоэлектроника, 1984. Т.27. 9. С. 2-8.

12. Одоевский С.М., Ерышов B.Г. Адаптивно-игровой алгоритм переключения каналов передачи информации. / Сети связи и системы коммутации. Сборник научных трудов. Выпуск 1.- СПб. "Тема", 2000. - С.91-98.

13. Чуднов А.М. Анализ систем в структурно неопределенных условиях. // Изв.вузов. Радиоэлектроника, 1983.- Т.26.- N 3. С.17-20.

14. Кларк Дж. , Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. М.: Радио и связь, 1987. - 392 с.

15. Банкет В.А., Дорофеев В.М. Цифровые методы в спутниковой связи. М.: Радио и связь, 1988. 213 с.

16. Дж. Спилкер. Цифровая спутниковая связь. М.: Связь, 1979. 592 с.

17. Радиоприемные устройства. / Под ред. Л.Г. Барулина. М.: Радио и связь, 1984. 272 с.

18. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя. /P. M. Терещук, К.М. Терещук, С.А, Седов. - Киев: Наукова думка, 1989. - 800 с.

19. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. М.: Радио и связь, 1988. - 352 с.

20. У. Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. М.: Мир, 1982. - 512 с.

21. Алексеенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника. М.: Радио и связь, 1982. - 414 с.

22. Каганов В.И. СВЧ полупроводниковые передатчики. М.: Радио и связь, 1981. - 400 с.

23. Батушев В. Л. Микросхемы и их применение. М.: Радио с связь, 1983. 271 с.

24. Варакин Л. E. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. 384 с.

25. Дискриминатор для синхронизации по задержке псевдослучайной последовательности. // А.С. СССР 647875, 1979.

26. Радиолиния с амплитудно-фазоманипулированными шумоподобными сигналами. // А.С. СССР 1635275, 1990.

27. Радиолиния с амплитудно-фазоманипулированными шумоподобными сигналами. // Роспатент 2101871, 1996.

28. Радиолиния с амплитудно-фазоманипулированными шумоподобными сигналами. // Роспатент 2144272, 1999.

29. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации./ Под ред. В.Б. Пестрякова. М.: Сов. Радио, 1973. - 424 с.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи, функционирующих в условиях неопределенных помех. Достигаемый технический результат - повышение помехоусточивости радиолинии в условиях воздействия нестационарных помех при наличии долговременного неоднородного качества отдельных частотных каналов. Радиолиния содержит на передающей стороне кодер, блок синхронизации, генератор псевдослучайной последовательности (ПСП), блок управления, синтезатор частот, модулятор, усилитель мощности, передающую антенну, преобразователь ПСП, а на приемной стороне приемную антенну, входной усилитель, смеситель-гетеродин, детектор, блок АРУ, решающее устройство, декодер, блок синхронизации, генератор ПСП, блок управления, преобразователь ПСП. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Радиолиния с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, содержащая на передающей стороне последовательно соединенные кодер, модулятор, усилитель мощности и передающую антенну, а также блок синхронизации, генератор псевдослучайной последовательности, блок управления и синтезатор частот, причем выход блока синхронизации подключен к входу генератора псевдослучайной последовательности, выход блока управления подключен к входу синтезатора частот, выход которого подключен к задающему входу модулятора, причем вход кодера является входом радиолинии, а на приемной стороне содержащая последовательно соединенные приемную антенну, входной усилитель, смеситель-гетеродин, детектор, решающее устройство и декодер, а также блок синхронизации, генератор псевдослучайной последовательности, блок управления и блок автоматической регулировки усиления, причем вход блока синхронизации соединен с выходом решающего устройства, а выход подключен к входу генератора псевдослучайной последовательности, вход блока автоматической регулировки усиления соединен с дополнительным выходом детектора, а выход подключен к управляющему входу входного усилителя и к подстроечному входу блока управления, управляющий выход которого подключен к управляющему входу смесителя-гетеродина, а тактовый выход подключен к тактовому входу решающего устройства, причем выход декодера является выходом радиолинии, отличающаяся тем, что на передающей стороне дополнительно веден преобразователь псевдослучайной последовательности, управляющий вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, тактовый вход соединен с выходом блока синхронизации, а выход подключен к входу блока управления, а на приемной стороне дополнительно введен преобразователь псевдослучайной последовательности, управляющий вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, тактовый вход соединен с выходом блока синхронизации, а выход подключен к управляющему входу блока управления. 2. Радиолиния по п. 1, отличающаяся тем, что преобразователь псевдослучайной последовательности состоит из триггера, дешифратора, первого и второго ключей, а также первого и второго регистров хранения, причем управляющий вход первого регистра хранения и первый вход дешифратора объединены и являются управляющим входом преобразователя псевдослучайной последовательности, выход первого регистра хранения подключен к второму входу дешифратора, выход которого подключен к управляющему входу второго регистра хранения, выход которого является выходом преобразователя псевдослучайной последовательности, тактовые входы первого и второго ключей объединены с входом триггера и являются тактовым входом преобразователя псевдослучайной последовательности, управляющие входы первого и второго ключей подключены, соответственно, к первому и второму выходам триггера, а выходы первого и второго ключей подключены, соответственно, к тактовым входам первого и второго регистров хранения.