СТАРТСТОПНАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ Российский патент 2005 года по МПК H04L25/38 

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

Известна стартстопная система связи (З.М.Каневский, В.И.Ледовских “Передача дискретных сообщений по каналам с обратной связью с прерываниями”, “Электросвязь”, 1970, №8, с.6-8), в которой перед посылкой сообщения передается “зондирующий ключ”, представляющий собой амплитудно-манипулированный сигнал, состоящий из нескольких элементов. Однако эта система предназначена специально для каналов с прерываниями (замирающих каналов), имеет низкую помехоустойчивость в общем случае и большой уровень вероятности ложной тревоги.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является стартстопная система связи, приведенная в [1].

Функциональная схема такой системы связи приведена на фиг.1.

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

На приемной стороне содержит последовательно соединенные приемник 12, согласованный фильтр 13, амплитудный детектор 14, накопитель 15, пороговый блок 16, дифференцирующую цепочку 17, прерыватель 18, формирователь импульса 19, второй генератор тактовых импульсов 20 и запоминающий блок 21, выход которого является выходом устройства. Причем выход формирователя импульса 19 одновременно соединен с управляющими входами прерывателя 18 и демодулятора 22. Второй выход второго генератора тактовых импульсов 20 одновременно соединен с соответствующими входами демодулятора 22 и запоминающего блока 21, третий вход которого соединен с выходом демодулятора. Кроме того, выход согласованного фильтра 13 через линию задержки 23 соединен с третьим входом демодулятора 22.

Передающая и приемная стороны соединены посредством линии связи 24.

Стартстопная система связи работает следующим образом.

В случайный момент времени на выходе источника информации 1 создаются n информационных символов (“0” или “1”) длительности τ (например, n=3, фиг.3а - см. [1]).

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

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

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

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

Значение S не превышает 30% от общей длины передаваемого сигнала (см., например, коды Баркера и Неймана-Гоффмана в табл.14.4 книги Д.Спилкера “Цифровая спутниковая связь”, М.: Связь, 1979).

Изобретение направлено на снижение технической сложности стартстопной системы связи и повышение ее надежности при больших объемах передаваемой информации.

Для этого в стартстопную систему связи, содержащую на передающей стороне последовательно соединенные источник информации (ИИ), регистр сдвига (PC), мультиплексор, относительно фазовый манипулятор (ОФМ) и передатчик, последовательно соединенные первый генератор тактовых импульсов (ГТИ) и генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП), последовательно соединенные перемножитель и двоичный счетчик (ДС), последовательно соединенные генератор несущей частоты (ГНЧ) и ключ, выход которого соединен с сигнальным входом ОФМ, причем вход первого ГТИ соединен с синхровыходом ИИ, второй выход первого ГТИ соединен с тактовым входом регистра сдвига (PC), а третий выход - со вторыми входами ГПСП и перемножителя, выход перемножителя соединен с управляющими входами ОФМ и ключа, первый выход первого ГТИ соединен с установочным входом ДС, выходы которого соединены шиной с управляющими входами мультиплексора, а на приемной стороне содержащую последовательно соединенные приемник, согласованный фильтр (СФ), амплитудный детектор (АД), накопитель, синхроблок, второй ГТИ и запоминающий блок, последовательно соединенные линию задержки (ЛЗ), вход которой подключен к выходу СФ, и демодулятор, причем выход синхроблока соединен также с управляющим входом демодулятора, второй выход второго ГТИ подключен к соответствующим входам демодулятора и запоминающего блока, третий вход запоминающего блока соединен с выходом демодулятора; передающая и приемная стороны соединены посредством линии связи, на передающей стороне введены дополнительно последовательно соединенные дешифратор, RS-триггер и коммутатор, причем входы дешифратора соединены шиной с выходами ДС, второй вход RS-триггера подключен к первому выходу первого ГТИ, третий вход коммутатора соединен с выходом ГПСП, а его выход - с первым входом перемножителя, а на приемной стороне введены последовательно соединенные квадратор, подключенный входом к выходу АД, сумматор-накопитель, пороговое устройство (ПУ), формирователь импульсов (ФИ) и ключ, второй вход которого подключен к выходу запоминающего блока, а выход является выходом устройства, и третий ГТИ, вход которого объединен со вторым входом сумматора-накопителя и соединен с выходом синхроблока, первый выход подключен к тактовому входу ПУ, а второй - к третьему входу сумматора-накопителя. (Здесь в синхроблок включены пороговый блок, дифференцирующая цепочка, прерыватель и формирователь импульса устройства-прототипа).

Функциональная схема предлагаемой стартстопной системы приведена на фиг.2.

Она содержит на передающей стороне последовательно соединенные ИИ 1, PC 2, мультиплексор 3, ОФМ 4 и передатчик 5, последовательно соединенные первый ГТИ 6, ГПСП 7, коммутатор 14, перемножитель 8 и ДС 9, а также последовательно соединенные ГНЧ 10 и ключ 11 и последовательно соединенные дешифратор 12 и RS-триггер 13, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора 14, причем вход первого ГТИ 6 соединен с синхровыходом ИИ 1, его второй выход подключен к тактовому входу PC 2, а третий выход - ко вторым входам ГПСП 7 и перемножителя 8, выход перемножителя 8 соединен с управляющими входами ОФМ 4 и ключа 11, выход ключа 11 подключен к сигнальному входу ОФМ 4, первый выход первого ГТИ 6 соединен с установочными входами RS-триггера 13 и ДС 9, выходы ДС 9 через шину подключены к управляющим входам мультиплексора 3 и дешифратора 12, а на приемной стороне содержит последовательно соединенные приемник 15, СФ 16, АД 17, накопитель 18, синхроблок 19, второй ГТИ 20 и запоминающий блок 21, последовательно соединенные ЛЗ 22, вход которой соединен с выходом СФ 16, и демодулятор 23, последовательно соединенные квадратор 24, вход которого подключен к выходу АД 17, сумматор-накопитель 25, ПУ 26, ФИ 27 и ключ 28, выход которого является выходом устройства, а второй вход подключен к выходу запоминающего блока 21; и третий ГТИ 29, причем выход синхроблока соединен также с управляющим входом демодулятора 23, вторым входом сумматора-накопителя 25 и входом третьего ГТИ 29, второй выход ГТИ 20 подключен к соответствующим входам демодулятора 23 и запоминающего блока 21, третий вход запоминающего блока 21 соединен с выходом демодулятора 23, первый выход третьего ГТИ 29 подключен к тактовому входу ПУ 26, а второй - к третьему входу сумматора-накопителя 25; передающая и приемная стороны соединены посредством линии связи 30.

Стартстопная система связи работает следующим образом.

На передающей стороне генератор псевдослучайной последовательности ГПСП 7 предназначен для формирования двуполярного семисегментного кода Баркера - синхросигнала с длительностью элементов τ (+, +, +, -, -, +, -).

В случайный момент времени на выходе источника информации 1 создаются n>5 информационных символов (“0” или “1”) длительности τ. При t=0 на втором выходе генератора тактовых импульсов 6 формируются n тактовых импульсов, которые записывают информационные символы в регистр сдвига 2, на его первом выходе создается короткий импульс, по переднему фронту которого производится начальная установка ГПСП 7, установка всех разрядов ДС 9 в единичное состояние и RS-триггера 13 в единичное состояние, а на третьем выходе - меандр, состоящий из 2(n+2) импульсов положительной и отрицательной полярности длительности τ/2, который в блоке 8 перемножается с псевдослучайной последовательностью, поступающей через открытый для нее коммутатор 14.

Положительная часть результирующего сигнала, поступающая с выхода блока 8, используется для управления работой блоков 9, 4 и ключа 11. В момент действия переднего фронта его первого импульса блок 9 устанавливается в нулевое состояние, открывается ключ 11, который пропускает колебания несущей частоты в блок 4, а с выхода мультиплексора 3 на вход блока 4 поступает нулевой сигнал. В результате этого на выходе блока 4 формируются колебания несущей частоты с произвольной начальной фазой в течение интервала времени τ/2. При поступлении второго положительного фронта сигнала в счетчике 9 устанавливается двоичное число, равное единице, и мультиплексор 3 считывает из регистра сдвига 2 значение первого информационного символа. При этом начальная фаза несущей частоты на выходе блока 4 остается прежней, если первый символ имеет значение единицы, и изменяется на противоположную - в противном случае. Начальная фаза несущей для второго информационного символа устанавливается аналогично по отношению к начальной фазе предыдущего элемента сигнала.

При поступлении шестого положительного фронта срабатывает дешифратор 12 и переводит RS-триггер 13 в противоположное состояние, в результате чего на выходе коммутатора 14 с его второго входа (на фиг.2 не показан) передается отрицательное напряжение, равное уровню отрицательных импульсов, создаваемых ГПСП 7, а на выходе блока 8 создаются с задержкой на τ/2 n-5 положительных импульсов длительности

τ/2 с периодом следования τ. Таким образом, на выходе блока 4 создается относительно фазоманипулированный сигнал, в котором первый радиоимпульс информации не несет, а служит опорным для второго уже информационного радиоимпульса; первые пять информационных элементов передаются совместно с элементами синхросигнала, остальные - на отдельных временных позициях.

На приемной стороне относительно фазоманипулированный сигнал после общей фильтрации в приемнике 15 и согласованной в фильтре 16 для одиночного радиоимпульса длительности τ/2 поступает на АД 17 с выходной разделительной емкостью. Его выходной двуполярный сигнал с треугольными импульсами оптимально накапливается в блоке 18 и на его выходе формируется сигнал, имеющий вид автокорреляционной функции выходного колебания АД 17 с максимальным значением в момент времени Т, соответствующим окончанию кода Баркера при приеме. В этот же момент времени на выходе синхроблока 19 формируется короткий импульс. В блоке 23 осуществляется демодуляция поступающего с выхода СФ 16 и задержанного в ЛЗ 22 на время Т сигнала. Если соседние радиоимпульсы имеют одинаковые начальные фазы, то на его выходе формируется символ “1”, в противном случае “0”. Начало работы блока 23 определяет импульс, поступающий с выхода синхроблока 19, а моменты сравнения двух фаз соседних радиоимпульсов - передние фронты импульсов, поступающих со второго выхода второго ГТИ 20. По задним фронтам этих импульсов выносится решение о приеме символов и фиксации их в запоминающем блок 21. Считывание информации с блока 21 на вход ключа 28 осуществляется импульсами, поступающими с первого выхода ГТИ 20.

Положительные импульсы с выхода квадратора 24 поступают на сумматор-накопитель 25, обнуляемый выходными импульсами блока 19, а на третьем выходе третьего ГТИ 29 формируется сетка из n-5 коротких импульсов с периодом следования τ, в моменты действия которых последовательно суммируются уровни выходных импульсов блока 24. Если в момент действия короткого импульса на первом выходе ГТИ 29, соответствующем по времени первому выходному импульсу с первого выхода ГТИ 20, суммарный сигнал блока 25 превысит порог V₁ блока 26, то на выходе ФИ 27 создается импульс длительности n·τ, который откроет ключ 28, и все информационные импульсы поступят через него на выход устройства.

Таким образом, применение предлагаемой стартстопной системы связи позволяет снизить ее техническую сложность и повысить надежность.

Известно, что для обеспечения надежной синхронизации в системах связи энергия синхросигнала должна в несколько раз превышать энергию сигнала, используемого для передачи одного информационного символа (см., например, с.281 в [2]). Поэтому длина ПСП выбрана равной семи. При этом совместно с элементами ПСП передаются 5 информационных символов, а остальные (n-5) символов - после окончания синхросигнала. В стартстопных системах синхросигнал должен обеспечивать малую вероятность ложной тревоги. Для этого его длина должна быть достаточно большой. В устройстве-прототипе она равна (n+1+S). При этом оказываются весьма сложными линия задержки с отводами, входящая в состав накопителя 18 (см. с.350 [2]), и ЛЗ 22, а при длинах n, имеющих порядкок мсек, - громоздкими или вообще невыполнимыми (см. с.372-374 [2]). В предлагаемом устройстве кроме сравнения выходного сигнала накопителя с порогом V (в пороговом устройстве, входящем в состав блока 19) производится сравнение с порогом суммарного выходного сигнала блока 25. Это позволяет получить вероятность ложной тревоги такой же, что и в устройстве-прототипе.

Все блоки, входящие в предлагаемую систему, являются известными. Например, сумматор-накопитель 25 может быть выполнен на устройстве выборки и хранения сигнала (см. книгу под ред. С.В.Якубовского “Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы”, 1984, с.369-370).

Источники информации

1. Патент РФ № 2168867, Н 04 L 25/00.

2. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985.

Стартстопная система связи может использоваться в проводных, радио- радиорелейных и космических линиях связи. Технический результат – повышение надежности при больших объемах передаваемой информации. Она содержит на передающей стороне источник информации, регистр сдвига, мультиплексор, относительно фазовый манипулятор, передатчик, первый генератор тактовых импульсов, генератор псевдослучайной последовательности, коммутатор, перемножитель, генератор несущей частоты, ключ, дешифратор и RS-триггер с соответствующими связями, а на приемной стороне - приемник, согласованный фильтр, амплитудный детектор, накопитель, синхроблок, второй генератор тактовых импульсов, запоминающий блок, линию задержки, демодулятор, квадратор, сумматор-накопитель, пороговое устройство, формирователь импульса, ключ и третий генератор тактовых импульсов с соответствующими связями. 2 ил.

Стартстопная система связи, содержащая на передающей стороне последовательно соединенные источник информации (ИИ), регистр сдвига (PC), мультиплексор, относительно фазовый манипулятор (ОФМ) и передатчик, последовательно соединенные первый генератор тактовых импульсов (ГТИ) и генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП), последовательно соединенные перемножитель и двоичный счетчик (ДС), последовательно соединенные генератор несущей частоты (ГНЧ) и ключ, выход которого соединен с сигнальным входом ОФМ, причем вход первого ГТИ соединен с синхровыходом ИИ, второй выход первого ГТИ соединен с тактовым входом регистра сдвига (PC), а третий выход - со вторыми входами ГПСП и перемножителя, выход перемножителя соединен с управляющими входами ОФМ и ключа, первый выход первого ГТИ соединен с установочным входом ДС, выходы которого соединены шиной с управляющими входами мультиплексора, а на приемной стороне - последовательно соединенные приемник, согласованный фильтр (СФ), амплитудный детектор (АД), накопитель, синхроблок, второй ГТИ и запоминающий блок, последовательно соединенные линию задержки (ЛЗ), вход которой подключен к выходу СФ, и демодулятор, причем выход синхроблока соединен также с управляющим входом демодулятора, второй выход второго ГТИ подключен к соответствующим входам демодулятора и запоминающего блока, третий вход запоминающего блока соединен с выходом демодулятора; передающая и приемная стороны соединены посредством линии связи, отличающаяся тем, что на передающей стороне введены дополнительно последовательно соединенные дешифратор, RS-триггер и коммутатор, причем второй (управляющий), вход коммутатора соединен со вторым выходом RS-триггера, выходы дешифратора соединены шиной с выходами ДС, второй установочный вход RS-триггера подключен к первому выходу первого ГТИ, третий вход коммутатора соединен с выходом ГПСП, а его выход - с первым входом перемножителя, а на приемной стороне введены последовательно соединенные квадратор, подключенный входом к выходу АД, сумматор-накопитель, пороговое устройство (ПУ), формирователь импульсов (ФИ) и ключ, второй вход которого подключен к выходу запоминающего блока, а выход является выходом устройства, и третий ГТИ, вход которого объединен со вторым входом сумматора-накопителя и соединен с выходом синхроблока, первый выход третьего ГТИ подключен к тактовому входу ПУ, а второй к третьему входу сумматора-накопителя.