СПОСОБ И УСТРОЙСТВО СИНХРОНИЗАЦИИ М-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ Российский патент 2005 года по МПК H04L7/02 

Предлагаемые технические решения объединены единым изобретательским замыслом и относятся к области радиотехники, а именно к области синхронизации псевдослучайных последовательностей.

Предлагаемые способ и устройство синхронизации М-последовательности могут быть использованы для синхронизации сложных сигналов при небольшом соотношении сигнал / шум на входе приемника.

Известны способы синхронизации М-последовательности, описанные, например, в статье Уорд Р. Различение псевдошумовых сигналов методом последовательной оценки. - Зарубежная радиоэлектроника, 1966, №8, с.20-37, как способ RASE (Rapid Acqusition by Sequental Estimation) быстрого распознавания путем последовательной оценки; в книге В.И.Журавлев. Поиск и синхронизация в широкополосных системах. - М.: Радио и связь. 1986, с.86-102, как способы последовательной оценки символов псевдослучайной последовательности с одной ступенью проверки, с.86, последовательной оценки с двумя ступенями проверки, с.92; а также модифицированные способы последовательной оценки, описанные в указанной выше книге, такие как способ последовательной оценки символов и формирование метрик ненадежности, с.95, по А.с. 315298 (СССР). Способ вхождения в синхронизм / Авт. Изобр. В.И.Кириченко, Я.Д.Хацкелевич. - Опубл. в БИ, 1971, №28 и способ последовательной мажоритарной оценки символов ПСП, с.97.

Перечисленные способы синхронизации заключаются в разделении принятого информационного сигнала на две ветви обработки, временной задержке информационного сигнала в первой ветви, формировании оценочного сигнала и его задерживании во второй ветви, вычислении коэффициента корреляции между задержанной частью информационного сигнала первой ветви и оценочным значением информационного сигнала во второй ветви, формировании управляющего сигнала и генерировании М-последовательности, синхронной с принимаемой последовательностью.

Недостатками перечисленных способов синхронизации являются относительно высокое время синхронизации, что обусловливается:

предварительным квантованием принимаемого сигнала на два или более уровней и проведением оценки сигнала в дискретном виде, приводящих к потере некоторой части информации;

необоснованным отказом от учета рекуррентных свойств М-последовательности по предсказанию очередного символа на основе ранее принятых сигналов и использованием задержки сигнала, приводящих к увеличению времени вхождения в синхронизацию.

Наиболее близким по своей сущности к заявленному способу синхронизации М-последовательности является известный способ, изложенный в описании изобретения к патенту Российской Федерации №2127954 "Способ и устройство синхронизации М-последовательности". Способ-прототип синхронизации М-последовательности заключается в разделении принятого информационного сигнала на первые две ветви обработки, дискретизации принятого информационного сигнала на k элементов в первой ветви и выделении тактовой частоты во второй ветви, разделении элементов дискретизированного сигнала на вторые две ветви обработки и задерживании их в первой ветви, формировании оценочного сигнала, его квантовании и задерживании во второй ветви, вычислении коэффициента корреляции между задержанной частью информационного сигнала в первой ветви первого разделения и оценочным значением информационного сигнала во второй ветви второго разделения, формировании управляющего сигнала и генерировании М-последовательности двоичных символов с периодом 2ⁿ-1, где n - порядок порождающего полинома.

Недостатком способа-прототипа синхронизации М-последовательности является то, что оценочные значения элементов сигнала формируют с использованием предсказанных значений, умноженных на весовой коэффициент С2, характеризующий степень учета начальных условий. Значение коэффициента С2 является дробным и подбирается экспериментально, что может привести к формированию ошибочных оценочных значений и увеличению времени синхронизации, а также не позволяет функционировать в автоматизированном режиме.

Известны устройства, реализующие указанные выше способы синхронизации М-последовательности, описанные, например:

в статье Уорд Р. Различение псевдошумовых сигналов методом последовательной оценки. - Зарубежная радиоэлектроника, 1966, №8, с.23, рис.2;

в книге В.И.Журавлев. Поиск и синхронизация в широкополосных системах. - М.: Радио и связь. 1986, с.86-102, где устройство, реализующее способ последовательной оценки с одной ступенью проверки, изображено на рис.3.1, а устройство, реализующее способ последовательной оценки с двумя ступенями проверки, изображено на с.98;

по А.с. SU 1626426 А1 / Авт. Изобр. В.П.Ефимов, В.В.Епишев, С.Б.Матлашевский. - Опубл. в Бюл. №5 07.02.91, реализующее модификацию способа последовательной мажоритарной оценки символов псевдослучайной последовательности как устройство поиска псевдошумового сигнала по задержке.

Каждое из перечисленных устройств включает в себя блок формирования оценочного сигнала, каскадно соединенные по информационным входам линию задержки, коррелятор и устройство управления, выход которого подключен к первому управляющему входу регистра сдвига с обратными связями, выход которого является выходом устройства синхронизации.

Недостатками перечисленных устройств синхронизации являются относительно высокое время синхронизации, что обусловливается:

предварительным квантованием принимаемого сигнала на два или более уровней и проведением оценки сигнала в дискретном виде, приводящих к потере некоторой части информации;

необоснованным отказом от учета рекуррентных свойств М-последовательности по предсказанию очередного символа на основе ранее принятых сигналов и использованием задержки сигнала, приводящих к увеличению времени вхождения в синхронизацию.

Наиболее близким по своей сущности к заявленному устройству синхронизации М-последовательности является известное устройство, представленное в описании изобретения к патенту Российской Федерации №2127954 "Способ и устройство синхронизации М-последовательности". Устройство-прототип синхронизации М-последовательности включает дискретизатор, выделитель тактовой частоты, блок формирования оценочного сигнала, линию задержки, блок коммутации, квантователь, коррелятор, устройство управления и регистр сдвига с обратными связями.

Недостатком устройства-прототипа синхронизации М-последовательности является то, что в блоке формирования оценочного сигнала предсказанное значение элемента сигнала, поступающее из накопителя, умножается на постоянный множитель, то есть на весовой коэффициент С2, значение которого является дробным и подбирается экспериментально, что может привести к формированию ошибочных оценочных значений и увеличению времени синхронизации, а также не позволяет функционировать устройству в автоматизированном режиме.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа и устройства синхронизации М-последовательности, обеспечивающих уменьшение времени синхронизации псевдослучайных последовательностей.

Поставленная задача решается следующим образом. В известном способе, заключающемся в разделении принятого информационного сигнала на первые две ветви обработки, дискретизации принятого информационного сигнала на k элементов в первой ветви и выделении тактовой частоты во второй ветви, разделении элементов дискретизированного сигнала на вторые две ветви обработки и задерживании их в первой ветви, формировании оценочного сигнала, его квантовании и задерживании во второй ветви, вычислении коэффициента корреляции между задержанной частью информационного сигнала в первой ветви первого разделения и оценочным значением информационного сигнала во второй ветви второго разделения, формировании управляющего сигнала и генерировании М-последовательности двоичных символов с периодом 2ⁿ-1, где n - порядок порождающего полинома, формируют оценочный сигнал, вычитая последовательно, начиная с первого элемента дискретизированного сигнала, уточненное предсказанное значение информационного сигнала, полученный разностный сигнал умножают на весовой коэффициент, а затем умноженный сигнал суммируют с уточненным предсказанным значением информационного сигнала, после чего полученное оценочное значение задерживают на время τ , равное длительности одного элемента дискретизированного сигнала. Оценочное значение сигнала для k-го элемента дискретизированного сигнала разделяют на третьи две ветви обработки, в первой ветви третьего разделения оценочное значение информационного сигнала используют для формирования уточненного предсказанного значения сигнала, во второй ветви третьего разделения оценочное значение информационного сигнала последовательно умножают на элементы дискретизированного информационного сигнала первой ветви первого разделения, задержанных на время k× τ .

Причем в качестве уточненного предсказанного значения информационного сигнала для первого элемента дискретизированного сигнала используют раннее полученные оценочные значения информационного сигнала, преобразованные по рекуррентному правилу формирования М-последовательности, просуммированные на длительности n элементов последовательности и разделенные на n, задержанные на время, равное k× τ (n-1), а для i-го элемента (где i=2, 3,... , k) в качестве уточненного предсказанного значения информационного сигнала используют оценочное значение сигнала, полученное для (i-1)-го элемента дискретизированного сигнала, задержанные на время τ .

Указанная новая совокупность выполняемых действий, основанных на формировании уточненных предсказанных значений информационного сигнала, позволяет повысить вероятность правильного приема единичных элементов псевдослучайной последовательности и тем самым уменьшает время синхронизации М-последовательности.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве синхронизации М-последовательности, содержащем дискретизатор, выделитель тактовой частоты, блок формирования оценочного сигнала, линию задержки, блок коммутации, квантователь, коррелятор, устройство управления и регистр сдвига с обратными связями, дополнительно введен блок формирования уточненного предсказанного значения.

Информационный вход дискретизатора в параллель соединен с информационным входом выделителя тактовой частоты и является входом устройства синхронизации. Информационный выход в параллель соединен с информационным входом линии задержки и с первым информационным входом блока формирования оценочного сигнала, информационный выход которого соединен с первым информационным входом блока коммутации, второй информационный выход которого подключен к информационному входу регистра сдвига с обратными связями. Информационный выход квантователя соединен с вторым информационным входом блока коммутации, первый информационный выход которого соединен с вторым информационным входом коррелятора. Первый информационный вход коррелятора соединен с входом линии задержки. Информационный выход коррелятора соединен с информационным входом устройства управления, выход которого соединен с управляющим выходом блока коммутации и с первым управляющим входом регистра сдвига с обратными связями, выход которого является выходом устройства синхронизации. Первый управляющий выход выделителя тактовой частоты соединен с управляющими входами дискретизатора, линии задержки, коррелятора и с первым управляющим входом блока формирования оценочного сигнала. Второй управляющий вход блока формирования оценочного сигнала соединен с вторым управляющим выходом выделителя тактовой частоты и вторым управляющим входом регистра с обратными связями.

Информационный вход дополнительно введенного блока уточненного предсказанного значения соединен с информационным выходом блока формирования оценочного сигнала. Первый и второй информационные выходы блока формирования уточненного предсказанного значения соединены соответственно с информационным входом квантователя и вторым информационным входом блока формирования оценочного сигнала, второй управляющий вход которого соединен с управляющим входом блока формирования уточненного предсказанного значения.

Блок формирования оценочного сигнала состоит из первого и второго управляемых переключателей, первого и второго аналоговых сумматоров, умножителя на постоянный множитель и линии задержки. Второй информационный вход блока формирования оценочного сигнала является вторым информационным входом первого управляемого переключателя, информационный выход которого в параллель соединен с вторым информационным входом первого аналогового сумматора и с вторым информационным входом второго аналогового сумматора. Первый информационный вход блока формирования оценочного сигнала является первым информационным входом первого аналогового сумматора, информационный выход которого соединен с информационным входом умножителя на постоянный множитель, информационный выход которого соединен с первым информационным входом второго аналогового сумматора. Информационный выход второго аналогового сумматора в параллель соединен с информационными входами второго управляемого переключателя и линии задержки. Первый управляющий вход блока формирования оценочного сигнала в параллель соединен с первыми управляющими входами первого и второго управляемых переключателей, а второй управляющий вход с управляющим входом линии задержки. Информационный выход второго управляемого переключателя является информационным выходом блока формирования оценочного сигнала.

Блок формирования уточненного предсказанного значения состоит из усредняющего устройства и накопителя. Информационный вход блока формирования уточненного предсказанного значения является информационным входом накопителя, n выходов которого соединены с n входами усредняющего устройства, выход которого является вторым информационным выходом блока формирования уточненного предсказанного значения. Первый информационный выход накопителя в параллель соединен с первым информационным выходом блока формирования уточненного предсказанного значения. Управляющий вход блока формирования уточненного предсказанного значения является управляющим входом накопителя.

Благодаря новой совокупности существенных признаков за счет введения блока формирования уточненного предсказанного значения и изменения структуры блока формирования оценочного сигнала достигается улучшение оценки принимаемого сигнала, то есть повышение вероятности правильного приема единичного элемента псевдослучайной последовательности и тем самым уменьшается время синхронизации М-последовательности.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленных технических решений, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленных способа и устройства условию патентоспособности "новизна". Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленных объектов, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленных изобретений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленные изобретения соответствуют условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Заявленные объекты изобретения поясняются схемами:

фиг.1 - осциллограммы, поясняющие суть предлагаемого способа синхронизации М-последовательности;

фиг.2 - результаты исследования заявленного способа синхронизации М-последовательности;

фиг.3 - структурная схема устройства синхронизации М-последовательности;

фиг.4 - структурная схема блока формирования оценочного сигнала;

фиг.5 - структурная схема блока формирования уточненного предсказанного значения;

фиг.6 - структурная схема накопителя;

фиг.7 - структурная схема усредняющего устройства;

фиг.8 - структурная схема блока аналоговых сумматоров.

Реализация заявленного способа заключается в следующем. В технике связи широкое применение нашли М-последовательности, формируемые на основе цифровых регистров сдвига с обратными связями. Рекуррентное правило формирования М-последовательности можно представить в виде рекуррентной формулы:

a₀·_{dj=an·dj-nan-1·dj-(n-1)... a2·dj-2a1·dj-1,}

где d_j - j-тый элемент М-последовательности, образуемый сложением по модулю 2 некоторого числа предшествующих элементов, хранящихся в регистре, а именно тех из них, коэффициенты при которых равны 1.

Однако период М-последовательности, равный L=2ⁿ-1, где n - порядок порождающего полинома, может оказаться по времени больше, чем время сеанса связи, что значительно осложняет процесс установления синхронизации и, соответственно, значительно увеличивает время установления синхронизации М-последовательности. Однако, если произвести перекодировку 0→ +1, а +1→ -1 и сумматоры по модулю два заменить на аналоговые умножители, то на выходе регистра с обратными связями можно получить аналоговую последовательность сигналов, обладающих рекуррентными и корреляционными свойствами, как и цифровая М-последовательность. Применение аналоговых М-последовательностей дает ряд преимуществ при обработке искаженных сигналов за счет отказа от предварительного квантования сигнала, приводящего к потере некоторой части информационного сигнала.

Отрезок М-последовательности на передающей стороне имеет вид, представленный на фиг.1(а). На приемной стороне имеет вид, представленный на фиг.1(б).

Из принимаемой смеси сигнала и шума с помощью известных способов выделяют тактовую частоту (F_t). Известные способы выделения тактовой частоты описаны, например, в книге: Е.М.Мартынов. Синхронизация в системах передачи дискретных сообщений. - М.: Связь. 1972, стр.107. Стробирующие импульсы с тактовой частотой информационных сигналов показаны на фиг.1(в). Период следования импульсов с тактовой частотой равен T=1/F_t.

Используя известные способы деления частоты, получают частоту, в k раз превышающую тактовую f_d=kF_t, где k - количество дискретизированных отсчетов на длительности одного информационного элемента сигнала. Известные способы деления частоты описаны, например, в книге: М.Л.Лейнов, B.C.Качалуба, А.В.Рыжков. Цифровые делители частоты на логических элементах. - М.: Энергия. 1975, стр.93. Стробирующие импульсы с частотой, в k раз превышающей тактовую, показаны на фиг.1(г). Период следования импульсов с частотой, в k раз превышающей тактовую, равен τ =1/f_d.

С целью избежания внесения дополнительных искажений принимаемый сигнал на входе демодулятора не квантуют на два уровня, а дискретизируют с частотой f_d. Известные способы дискретизации сигналов описаны, например, в книге: Ж.Маркюс. Дискретизация и квантование. - М.: Энергия. 1969, стр.45. Аналоговые дискретизированные отсчеты принятого сигнала показаны на фиг.1(д). После дискретизации каждый дискретизированный отсчет поступает на первый информационный вход блока формирования оценочного сигнала.

Формируют оценочный сигнал с учетом уточненного предсказанного значения информационного сигнала. При этом вычитают последовательно, начиная с первого элемента дискретизированного сигнала, уточненное предсказанное значение информационного сигнала. Известные способы вычитания сигналов описаны, например, в книге: А.А.Сикарев, О.Н.Лебедев. Микроэлектронные устройства формирования и обработки сложных сигналов. - М.: Радио и связь. 1983, стр.194. Полученный разностный сигнал умножают на весовой коэффициент С1, значение которого целесообразно выбирать в пределах от 0.5 до 1. По физической сущности умножению на постоянный множитель соответствует усиление сигнала. Известные способы усиления сигналов описаны, например, в книге: А.А.Сикарев, О.Н.Лебедев. Микроэлектронные устройства формирования и обработки сложных сигналов. - М.: Радио и связь. 1983, стр.184. После чего оценочное значение информационного сигнала, полученное на первом дискретизированном отсчете, суммируют с уточненным предсказанным значением информационного сигнала, представленным на фиг.1(е) и задерживают на время τ , равное длительности одного дискретизированного отсчета элемента сигнала. Способы задерживания сигналов известны и описаны, например, в книге: И.А.Цыкин. Дискретно-аналоговая обработка сигналов. - М.: Радио и связь. 1982, стр.19. Оценочные значения информационного сигнала, полученные на каждом дискретизированном отсчете смеси сигнала и шума, показаны на фиг.1(ж).

Для формирования оценочного значения информационного сигнала из последующих дискретизированных отсчетов смеси сигнала и шума, начиная со второго и до k-го, используют оценочное значение информационного сигнала, полученное из предыдущего дискретизированного отсчета смеси сигнала и шума, которое будет являться в данном случае уточненным предсказанным значением информационного сигнала. Оценочное значение информационного сигнала, полученное на k-м дискретизированном отсчете, считают оценочным значением информационного сигнала в целом. Для оценки следующего элемента информационного сигнала все описанные выше действия повторяют.

В аналитической форме указанные действия можно записать следующим образом:

где S₁ - i-й дискретизированный отсчет информационного сигнала (где i=1... k);

Р - уточненное предсказанное значение информационного сигнала;

- оценочное значение информационного сигнала, полученное из i-го дискретизированного отсчета информационного сигнала (где i=1... k);

C₁ - весовой коэффициент (где С₁∈_{[0.5, 1]).}

С целью получения уточненного предсказанного значения информационного сигнала для первого элемента дискретизированного сигнала используют ранее полученные оценочные значения информационного сигнала, преобразованные по рекуррентному правилу формирования М-последовательности, просуммированные на длительности n элементов последовательности и разделенные на n.

Таким образом, Р определяется как:

где Р - уточненное предсказанное значение информационного сигнала;

- оценочные значения информационного сигнала;

n - длина регистра.

Способы деления аналоговых сигналов известны и представлены, например, в книге: Л.Фолкенберри. Применения операционных усилителей и линейных ИС: Пер. с англ. - М.: Мир, 1985. - 572 с. (Схема деления аналоговых сигналов, рис.7.7, стр.170).

Использование при получении оценочного значения элемента сигнала уточненного предсказанного значения позволяет получить более точную оценку принимаемых элементов сигнала и тем самым уменьшить время синхронизации.

С целью определения правильности сделанных оценок вычисляют коэффициент корреляции между полученным оценочным значением информационного сигнала и каждым значением дискретизированных отсчетов принимаемого сигнала, задержанных на время Т, равное длительности информационного сигнала. Полученные значения коэффициентов суммируют. Суммирование продолжается на протяжении на менее чем n тактов, до тех пор пока не будет превышен заданный порог. Значение порога суммирования задают в зависимости от отношения сигнал / шум на входе приемника.

Кроме того, оценочные значения информационного сигнала квантуют на два уровня и задерживают на время, равное Т× n. В случае, когда суммарное значение коэффициента корреляции превысит заданный порог, подают управляющее воздействие на начало генерации М-последовательности. Способы формирования управляющего воздействия при превышении заданного порога известны и приведены, например, в книге: А.А.Сикарев, О.Н.Лебедев. Микроэлектронные устройства формирования и обработки сложных сигналов. - М.: Радио и связь. 1983, стр.203.

Отличие данного способа от известных заключается в том, что при формировании оценочного значения информационного сигнала используются уточненные предсказанные значения информационного сигнала, позволяющие получать более точные оценочные значения, а также не требуется многократная передача синхросигналов по каналу связи с последующей мажоритарной обработкой на приеме, либо безошибочный прием зачетного отрезка рекуррентной последовательности, так как это приводит к увеличению времени вхождения в синхронизм.

Результаты моделирования заявленного способа синхронизации М-последовательности представлены на фиг.2 в виде графиков зависимости вероятности правильного приема элементов М-последовательности от соотношения сигнал/шум на входе приемника. Выигрыш в сравнении со способом-прототипом обусловлен нахождением уточненного предсказанного значения информационного сигнала, позволяющего схеме работать в автоматизированном режиме и избежать ошибок, связанных с нахождением нормировочных коэффициентов, определяемых экспериментально.

Устройство синхронизации М-последовательности, показанное на рис.3, состоит из дискретизатора 1, выделителя тактовой частоты 2, блока формирования оценочного сигнала 3, блока формирования уточненного предсказанного значения 4, линии задержки 5, блока коммутации 6, квантователя 7, коррелятора 8, устройства управления 9 и регистра сдвига с обратными связями 10.

Вход устройства синхронизации М-последовательности в параллель соединен с информационными входами дискретизатора 1 и выделителя тактовой частоты 2. Информационный выход в параллель соединен с информационным входом линии задержки 5 и с первым информационным входом блока формирования оценочного сигнала 3, информационный выход которого в параллель соединен с первым информационным входом коммутации 6 и с информационным входом блока формирования уточненного предсказанного значения 4. Первый и второй информационные выходы блока формирования уточненного предсказанного значения 4 соединены соответственно с информационным входом квантователя 7 и с вторым информационным входом блока формирования оценочного сигнала 3. Информационный выход квантователя 7 соединен с вторым информационным входом блока коммутации 6. Первый информационный выход блока коммутации 6 соединен с вторым информационным входом коррелятора 8, а второй информационный выход подключен к информационному входу регистра сдвига с обратными связями 10. Выход коррелятора 8 соединен с входом устройства управления 9, выход которого соединен с управляющим входом блока коммутации 6 и первым управляющим входом регистра сдвига с обратными связями 10, информационный выход которого является выходом устройства синхронизации. Первый управляющий выход выделителя тактовой частоты 2 в параллель соединен с управляющими входами дискретизатора 1, линии задержки 5, коррелятора 8 и с первым управляющим входом блока формирования оценочного сигнала 3. Второй управляющий выход делителя тактовой частоты 2 в параллель соединен с управляющим входом блока формирования уточненного предсказанного значения 4, вторым управляющим входом блока формирования оценочного сигнала 3 и вторым управляющим входом регистра сдвига с обратными связями 10.

Дискретизатор 1 предназначен для дискретизации информационного сигнала с частотой, в k раз превышающей тактовую частоту информационных сигналов f_d=k× Fτ , где k - количество дискретизированных отсчетов на длительности одного элемента информационного сигнала. По физической сущности дискретизатор 1 является прерывателем. Схемы прерывателей известны и приведены, например, в книге: Ж.Маркюс. Дискретизация и квантование. - М.: Энергия. 1969, с.52, рис.2.11.

Выделитель тактовой частоты 2 предназначен для выделения тактовой частоты fτ и частоты дискретизации f_d из информационного сигнала. Структурная схема выделителя тактовой частоты 2 приведена в описании изобретения к патенту Российской Федерации №2127954 "Способ и устройство синхронизации М-последовательности", фиг.6.

Блок формирования оценочного сигнала 3, показанный на фиг.4, предназначен для формирования уточненного значения оценочного сигнала, искаженного под воздействием шумов и помех. Состоит из первого и второго управляемых переключателей 3.1, 3.5 соответственно, первого и второго аналоговых сумматоров 3.2, 3.4 соответственно, умножителя на постоянный множитель 3.3 и линии задержки 3.6. Второй информационный вход блока формирования оценочного сигнала 3 является вторым информационным входом первого управляемого переключателя 3.1, информационный выход которого в параллель соединен со вторым информационным входом первого аналогового сумматора 3.2 и со вторым информационным входом второго аналогового сумматора 3.4. Первый информационный вход блока формирования оценочного сигнала 3 является первым информационным входом первого аналогового сумматора 3.2, информационный выход которого соединен с информационным входом умножителя на постоянный множитель 3.3, информационный выход которого соединен с первым информационным входом второго аналогового сумматора 3.4. Информационный выход второго аналогового сумматора 3.4 в параллель соединен с информационными входами второго управляемого переключателя 3.5 и линии задержки 3.6. Первый управляющий вход блока формирования оценочного сигнала 3 в параллель соединен с первыми управляющими входами первого и второго управляемых переключателей 3.1, 3.5 соответственно, а второй управляющий вход с управляющим входом линии задержки 3.6. Информационный выход второго управляемого переключателя является информационным выходом блока формирования оценочного сигнала 3.

Первый управляемый переключатель 3.1 предназначен для регулировки поступления опорного сигнала при получении оценочных значений дискретных отсчетов информационного сигнала. С учетом особенностей заявленного устройства первый управляемый переключатель 3.1 может быть реализован, как указано в описании изобретения к патенту Российской Федерации №2127954 "Способ и устройство синхронизации М-последовательности", фиг.9.

Второй управляемый переключатель 3.5 предназначен для обеспечения записи в накопитель оценочного значения информационного сигнала, полученного на k-м дискретизированном отсчете информационного сигнала. По своей физической сущности второй управляемый переключатель 3.5 представляет собой элементарный двухпозиционный управляемый переключатель. Схемы управляемых переключателей известны и приведены, например, в книге: В.Л.Шило. Популярные микросхемы КМОП. Справочник. - М.: Ягуар. 1993, стр.22.

Схема умножителя на постоянный множитель 3.3 известна и приведена, например, в книге: Ю.А.Мячин "180 аналоговых микросхем, справочник" - М.: Патриот, МП Символ-Р и редакция журнала Радио, 1993, с.7. Схемы аналоговых сумматоров 3.2, 3.4 известны и показаны, например, в книге: А.А.Сикарев, О.Н.Лебедев. Микропроцессорные устройства формирования и обработки сложных сигналов. - М.: Радио и связь. 1983, стр.194, рис.7.6.

Схема линии задержки 3.6 известна и показана, например, в книге: И.А.Цыкин. Дискретно-аналоговая обработка сигналов. - М.: Радио и связь. 1982, стр.19, рис.2.3. С учетом особенностей заявленного устройства схема линии задержки может быть реализована, как показано в описании изобретения к патенту Российской Федерации №2127954 "Способ и устройство синхронизации М-последовательности", фиг.16.

Блок формирования уточненного предсказанного значения 4, показанный на фиг. 5, предназначен для формирования уточненного предсказанного значения элемента сигнала. Состоит из усредняющего устройства 4.2 и накопителя 4.1. Информационный вход блока формирования уточненного предсказанного значения 4 является информационным входом накопителя 4.1, n выходов которого соединены с n входами усредняющего устройства 4.2, выход которого является вторым информационным выходом блока формирования уточненного предсказанного значения 4. Первый информационный выход накопителя 4.1 в параллель соединен с первым информационным выходом блока формирования уточненного предсказанного значения 4. Управляющий вход блока формирования уточненного предсказанного значения 4 является управляющим входом накопителя 4.1.

Накопитель 4.1, показанный на фиг.6, предназначен для задерживания оценочных значений информационного сигнала и их преобразования в соответствии с рекуррентным правилом порождающего полинома. По физической сущности схеме накопителя 4.1 соответствует схема устройства формирования М-последовательности. Структурные схемы устройств формирования М-последовательностей известны и приведены, например, в описании изобретения к патенту Российской Федерации №2127954 "Способ и устройство синхронизации М-последовательности", фиг.8. Накопитель 4.1 состоит из n элементарных аналоговых линий задержки 4.1.1_1-n, (n+1) умножителей на постоянный множитель 4.1.2_0-n и (n-1) аналоговых перемножителей 4.1.3_1-(n-1), где n - порядок порождающего полинома. Выход элементарной аналоговой линии задержки 4.1.1₁ в параллель соединен со входом умножителя на постоянный множитель 4.1.2₁, со входом элементарной аналоговой линии задержки 4.1.1₂ и является первым информационным выходом накопителя 4.1. Выход элементарной аналоговой линии задержки 4.1.1_n в параллель соединен со входом умножителя на постоянный множитель 4.1.2₁ и является n-м информационным выходом накопителя 4.1. Информационный вход накопителя 4.1 соединен с первым входом аналогового перемножителя 4.1.3_n-1, выход которого соединен с первым входом аналогового перемножителя 4.1.3_n-2, вплоть до аналогового перемножителя 4.1.3₁, выход которого соединен со входом умножителя на постоянный множитель 4.1.2₀, выход которого соединен со входом элементарной аналоговой линии задержки 4.1.1₁. Выходы умножителей на постоянный множитель 4.1.2₁-4.1.2_n-1 соединены со вторыми входами аналоговых перемножителей 4.1.3₁-4.1.3_n-1. Управляющий вход накопителя 4.1 в параллель соединен с управляющими входами элементарных аналоговых линий задержки 4.1.1_1-n.

Схемы аналоговых перемножителей 4.1.3₁-4.1.3_n-1 известны и приведены, например, в книге: А.А.Сикарев, О.Н.Лебедев. Микроэлектронные устройства формирования и обработки сложных сигналов. - М.: Радио и связь. 1983, с.200, рис.7.11.

Схемы умножителей на постоянный множитель 4.1.2₀-4.1.2_n известны и приведены, например, в книге: Ю.А.Мячин. 180 аналоговых микросхем. Справочник. - М.: Патриот, МП Символ-Р и редакция журнала Радио, 1993, с.7.

Схемы элементарных аналоговых линий задержки 4.1.1₁-4.1.2_n известны и показаны, например, в книге: И.А.Цыкин. Дискретно-аналоговая обработка сигналов. - М.: Радио и связь. 1982, стр.19, рис.2.3. С учетом особенностей заявленного устройства схема элементарной аналоговой линии задержки может быть реализована, как показано в описании изобретения к патенту Российской Федерации №2127954 "Способ и устройство синхронизации М-последовательности", фиг.16.

Усредняющее устройство 4.2, показанное на фиг.7, предназначено для получения усредненного значения элементов сигнала на длительности n элементов. Состоит из блока аналоговых сумматоров 4.2.1 и аналогового делителя 4.2.2. Информационные входы усредняющего устройства 4.2 являются n-входами блока аналоговых сумматоров 4.2.1, информационный выход которого является входом аналогового делителя 4.2.2. Выход аналогового делителя является информационным выходом усредняющего устройства 4.2.

Блок аналоговых сумматоров 4.2.1, показанный на фиг.8, предназначен для суммирования n значений элементов сигнала. Состоит из аналоговых сумматоров 4.2.1₁-4.2.1_n-1. Первый информационный вход блока аналоговых сумматоров 4.2.1 является первым информационным входом аналогово сумматора 4.2.1₁. Второй и до n информационные входы блока аналоговых сумматоров 4.2.1 являются вторыми информационными входами соответствующих аналоговых сумматоров 4.2.1₁-4.2.1_n-1. Информационный выход аналогово сумматора 4.2.1₁ является первым информационным входом аналогово сумматора 4.2.1₂ и до n-1 соответственно. Информационный выход аналогово сумматора 4.2.1_n-1 является информационным выходом блока аналоговых сумматоров 4.2.1.

Схемы аналоговых сумматоров 4.2.1₁-4.2.1_n-1 известны и показаны, например, в книге: А.А.Сикарев, О.Н.Лебедев. Микропроцессорные устройства формирования и обработки сложных сигналов. - М.: Радио и связь. 1983, стр.194, рис.7.6.

Аналоговый делитель 4.2.2 по своей сути является схемой деления аналоговых сигналов. Схемы деления аналоговых сигналов известны и приведены, например, в книге: Л.Фолкенберри. Применения операционных усилителей и линейных ИС: Пер. с англ. - М.: Мир, 1985. - 572 с. (Схема деления аналоговых сигналов. Рис.7.7. Стр.170.)

Заявленное устройство синхронизации работает следующим образом. Смесь сигнала и шума, показанная на фиг.1(б), поступает на вход устройства синхронизации М-последовательности, показанного на рис.3. Сигнал параллельно поступает на информационные входы дискретизатора 1 и выделителя тактовой частоты 2. В выделителе тактовой частоты 2 определяется период следования информационных сигналов и на втором управляющем выходе получают стробирующие импульсы с тактовой частотой информационного сигнала, см. фиг.1(в). На первом управляющем выходе получают стробирующие импульсы с частотой, в k раз превышающей тактовую частоту информационного сигнала, см. фиг.1(г). На управляющий вход дискретизатора 1 поступают стробирующие импульсы с частотой, в k раз превышающей тактовую частоту информационного сигнала. В дискретизаторе 1 получают дискретизированные отсчеты информационного сигнала с частотой, в k раз превышающей тактовую частоту. На выходе дискретизатора 1 осуществляется первое разделение на две ветви обработки. В первой ветви первого разделения дискретизированные отсчеты информационного сигнала поступают на информационный вход линии задержки 5. На управляющий вход линии задержки 5 поступают стробирующие импульсы с частотой, в k раз превышающей тактовую частоту информационного сигнала. В линии задержки 5 каждый дискретизированный отсчет задерживается на время Т, равное длительности информационного сигнала.

В случае поступления на второй управляющий вход блока формирования оценочного сигнала 3, см. фиг.4, стробирующего импульса с частотой, равной тактовой частоте информационного сигнала, на первый информационный вход блока формирования оценочного сигнала 3 поступает первый дискретизированный отсчет информационного сигнала. Уточненное предсказанное значение информационного сигнала поступает на второй информационный вход с блока формирования уточненного предсказанного значения 4. При этом стробирующий импульс одновременно поступает на управляющие входы управляемых переключателей 3.1, 3.5. Под воздействием стробирующего импульса первый информационный вход управляемого переключателя 3.1 проключается на его информационный выход, а информационный вход управляемого переключателя 3.5 проключается на его информационный выход. Уточненное предсказанное значение информационного сигнала через замкнутые контакты переключателя 3.1 поступает на его информационный выход. Далее сигнал одновременно поступает на второй информационный вход аналогово сумматора 3.2 и на второй информационный вход аналогово сумматора 3.4. В первом аналоговом сумматоре 3.2 происходит вычитание из дискретизированного отсчета информационного сигнала уточненного предсказанного значения информационного сигнала. С выхода аналогового сумматора 3.2 полученная разность поступает на вход умножителя на постоянный множитель 3.3 с коэффициентом усиления С1. Эксперименты показали, что С1 целесообразно выбирать в пределах от 0.5 до 1. С выхода умножителя на постоянный множитель 3.3 усиленное значение разностного сигнала поступает на первый информационный вход аналогово сумматора 3.4, где его суммируют с уточненным предсказанным значением информационного сигнала. С выхода второго аналогового сумматора 3.4 полученное оценочное значение информационного сигнала на первом дискретизированном отсчете одновременно поступает на информационный вход управляемого переключателя 3.5 и на информационный вход линии задержки 3.6, где задерживается на время τ , равное длительности дискретизированного отсчета информационного сигнала. Так как контакты управляемого переключателя 3.5 находятся в разомкнутом состоянии, то сигнал дальше не проходит.

При поступлении последующих дискретизированных отсчетов сигнала начиная со второго и до k-го, см. фиг.2(б), стробирующие импульсы с частотой, равной частоте следования информационных сигналов на второй управляющий вход блока формирования оценочного значения 3, не поступают. Оценочное значение информационного сигнала, полученное на предыдущем дискретизированном отсчете информационного сигнала и записанное в линию задержки 3.6, является предсказанным значением информационного сигнала для очередного дискретизированного отсчета информационного сигнала, поступающего на первый информационный вход блока формирования оценочного сигнала 3. Полученное оценочное значение сигнала на k-м дискретизированном отсчете считают оценочным значением информационного сигнала в целом. При поступлении очередного стробирующего импульса, с частотой, равной тактовой частоте следования информационных сигналов, производятся действия, описанные выше. Кроме того, оценочное значение информационного сигнала в целом через замкнутые контакты управляемого переключателя 3.5 поступает на информационный выход блока формирования оценочного сигнала 3.

Оценочное значение информационного сигнала в целом с информационного выхода блока формирования оценочного сигнала 3 параллельно поступает на первый информационный вход блока коммутации 6 и на информационный вход блока формирования уточненного предсказанного значения 4.

Блок формирования уточненного предсказанного значения 4 представлен на фиг. 5 и состоит из накопителя 4.1 и усредняющего устройства 4.2. В случае первоначального вхождения в синхронизм в элементарные аналоговые линии задержки 4.1.1₁-4.1.1_n накопителя 4.1, см. фиг.6, должны быть записаны произвольные не нулевые начальные условия или могут находиться значения, оставшиеся с предыдущего сеанса связи. Структура и принцип работы накопителя 4.1 аналогичны структуре и принципу работы накопителя 3.8, представленного в описании изобретения к патенту Российской Федерации №2127954 "Способ и устройство синхронизации М-последовательности", фиг.8. За исключением, под воздействием стробирующего импульса с тактовой частотой информационного сигнала, содержимое элементарных аналоговых линий задержки 4.1.1₁-4.1.1_n параллельно считывается и поступает на n информационных выходов устройства, откуда сигналы параллельно поступают на n информационных входов усредняющего устройства 4.2. Усредняющее устройство 4.2 представлено на фиг.7 и состоит из блока аналоговых сумматоров 4.2.1 и аналогового делителя 4.2.2. Блок аналоговых сумматоров 4.2.1 представлен на фиг.8 и состоит из 4.2.1₁-4.2.1_n-1 аналоговых сумматоров. Сигналы из накопителя 4.1 поступают на соответствующие входы аналоговых сумматоров 4.2.1₁-4.2.1_n-1. C выхода аналогового сумматора 4.2.1_n-1 суммарный сигнал поступает на информационный выход блока аналоговых сумматоров 4.2.1 и на вход аналогового делителя 4.2.2. Структурные схемы аналоговых делителей известны и представлены, например, в книге: Л.Фолкенберри. Применения операционных усилителей и линейных ИС: Пер. с англ. - М.: Мир, 1985. - 572 с. (Схема деления аналоговых сигналов, фиг.7.7, стр.170). С выхода аналогового делителя 4.2.2 сигнал поступает на информационный выход усредняющего устройства 4.2 и на второй информационный выход блока формирования уточненного предсказанного значения 4.

Уточненное предсказанное значение информационного сигнала, сформированное в блоке формирования уточненного предсказанного значения 4, поступает на второй информационный вход блока формирования оценочного сигнала 3 и используется в качестве начальных условий при формировании оценочного сигнала.

Структурные схемы и принцип работы дискретизатора 1, выделителя тактовой частоты 2, линии задержки 5, блока коммутации 6, квантователя 7, коррелятора 8, устройства управления 9 и регистра сдвига с обратными связями 10 соответствуют представленным в описании изобретения к патенту Российской Федерации №2127954 "Способ и устройство синхронизации М-последовательности".

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к области синхронизации псевдослучайных последовательностей, и могут быть использованы для синхронизации при малом отношении сигнал/шум на входе приемника. Технический результат - уменьшение времени вхождения в синхронизм при использовании сложных сигналов. Способ синхронизации М-последовательности предусматривает получение оценочного значения информационного сигнала путем аналоговой обработки дискретизированных отсчетов информационного сигнала с учетом уточненного предсказанного значения сигнала, полученного на основе рекуррентного преобразования ранее принятых и оцененных информационных сигналов. В устройство синхронизации М-последовательности дополнительно введен блок формирования уточненного предсказанного значения, и изменена структура блока формирования оценочного сигнала. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ синхронизации М-последовательности, заключающийся в разделении принятого информационного сигнала на первые две ветви обработки, дискретизации принятого информационного сигнала на k-элементов в первой ветви и выделении тактовой частоты во второй ветви, разделении элементов дискретизированного сигнала на вторые две ветви обработки и задерживании их в первой ветви, формировании оценочного сигнала, его квантовании и задерживании во второй ветви, вычислении коэффициента корреляции между задержанной частью информационного сигнала в первой ветви первого разделения и оценочным значением информационного сигнала во второй ветви второго разделения, формировании управляющего сигнала и генерировании М-последовательности двоичных символов с периодом 2ⁿ-1, где n - порядок порождающего полинома, отличающийся тем, что формируют оценочный сигнал, вычитая последовательно, начиная с первого элемента дискретизированного сигнала, уточненное предсказанное значение информационного сигнала, полученный разностный сигнал умножают на весовой коэффициент, а затем умноженный сигнал суммируют с уточненным предсказанным значением информационного сигнала, после чего полученное оценочное значение задерживают на время τ, равное длительности одного элемента дискретизированного сигнала, причем оценочное значение сигнала для k-го элемента дискретизированного сигнала разделяют на третьи две ветви обработки, в первой ветви третьего разделения оценочное значение информационного сигнала используют для формирования уточненного предсказанного значения сигнала, во второй ветви третьего разделения оценочное значение информационного сигнала последовательно умножают на элементы дискретизированного информационного сигнала первой ветви первого разделения, задержанных на время k×τ и полученные произведения суммируют, при достижении суммарным сигналом заданного порогового уровня формируют управляющий сигнал, причем каждый сгенерированный сигнал М-последовательности последовательно умножают на элементы дискретизированного сигнала, задержанного на время k×τ, а полученные произведения суммируют, при превышении суммарным сигналом заданного порогового уровня генерацию продолжают, в противном случае генерацию элементов прекращают.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве уточненного предсказанного значения информационного сигнала для первого элемента дискретизированного сигнала используют ранее полученные оценочные значения информационного сигнала, преобразованные по рекуррентному правилу формирования М-последовательности, просуммированные на длительности n-элементов последовательности и разделенные на n, задержанные на время равное k×τ(n-1), а для i-го элемента (где i=2, 3,...k) в качестве уточненного предсказанного значения информационного сигнала используют оценочное значение сигнала, полученное для (i-1)-го элемента дискретизированного сигнала, задержанные на время τ.3. Устройство синхронизации М-последовательности, содержащее дискретизатор, информационный вход которого подключен к информационному входу выделителя тактовой частоты и является входом устройства синхронизации, а информационный выход дискретизатора подключен к информационному входу линии задержки и первому информационному входу блока формирования оценочного сигнала, информационный выход которого соединен с первым информационным входом блока коммутации, второй информационный выход которого подключен к информационному входу регистра сдвига с обратными связями, информационный выход квантователя соединен со вторым информационным входом блока коммутации, первый информационный выход которого соединен с вторым информационным входом коррелятора, первый информационный вход которого соединен с выходом линии задержки, информационный выход коррелятора соединен с информационным входом устройства управления, выход которого соединен с управляющим входом блока коммутации и с первым управляющим входа регистра сдвига с обратными связями, выход которого является выходом устройства синхронизации, первый управляющий выход выделителя тактовой частоты соединен с управляющими входами дискретизатора, линии задержки, коррелятора и с первым управляющим входом блока формирования оценочного сигнала, второй управляющий вход которого соединен со вторым управляющим выходом выделителя тактовой частоты и вторым управляющим входом регистра сдвига с обратными связями, отличающееся тем, что дополнительно введен блок формирования уточненного предсказанного значения, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока формирования оценочного сигнала, первый и второй информационные выходы блока формирования уточненного предсказанного значения соединены соответственно с информационным входом квантователя и вторым информационным входом блока формирования оценочного сигнала, второй управляющий вход которого соединен с управляющим входом блока формирования уточненного предсказанного значения.4. Устройство синхронизации по п.3, отличающееся тем, что блок формирования уточненного предсказанного значения состоит из усредняющего устройства и накопителя, выход которого является информационным входом блока формирования уточненного предсказанного значения, n-выходов накопителя соединены с n-входами усредняющего устройства, выход которого является вторым информационным выходом блока формирования уточненного предсказанного значения, первый выход накопителя в параллель соединен с первым информационным выходом блока формирования уточненного предсказанного значения, управляющий вход накопителя является управляющим входом устройства синхронизации М-последовательности.