СТАРТСТОПНАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ Российский патент 2007 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 по пат. РФ 2168867, Н04L 25/00, опубл. 10.06.2001, Бюл. №16, принятая за прототип.

Укрупненная функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:

на передающей стороне:

1 - источник информации;

2 - регистр сдвига;

3 - относительно фазовый манипулятор;

4 - передатчик;

5 - первый генератор тактовых импульсов (ГТИ);

6 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП);

8 - генератор несущей частоты (ГНЧ);

7 - ключ;

на приемной стороне:

9 - приемник;

10 - согласованный фильтр;

11 - синхроблок;

12 - второй генератор тактовых импульсов (ГТИ);

16 - демодулятор;

18 - линия связи;

19 - мультиплексор;

21 - перемножитель;

22 - двоичный счетчик;

23 - запоминающий блок;

24 - линия задержки.

Устройство-прототип содержит на передающей стороне последовательно соединенные источник информации 1, регистр сдвига 2, мультиплексор 19, относительно фазовый манипулятор 3 и передатчик 4. Кроме того, последовательно соединенные первый ГТИ 5, ГПСП 6, перемножитель 21 и двоичный счетчик 22; последовательно соединенные ГНЧ 8 и ключ 7, выход которого соединен с сигнальным входом относительно фазового манипулятора 3. Вход генератора тактовых импульсов 5 соединен с синхровыходом источника информации 1, второй выход первого ГТИ 5 соединен с тактовым входом регистра сдвига 2, а третий выход первого ГТИ 5 - со вторыми входами ГПСП 6 и перемножителя 21, выход которого соединен с управляющими входами блока 3 и ключа 7. Кроме того, первый выход ГТИ 5 соединен с установочным входом двоичного счетчика 22, выходы которого соединены шиной с управляющими входами мультиплексора 19.

На приемной стороне содержит последовательно соединенные приемник 9, согласованный фильтр 10, синхроблок 11, демодулятор 16 и запоминающий блок 23, выход которого является выходом устройства, а также второй ГТИ 12, вход которого соединен с выходом синхроблока 11, первый выход второго ГТИ 12 соединен с первым входом запоминающего блока 23, а второй выход - со вторыми входами демодулятора 16 и запоминающего блока 23. Кроме того, выход согласованного фильтра 10 через линию задержки 24 соединен с третьим входом демодулятора 16. Передающая и приемная стороны соединены посредством линии связи 18.

Синхроблок 11 объединяет блоки 14, 15, 16, 17, 18 и 19 устройства-прототипа, причем нумерация объединенных блоков такая, как принята в описании к патенту на устройство-прототип.

Стартстопная система связи-прототип работает следующим образом.

В случайный момент времени на выходе источника информации 1 создаются n информационных символов («0» или «1») длительности τ.

При t=0 на втором выходе первого ГТИ 5 формируются n тактовых импульсов, равное числу элементов псевдослучайной последовательности (ПСП), которые записывают информационные символы в регистре сдвига 2, на его первом выходе создается короткий импульс, по переднему фронту которого производится начальная установка ГПСП 6 и установка всех разрядов двоичного счетчика 22 в единичное состояние, а на третьем выходе - меандр, состоящий из (n+1+S) импульсов длительности τ/2 (где S - количество переходов уровня ПСП из положительного в отрицательное значение), который в блоке 21 перемножается с псевдослучайной последовательностью той же длины, поступающей с выхода ГПСП 6.

Положительная часть результирующего сигнала, поступающая с выхода блока 21, используется для управления работой блоков 22, 3 и ключа 7. В момент действия переднего фронта его первого импульса блок 22 устанавливается в нулевое состояние, открывается ключ 7, который пропускает колебания несущей частоты в блок 3, а с выхода мультиплексора 19 на вход блока 3 поступает нулевой сигнал. В результате этого на выходе блока 3 формируются колебания несущей частоты с произвольной начальной фазой в течение интервала времени τ/2. При поступлении второго положительного фронта сигнала в счетчике 22 устанавливается двоичное число, равное единице, и мультиплексор 19 считывает из регистра сдвига 2 значение первого информационного символа. При этом начальная фаза несущей частоты на выходе блока 3 остается прежней, если первый символ имеет значение единицы, и изменяется на противоположную - в противном случае. Таким образом, на выходе блока 3 создается относительно фазоманипулированный сигнал длительности Т, 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 9 и согласованной - в фильтре 10 для одиночного радиоимпульса длительности τ/2 поступает на синхроблок 11, на выходе которого формируется короткий импульс в момент времени, соответствующий моменту окончания сигнала при приеме Т.

В блоке 16 осуществляется демодуляция поступающего с выхода фильтра 10 и задержанного в линии задержки 24 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 16 определяет импульс, поступающий с синхроблока 11, а моменты сравнения фаз соседних радиоимпульсов - передние фронты импульсов, поступающих со второго выхода генератора 12. По задним фронтам этих импульсов выносится решение о приеме символов и фиксация их в запоминающем блоке 23. Считывание информации с блока 23 на выход системы осуществляется импульсами, поступающими со второго выхода генератора 12.

Недостатками устройства-прототипа являются низкое значение вероятности правильного приема сообщения и сложность в изготовлении.

Для устранения указанных недостатков в стартстопную систему связи, содержащую на передающей стороне последовательно соединенные источник информации и регистр сдвига, последовательно соединенные манипулятор и передатчик, первый генератор тактовых импульсов (ГТИ) и генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП), последовательно соединенные генератор несущей частоты (ГНЧ) и ключ, выход которого подключен к сигнальному входу манипулятора, причем вход первого ГТИ соединен с синхровыходом источника информации, второй выход ГТИ подключен к тактовому входу регистра сдвига, на приемной стороне последовательно соединенные приемник, согласованный фильтр, синхроблок и второй ГТИ, а также демодулятор, причем выход передатчика подключен к входу приемника через линию связи, согласно изобретению введены на передающей стороне у передатчика - второй вход, подключенный к третьему выходу первого ГТИ, выход регистра сдвига соединен с информационным входом манипулятора, выход ГПСП подключен к первому входу ключа, второй вход ГПСП подключен ко второму выходу первого ГТИ; на приемной стороне - решающий блок, последовательно соединенные полосовой фильтр, прерыватель и блок фазовой автоподстройки частоты, выход которого подключен к синхронизирующему входу демодулятора, причем вход полосового фильтра соединен с выходом приемника, управляющий вход прерывателя подключен к выходу синхроблока, сигнальный вход демодулятора соединен с выходом согласованного фильтра, выход демодулятора соединен с первым входом решающего блока, второй вход которого соединен с выходом второго ГТИ, выход решающего блока является выходом устройства.

На фиг.2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:

на передающей стороне:

1 - источник информации;

2 - регистр сдвига (PC);

3 - манипулятор;

4 - передатчик;

5 - первый генератор тактовых импульсов (ГТИ);

6 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП);

7 - ключ;

8 - генератор несущей частоты (ГНЧ);

на приемной стороне:

9 - приемник;

10 - согласованный фильтр (СФ);

11 - синхроблок;

12 - второй ГТИ;

13 - полосовой фильтр (ПФ);

14 - прерыватель;

15 - блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ);

16 - демодулятор;

17 - решающий блок (РБ);

18 - линия связи.

Предлагаемая система связи содержит на передающей стороне последовательно соединенные источник информации 1, PC 2, манипулятор 3 и передатчик 4, последовательно соединенные первый ГТИ 5, ГПСП 6 и ключ 7, выход которого соединен с сигнальным входом манипулятора 3, а второй вход - с выходом ГНЧ 8, причем второй выход первого ГТИ 5 подключен к тактовому входу PC 2 и второму входу ГПСП 6, а третий выход ГТИ 5 - ко второму входу передатчика 4. Кроме того, вход ГТИ 5 подключен к синхровыходу источника информации 1. На приемной стороне содержит последовательно соединенные приемник 9, СФ 10, синхроблок 11 и второй ГТИ 12, последовательно соединенные ПФ 13, прерыватель 14, блок ФАПЧ 15, демодулятор 16 и РБ 17, выход которого является выходом устройства, причем вход ПФ 13 подключен к выходу приемника 9, управляющий вход прерывателя 14 соединен с выходом синхроблока 11, сигнальный вход демодулятора 16 соединен с выходом СФ 10, а второй вход РБ 17 подключен к выходу второго ГТИ 12, при этом передающая и приемная стороны устройства соединены посредством линии связи 18. Манипулятор 3 является фазовым.

Предлагаемая стартстопная система связи работает следующим образом.

В случайный момент времени (например, t=0) на выходе источника информации 1 создаются n (n=30-40) информационных символов (0 или 1) длительности τ, а на первом выходе первого ГТИ 5 формируется короткий импульс, по переднему фронту которого производится начальная установка S символов псевдослучайной последовательности (ПСП) в ГПСП 6 (S<n). В тот же момент времени на втором выходе ГТИ 5 создается последовательность из (n+S+1) коротких импульсов с периодом следования τ, которые поочередно записывают, а затем считывают с задержкой на время Sτ, на выход S-разрядного PC 2 n информационных символов. Те же импульсы считывают на выход ГПСП 6 S-разрядную ПСП (S≥7), представляющую собой инверсный во времени код Баркера или Неймана-Гоффмана (см., например, с.407 в книге Дж.Спилкера «Цифровая спутниковая связь», М.: Связь, 1979). Причем для одного и того же значения S выбирается код, содержащий в начале наибольшее число символов «0». Таким образом, сначала в устройстве создается ПСП, а затем n информационных символов (соответственно, на выходах блоков 6 и 2).

При действии на первый вход ключа 7 символов ПСП «0» он открывается и на сигнальный вход фазового манипулятора 3 поступает несущая частота с выхода ГНЧ 8, а при действии символов «1» не поступает. Так как на интервале времени, равном Sτ, на первом входе блока 3 действует нулевой сигнал, то на его выходе формируется амплитудно-модулированный радиосигнал с одинаковыми начальными фазами импульсов, имеющий в конце радиоимпульс определенной длительности mτ, соответствующий m последним символам ПСП «0» (например, для кода Неймана-Гоффмана при S=10 максимальное значение m равно 5).

После окончания ПСП на сигнальный вход блока 3 несущая частота поступает непрерывно. При действии на первом входе манипулятора 3 информационных символов «0» начальная фаза сигнала на его выходе не изменяется, а при действии символов «1» меняется на π.

На третьем выходе ГТИ 5 при t=0 формируется импульс длительности (n+S)τ, который включает передатчик 4 на время передачи сигнала, сформированного на выходе блока 3.

На приемной стороне полученный сигнал после общей фильтрации в приемнике 9 и согласованной - в фильтре 10 для одиночного радиоимпульса длительности τ поступает на синхроблок 11, на выходе которого формируется короткий импульс в момент времени, соответствующий моменту окончания амплитудно-модулированного посредством ПСП сигнала при приеме Т. Относительно него с задержкой на время τ на выходе второго ГТИ 12 формируется последовательность из n коротких импульсов с периодом следования τ, соответствующих моментам окончания информационных символов при приеме. Сигнал с выхода приемника 9 поступает также на полосовой фильтр 13 с полосой пропускания примерно равной 1,5/mτ и затем через открытый прерыватель 14 - на вход блока ФАПЧ 15, в котором осуществляется подстройка содержащегося в нем генератора по частоте (и фазе) последними m радиоимпульсами амплитудно-модулированного сигнала. После окончания последних импульс с выхода синхроблока 11 запрещает прохождение колебаний через блок 14 на время nτ. Инерционность блока ФАПЧ 15 позволяет получить на его выходе когерентную несущую частоту на интервале времени (30-40)τ, которая используется для фазового детектирования информационного сигнала с выхода СФ 10 в фазовом демодуляторе 16. В решающем блоке 17 в моменты действия импульсов на его втором входе выносятся решения о приеме информационных символов и на выходе формируются соответствующие двоичные символы.

Таким образом, использование предлагаемой системы связи позволяет повысить вероятность правильного приема сообщения и упростить ее изготовление.

В отличие от прототипа, в котором используется относительно-фазовая манипуляция и метод сравнения фаз при приеме, в заявляемом устройстве используется фазовая манипуляция, которая, как известно, обладает более высокой помехоустойчивостью (см., например, рис.4.23 в книге Н.Л.Теплова «Помехоустойчивость систем передачи дискретной информации», M.: Связь, 1964). Сложность устройства значительно снижена за счет исключения из приемной части линии задержки, которая, например, при τ=1 мс и S=10 должна иметь время задержки 10 мс. Изготовить такую линию задержки сложно и, кроме того, она будет весьма громоздкой (см. стр.359 в книге Л.Е.Варакина «Системы связи с шумоподобными сигналами», M.: Радио и связь, 1985). Все блоки, входящие в устройство, являются известными. Например, блок ФАПЧ может быть выполнен по оптимальной или типовой схеме (см. рис.13.3 в книге В.И.Тихонова «Статистическая радиотехника». M.: Сов. радио, 1966).

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в различных системах связи. Достигаемый технический результат - повышение вероятности правильного приема сообщения и упрощение изготовления устройства. Стартстопная система связи содержит источник информации, регистр сдвига, манипулятор, передатчик, два генератора тактовых импульсов, генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП), генератор несущей частоты, ключ, приемник, согласованный фильтр, синхроблок, демодулятор, линию связи, решающий блок, полосовой фильтр, прерыватель, блок фазовой автоподстройки частоты. 2 ил.

Стартстопная система связи, содержащая на передающей стороне последовательно соединенные источник информации и регистр сдвига, последовательно соединенные манипулятор и передатчик, последовательно соединенные первый генератор тактовых импульсов (ГТИ) и генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП), последовательно соединенные генератор несущей частоты (ГНЧ) и ключ, выход которого подключен к сигнальному входу манипулятора, причем вход первого ГТИ соединен с синхровыходом источника информации, второй выход ГТИ подключен к тактовому входу регистра сдвига, на приемной стороне последовательно соединенные приемник, согласованный фильтр, синхроблок и второй ГТИ, а также демодулятор, причем выход передатчика подключен к входу приемника через линию связи, отличающаяся тем, что введены на передающей стороне у передатчика - второй вход, подключенный к третьему выходу первого ГТИ, выход регистра сдвига соединен с информационным входом манипулятора, выход ГПСП подключен к первому входу ключа, второй вход ГПСП подключен ко второму выходу первого ГТИ, на приемной стороне - решающий блок, последовательно соединенные полосовой фильтр, прерыватель и блок фазовой автоподстройки частоты, выход которого подключен к синхронизирующему входу демодулятора, причем вход полосового фильтра соединен с выходом приемника, управляющий вход прерывателя подключен к выходу синхроблока, сигнальный вход демодулятора соединен с выходом согласованного фильтра, выход демодулятора соединен с первым входом решающего блока, второй вход которого соединен с выходом второго ГТИ, выход решающего блока является выходом устройства, кроме того, манипулятор и демодулятор выполнены фазовыми.