МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ С ОРТОГОНАЛЬНЫМИ СИГНАЛАМИ С ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ Российский патент 2006 года по МПК H04J3/04 H04J13/00 G08C15/06 

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано при уплотнении многоканальных трактов систем связи и телеметрии.

Известна многоканальная система связи с шумоподобными сигналами с временным разделением каналов, содержащая на передающей стороне источники информации, фазовый манипулятор передатчика, генератор несущей частоты, коммутатор информации, счетчик каналов, формирователь управляющих импульсов, генератор псевдослучайной последовательности, генератор тактовых импульсов, а на приемной стороне - генератор псевдослучайной последовательности, генератор тактовых импульсов, фазовый манипулятор, кварцевый генератор, формирователь управляющих импульсов, счетчик каналов, фазовый детектор, интегратор порогового устройства, коммутатор информации и получатели информации [1]. В этой системе не использована возможность передачи только существенных отсчетов сообщений активных каналов, что свидетельствует о недостаточной эффективности использования пропускной способности многоканального тракта.

Известна многоканальная система связи с ортогональными сигналами с временным разделением каналов, содержащая на передающей стороне источники информации, блоки исключения избыточности, коммутатор каналов, блок управления, формирователи ортогональных сигналов и передатчик, а на приемной стороне - приемник, блоки обработки сигналов, коммутатор каналов, блок управления, блоки восстановления сообщений и блоки регистрации [2]. В этой системе также недостаточная эффективность использования пропускной способности многоканального тракта ввиду того, что использован большой ансамбль сигналов (по два сигнала на каждый канал). При этом снижается допустимое число обслуживаемых каналов из-за необходимости использования М-последовательностей большой длины при формировании канальных сигналов.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению можно считать многоканальную систему связи с ортогональными сигналами с временным разделением каналов, содержащую на передающей стороне n источников информации, n кодирующих блоков, n блоков исключения избыточности, коммутатор каналов, преобразователь параллельного кода в последовательный, формирователь ортогонального сигнала синхроимпульса, формирователи ортогональных (информационных) сигналов, формирователь ортогонального сигнала разделительного интервала, блок управления, сумматор и передатчик, а на приемной стороне - приемник, блок обработки ортогонального сигнала синхроимпульса, блоки обработки ортогональных (информационных) сигналов, блок обработки ортогонального сигнала разделительного интервала, коммутатор каналов, блок управления, n блоков восстановления сообщений, n цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) и n блоков регистрации информации [3].

В этой системе не исключена возможность ошибочного распознавания на приемной стороне информационных посылок активных каналов, в случаях передачи существенных отсчетов, состоящих из одноразрядной посылки. Кроме того, в системе используется достаточно большое количество ортогональных сигналов для передачи информации о существенных отсчетах обслуживаемых источников информации, что приводит к необходимости использования М-последовательностей большой длины, а следовательно, к неэффективному использованию многоканального тракта всей системы в целом.

Целью настоящего изобретения является исключение возможных ошибок при распознавании информационных посылок активных каналов на приемной стороне системы и уменьшение количества используемых ортогональных сигналов, что в свою очередь приводит к повышению информационной емкости системы путем увеличения пропускной способности многоканального тракта и к увеличению числа обслуживаемых источников информации.

Поставленная цель достигается тем, что для передачи информационных посылок всех каналов (обслуживаемых источников информации) используются только два ортогональных сигнала (один для передачи "1", а второй - для передачи "0"), а для передачи отличительных канальных признаков используется несколько ортогональных сигналов разделения активных каналов, передаваемых по определенному правилу. Для достижения этой цели в известную многоканальную систему связи с ортогональными сигналами с временным разделением каналов на передающей стороне введены: анализатор активности каналов, n входов которого соединены со вторыми выходами блоков исключения избыточности, а n+1-й вход соединен с дополнительным управляющим выходом блока управления, дополнительные формирователи ортогональных сигналов разделения активных каналов, первые входы которых соединены с соответствующими выходами введенного анализатора активности каналов, вторые входы соединены с одним из управляющих выходов блока управления, а выходы всех введенных формирователей ортогональных сигналов разделения активных каналов соединены с дополнительными входами сумматора. На приемной стороне введены: дополнительные блоки обработки ортогональных сигналов разделения активных каналов, первые входы которых соединены с выходом приемника, а вторые входы - с одним из управляющих выходов блока управления, анализатор сигналов разделения активных каналов, входы которого соединены с выходами введенных блоков обработки ортогональных сигналов разделения активных каналов и еще один вход соединен с дополнительным управляющим выходом блока управления, а выход - с дополнительным входом коммутатора каналов.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа наличием новых блоков - анализатора активности каналов (на передающей стороне системы) и анализатора сигналов разделения активных каналов (на приемной стороне системы), дополнительно введенных формирователей и блоков обработки ортогональных сигналов разделения активных каналов и их связями с остальными блоками системы. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна".

Требуемый результат достигается всей вновь введенной совокупностью существенных признаков, которые в известной патентной литературе не обнаружены на дату подачи заявки. Следовательно, техническое решение соответствует "изобретательскому уровню".

Структура кадра, используемая в предлагаемой системе, приведена на фиг.1. При этом длительность кадра Т_к (интервал дискретизации источника информации по Котельникову) определяется как

Т_к=1/2F_в,

где F_в - верхняя граничная частота спектра уплотняемых источников информации.

Синхросигнал (СС) в начале каждого кадра передается как ортогональный сигнал S₁. Информационные "1" и "0" всех каналов (обслуживаемых источников информации) передаются как ортогональные сигналы S₂ и S₃ соответственно. Ортогональные сигналы S₄, S₅, S₆ и т.д. используются для передачи сигналов разделения активных каналов.

Введенный на передающий стороне анализатор активности каналов после окончания передачи информационной посылки каждого активного канала, в зависимости от состояния последующих обслуживаемых источников информации в каждый момент дискретизации, выдает команды на запуск определенного (одного из введенных) формирователя ортогонального сигнала разделения активных каналов. Если два соседних канала активны, то между информационными посылками этих каналов одним из введенных формирователей ортогональных сигналов разделения активных каналов передается ортогональный сигнал S₄. Если между двумя активными каналами "молчит" один канал, то анализатор активности каналов выдает команду на запуск введенного формирователя ортогонального сигнала разделения активных каналов S₅. Если между двумя активными каналами "молчат" два канала, то анализатор активности каналов выдает команду на запуск формирователя ортогонального сигнала разделения активных каналов S₆, и т.д. Как один из вариантов предлагается в многоканальной системе использовать десять ортогональных сигналов разделения активных каналов (S₄, S₅, S₆, ..., S₁₃), а информацию о "неактивных" каналах передавать с применением десятичной системы исчисления.

Таким образом, все информационные посылки о приращениях отсчетов активных каналов передаются последовательно в порядке обслуживания источников информации с разделением информационных посылок ортогональными сигналами, которые несут еще и информацию о том, сколько каналов между двумя соседними активными каналами в данный момент дискретизации "молчат".

На приемной стороне введенные блоки обработки ортогональных сигналов разделения активных каналов выделяют их, а далее введенный также анализатор этих сигналов разделения совместно с блоком управления управляют работой коммутатора каналов по следующему алгоритму. В случае приема ортогонального сигнала S₄ информационная посылка, следующая за этим сигналом разделения, коммутируется на очередную по порядку обслуживания ветвь последующей обработки информации (последовательно соединенные блок восстановления сообщения, ЦАП и блок регистрации информации), соответствующую следующему активному каналу. В случае приема ортогонального сигнала S₅ информационная посылка, следующая за этим сигналом разделения, коммутируется через одну ветвь последующей обработки информации, которая будет соответствовать следующему активному источнику информации на передающей стороне. В случае приема ортогонального сигнала S₆ информационная посылка, следующая за этим сигналом разделения, коммутируется через две ветви последующей обработки на третью, которая соответствует очередному активному источнику информации на передающей стороне. В случае приема других ортогональных сигналов разделения активных каналов информационные посылки, следующие за ними, коммутируются через большее число ветвей последующей обработки информации.

На фиг.1 приведена структура кадра в один из моментов дискретизации, когда активными являются 1-й, 2-й, 4-й, 7-й, 11-й и другие, следующие за ними в порядке обслуживания, источники информации. Сразу за синхросигналом (сигналом S₁) передаются с использованием ортогональных сигналов S₂ и S₃ соответственно информационные "1" и "0" первого активного (1-го по порядку обслуживания) канала. За информационной посылкой 1-го канала передается один из сигналов разделения активных каналов. Так как 2-й по порядку обслуживания канал активен, то передается ортогональный сигнал S₄, который свидетельствует о том, что активными являются два соседних в порядке обслуживания канала (1-й и 2-й). После сигнала S₄ передаются информационные "1" и "0" второго канала, после чего, в зависимости от активности следующих каналов, передается один из сигналов разделения активных каналов (на фиг.1. передается сигнал S₅, так как "молчит" только один канал, 3-й в порядке обслуживания). Если "молчат" два канала (например 5-й и 6-й по порядку обслуживания), то между информационными посылками активных каналов (4-го и 7-го) передается ортогональный сигнал S₆. Если молчат сразу три соседних канала (например, 8-й, 9-й и 10-й по порядку обслуживания), то между информационными посылками активных каналов (7-го и 11-го) передается ортогональный сигнал S₇.

На фиг.2 приведена блок-схема передающей части системы, а на фиг.3 - приемной части системы.

Многоканальная система связи с ортогональными сигналами с временным разделением каналов содержит на передающей стороне (см. фиг.2) n ветвей последовательно соединенных источников информации 1, кодирующих блоков 2 и блоков исключения избыточности 3. Выходы всех блоков исключения избыточности и их входы (по два в каждом блоке) соединены с соответствующими входами и выходами коммутатора каналов 4. Управляющие выходы блока управления 5 соединены: первый - со вторыми входами кодирующих блоков 2; второй - с третьими входами блоков исключения избыточности 3; третий - с дополнительным входом коммутатора каналов 4; четвертый - со входом преобразователя параллельного кода в последовательный 6, остальные входы которого соединены с информационными выходами коммутатора каналов 4; пятый - со входом анализатора активности каналов 7, другие n входов которого соединены со вторыми выходами блоков исключения избыточности 3; шестой - со входами всех формирователей ортогональных сигналов (формирователя ортогонального сигнала синхроимпульса 8, второй вход которого соединен с еще одним выходом коммутатора каналов, двух формирователей ортогональных (информационных) сигналов 9, вторые входы которых соединены с выходами преобразователя параллельного кода в последовательный 6, формирователей ортогональных сигналов разделения активных каналов 10, вторые входы которых соединены с выходами анализатора активности каналов 7). Сумматор 11, входы которого соединены с выходами всех формирователей ортогональных сигналов 8, 9 и 10, а выход - со входом передатчика 12. На приемной стороне система содержит (см фиг.3) приемник 13, выход которого соединен со входами блоков обработки: ортогонального сигнала синхроимпульса 14, двух ортогональных (информационных) сигналов 15 и ортогональных сигналов разделения активных каналов 16. Входы анализатора сигналов разделения активных каналов 17 соединены с выходами блоков обработки этих сигналов 16, а выход - с одним из входов коммутатора каналов 18. Три других входа коммутатора каналов 18 соединены с выходами двух блоков обработки ортогональных (информационных) сигналов 15 и блока обработки ортогонального сигнала синхроимпульса 14 соответственно, а еще один вход - с первым управляющим выходом блока управления 19. Второй управляющий выход блока управления соединен со вторыми входами всех блоков обработки ортогональных сигналов 14, 15 и 16, а третий - с еще одним входом анализатора сигналов разделения активных каналов 17. Четвертый управляющий выход блока управления 19 соединен со входами n блоков восстановления сообщений 20 и n ЦАП - 21. Вторые входы всех блоков восстановления сообщений 20 соединены с соответствующими выходами коммутатора каналов 18, а выходы всех ЦАП соединены со входами n блоков регистрации информации 22.

Система работает следующим образом. В каждый момент дискретизации осуществляется в порядке обслуживания опрос всех n источников информации. Передаваемые сообщения с выходов источников информации 1 (см. фиг.2) преобразуются в цифровую форму (двоичный код Грея) в кодирующих блоках 2. Далее информация поступает в блоки исключения избыточности 3, которые исключают избыточные отсчеты, а поведение канальных сигналов отражается в изменениях (приращениях или уменьшениях) существенных отсчетов. Изменения отсчетов, состоящие в основном из 2-3 двоичных разрядов [3], в порядке обслуживания источников информации с учетом их активности по командам блока управления 5 через коммутатор каналов 4 записываются в преобразователь параллельного кода в последовательный 6. В начале каждого кадра блок управления 5 выдает команду на формирователь ортогонального сигнала синхроимпульса 8 для передачи синхросигнала S₁ (см. фиг.1). Далее информационные "1" и "0" каждого активного канала считываются из преобразователя параллельного кода в последовательный 6 на формирователи ортогональных (информационных) сигналов 9 в порядке обслуживания каналов. Анализатор активности каналов 7 в моменты опроса всех источников информации в зависимости от состояния каналов выдает команды на запуск соответствующего формирователя ортогонального сигнала разделения активных каналов 10. Если оба соседних канала активны, то запускается формирователь ортогонального сигнала S₄. Если между активными каналами "молчит" один канал, то запускается формирователь ортогонального сигнала S₅, если "молчат" два канала - то S₆, и т.д. Сигналы с выходов всех формирователей ортогональных сигналов 8, 9 и 10 поступают на сумматор 11 и с его выхода на передатчик 12. Общая синхронизация на передающей стороне осуществляется блоком управления 5.

На приемной стороне (см. фиг.3) с выхода приемника 13 сигналы поступают в блоки обработки ортогональных сигналов 14, 15 и 16, где они разделяются по функциональной принадлежности. Кадровые синхросигналы (сигналы S₁) выделяются блоком обработки ортогонального сигнала синхроимпульса 14. Информационные "1" и "0" (сигналы S₂ и S₃) всех активных каналов в порядке их следования выделяются двумя блоками обработки ортогональных (информационных) сигналов 15 и через коммутатор 18 поступают на входы блоков восстановления сообщений 20. Сигналы разделения активных каналов (S₄, S₅, S₆ и т.д.) выделяются блоками обработки ортогональных сигналов 16 и поступают на анализатор сигналов разделения активных каналов 17, который совместно с блоком управления 19 управляет работой коммутатора каналов 18. Если принят сигнал S₄, выделенный одним из блоков обработки 16, то анализатор 17 выдает команду на коммутатор каналов 18 для коммутации следующей за этим сигналом информационной посылки на очередной (сразу за предыдущим) блок восстановления сообщений 20. Если принят сигнал S₅, то анализатор сигналов разделения активных каналов 17 выдает команду на коммутатор каналов 18 для коммутации следующей за этим сигналом информационной посылки активного канала через один блок восстановления сообщений 20. Если принят сигнал S₆, то анализатор сигналов разделения активных каналов 17 выдает команду на коммутатор каналов 18 для коммутации следующей за этим сигналом информационной посылки активного канала через два блока восстановления сообщений 20. Если количество "молчащих" каналов между двумя активными больше количества используемых в системе ортогональных сигналов разделения активных каналов, то можно передавать последовательно два и более ортогональных сигналов разделения каналов друг за другом (используя, например, десятичную систему исчисления). После прохождения блоков восстановления сообщений 20 информационные посылки активных каналов преобразуются в цифроаналоговых преобразователях 21 и выдаются в блоки регистрации информации 22. Общая синхронизация работы приемной стороны многоканальной системы связи осуществляется блоком управления 19.

Таким образом, последовательная передача информационных посылок активных каналов и специальных сигналов разделения активных каналов, несущих еще и информацию о количестве "молчащих" каналов между двумя активными, а также соответствующая обработка их на приемной стороне приводят к исключению ошибочного или неоднозначного распознавания на приемной стороне канальных признаков информационных посылок активных каналов.

В прототипе для обозначения канальных признаков всех обслуживаемых источников информации используется по два ортогональных сигнала. При этом число обслуживаемых источников информации определяется числом непересекающихся множеств из N по два и может быть найдено согласно [3] в соответствии с выражением

где L - число обслуживаемых источников информации (в предлагаемой системе n=L);

N - число кодовых форм исходного ансамбля ортогональных сигналов.

Причем каждый ортогональный сигнал при описанном в прототипе способе адресации каналов используется в сочетании с другими ортогональными сигналами из ансамбля (N-1) раз. Это значит, что в случае передачи информационных посылок активных каналов, имеющих только один значащий разряд, существует вероятность ошибочного распознавания канальных признаков на приемной стороне (так как в информационной посылке не хватает второго сигнала, определяющего канальный признак). Вероятность ошибок возрастает в случае наличия в кадре нескольких одноразрядных информационных посылок, особенно передаваемых в "соседних" по порядку обслуживания активных каналах.

В предлагаемой системе возможность ошибочного распознавания канальных признаков полностью исключена, так как в каждый момент дискретизации сообщений для передачи информационных посылок используется только два ортогональных сигнала, а канальные признаки формируются в результате использования ортогональных сигналов разделения активных каналов по специальному алгоритму. Это позволяет даже в случаях передачи одноразрядных изменений существенных отсчетов ставить на приемной стороне в соответствие каждому активному каналу только "свою" информационную посылку.

Кроме того, используемый в предлагаемой системе способ передачи информации позволяет сократить по сравнению с прототипом общее количество используемых ортогональных сигналов. Так, в предлагаемой системе независимо от количества обслуживаемых источников информации достаточно использовать всего 13 ортогональных сигналов (один для передачи синхросигнала в начале каждого кадра, еще два - для передачи информационных "0" и "1" всех каналов и 10 ортогональных сигналов разделения активных каналов). В прототипе при таком количестве ортогональных сигналов (один для передачи синхросигнала в начале каждого кадра, второй - для передачи сигналов разделительного интервала между активными каналами и 11 - для обозначения канальных признаков и передачи "0" и "1" обслуживаемых источников информации) может быть только обслуживаемых источников информации. Если количество обслуживаемых источников информации, как в прототипе, более 150, то количество используемых ортогональных сигналов в предлагаемой системе по сравнению с прототипом меньше примерно в полтора раза (при L=153N=18, a общее количество ортогональных сигналов, используемых в системе, на два больше, т.е. равно 20).

Тем самым сокращение общего количества используемых ортогональных сигналов в предлагаемой системе дает возможность применения М-последовательностей меньшей длины. В свою очередь это приводит к повышению информационной емкости системы и позволяет более эффективно использовать полосу пропускания многоканального тракта за счет возможности передачи информационных посылок от дополнительно обслуживаемых источников информации.

Так как введенные блоки являются стандартными, то заявляемая система многоканальной связи может быть промышленно реализована.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №333716, кл. Н 04 J 3/04, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР №621298, кл. Н 04 J 3/04, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР №785884, кл. G 08 С 15/06, 1978.

Многоканальная система связи с ортогональными сигналами с временным разделением каналов относится к технике связи. Технический результат - повышение информационной емкости системы путем увеличения пропускной способности многоканального тракта и к увеличению числа обслуживаемых источников информации. Для этого на передающей стороне введен анализатор активности каналов и дополнительные формирователи ортогональных сигналов разделения активных каналов, а на приемной стороне - дополнительные блоки обработки ортогональных сигналов разделения активных каналов и анализатор сигналов разделения активных каналов, а также передача информационных посылок о приращениях существенных отсчетов с использованием дополнительных ортогональных сигналов разделения активных каналов. 3 ил.

Многоканальная система связи с ортогональными сигналами с временным разделением каналов, содержащая на передающей стороне n параллельных ветвей из последовательно соединенных источника информации, кодирующего блока и блока исключения избыточности, коммутатор каналов, n входов которого соединены с выходами, а n первых и n вторых выходов соединены со вторыми и третьими входами соответствующих блоков исключения избыточности, преобразователь параллельного кода в последовательный, n входами соединенный с n выходами коммутатора каналов, формирователь ортогонального сигнала синхроимпульса, первый вход которого соединен с n+1-м выходом коммутатора каналов, два формирователя ортогональных сигналов, первыми входами соединенные с выходами преобразователя параллельного кода в последовательный, формирователь ортогонального сигнала разделительного интервала, первым входом соединенный с n+2-м выходом коммутатора каналов, блок управления, управляющие выходы которого соединены соответственно с дополнительными входами n кодирующих блоков, n блоков исключения избыточности, коммутатора каналов, преобразователя параллельного кода в последовательный, формирователя ортогонального сигнала синхроимпульса, двух формирователей ортогональных сигналов и формирователя ортогонального сигнала разделительного интервала, сумматор, входами соединенный с выходами всех формирователей ортогональных сигналов, передатчик, входом соединенный с выходом сумматора, а на приемной стороне - приемник, выходом соединенный с первыми входами блока обработки ортогонального сигнала синхроимпульса, двух блоков обработки ортогональных сигналов и блока обработки ортогонального сигнала разделительного интервала, коммутатор каналов, одним входом соединенный с выходом блока обработки ортогонального сигнала синхроимпульса, вторым входом соединенный с выходом блока обработки ортогонального сигнала разделительного интервала, n параллельных ветвей, состоящих из последовательно соединенных блока восстановления сообщений, цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и блока регистрации информации, блок управления, управляющие выходы которого соединены соответственно с дополнительными входами блока обработки ортогонального сигнала синхроимпульса, блоков обработки ортогональных сигналов, блока обработки ортогонального сигнала разделительного интервала, коммутатора каналов, n блоков восстановления сообщений и n ЦАП, отличающаяся тем, что дополнительно введены на передающей стороне - анализатор активности каналов, n входов которого соединены со вторыми выходами n блоков исключения избыточности, а еще один вход анализатора соединен с дополнительным управляющим выходом блока управления, формирователи ортогональных сигналов разделения активных каналов, первые входы которых соединены с соответствующими выходами введенного анализатора активности каналов, а вторые входы - с одним из управляющих выходов блока управления, причем выходы всех введенных формирователей ортогональных сигналов разделения активных каналов соединены с дополнительными входами сумматора, а на приемной стороне введены дополнительные блоки обработки ортогональных сигналов разделения активных каналов, первые входы которых соединены с выходом приемника, а вторые входы - с одним из управляющих выходов блока управления, анализатор сигналов разделения активных каналов, входы которого соединены с выходами введенных блоков обработки ортогональных сигналов разделения активных каналов и еще один вход соединен с дополнительным управляющим выходом блока управления, а выход - с дополнительным входом коммутатора каналов.