СТАРТСТОПНАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ Российский патент 2008 года по МПК H04L25/40 

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], принятая за прототип.

Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено

на передающей стороне:

1 - источник информации;

2 - регистр сдвига;

3 - манипулятор;

4 - передатчик;

5 - первый генератор тактовых импульсов;

6 - генератор псевдослучайной последовательности;

7 - ключ;

8 - генератор несущей частоты;

24 - мультиплексор;

25 - перемножитель;

26 - двоичный счетчик,

на приемной стороне:

9 - приемник;

10 - согласованный фильтр;

11 - синхроблок;

12 - второй генератор тактовых импульсов;

23 - линия связи;

27 - демодулятор;

28 - запоминающий блок;

29 - линия задержки.

Устройство-прототип содержит на передающей стороне последовательно соединенные источник информации 1, регистр сдвига 2, мультиплексор 24, манипулятор 3 и передатчик 4. Кроме того, последовательно соединенные первый генератор тактовых импульсов 5, генератор псевдослучайной последовательности 6, перемножитель 25 и двоичный счетчик 26; последовательно соединенные генератор несущей частоты 8 и ключ 7, выход которого соединен с сигнальным входом манипулятора 3. Вход генератора тактовых импульсов 5 соединен с синхровыходом источника информации 1, второй выход генератора 5 соединен с тактовым входом регистра сдвига 2, а третий выход генератора 5 - со вторыми входами генератора псевдослучайной последовательности 6 и перемножителя 25, выход которого также соединен с управляющими входами блока 3 и ключа 7. Причем первый выход генератора 5 соединен с установочным входом двоичного счетчика 26, выходы которого соединены шиной с управляющими входами мультиплексора 24.

На приемной стороне содержит последовательно соединенные приемник 9, согласованный фильтр 10, синхроблок 11, демодулятор 27 и запоминающий блок 28, выход которого является выходом устройства, и второй генератор тактовых импульсов 12, вход которого соединен с выходом синхроблока 11, первый выход соединен со вторым входом запоминающего блока 28, а второй выход - с соответствующими входами демодулятора 27 и запоминающего блока 28. Кроме того, выход согласованного фильтра 10 через линию задержки 29 соединен с третьим входом демодулятора 27. Передающая и приемная стороны соединены посредством линии связи 23. (Здесь в устройстве 11 - синхроблоке объединены блоки 14, 15, 16, 17, 18 и 19 устройства-прототипа [1]).

Стартстопная система связи 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 генератора тактовых импульсов 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 генератора псевдослучайной последовательности 6 и установка всех разрядов двоичного счетчика 26 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 25 перемножается с псевдослучайной последовательностью той же длины, поступающей с выхода генератора 6.

Положительная часть результирующего сигнала, поступающая с выхода блока 25, используется для управления работой блоков 26, 3 и ключа 7. В момент действия переднего фронта его первого импульса блок 26 устанавливается в нулевое состояние, открывается ключ 7, который пропускает колебания несущей частоты в блок 3, а с выхода мультиплексора 24 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 26 устанавливается двоичное число, равное единице, и мультиплексор 24 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 27 осуществляется демодуляция поступающего с выхода фильтра 10 и задержанного в линии задержки 29 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 27 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 28. Считывание информации с блока 28 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, манипулятор и передатчик; первый генератор тактовых импульсов и генератор псевдослучайной последовательности, а также последовательно соединенные генератор несущей частоты и ключ, выход которого подключен к сигнальному входу манипулятора, причем вход первого генератора тактовых импульсов соединен с синхровыходом источника информации, а его второй выход подключен к тактовому входу регистра сдвига, а на приемной стороне - последовательно соединенные приемник, согласованный фильтр, синхроблок и второй генератор тактовых импульсов, причем выход передатчика подключен ко входу приемника через линию связи; на передающей стороне у передатчика введен второй вход, подключенный к третьему выходу первого генератора тактовых импульсов, выход регистра сдвига соединен с первым (информационным) входом манипулятора, выход генератора псевдослучайной последовательности подключен к управляющему входу ключа, а его второй вход - к второму выходу первого генератора тактовых импульсов; а на приемной стороне введены дополнительно решающий блок, последовательно соединенные полосовой фильтр, первый фазовый детектор, компаратор, триггер, второй ключ, второй фазовый детектор и решающий блок, выход которого является выходом устройства, а также формирователь импульса и последовательно соединенные формирователь опорного напряжения и фазовращатель, причем входы полосового фильтра и формирователя опорного напряжения подключены к выходу приемника, выход фазовращателя подключен ко второму входу второго ключа, третий вход второго ключа объединен с вторым входом первого фазового детектора и соединен со входом фазовращателя, выход формирователя импульса подсоединен ко второму входу компаратора, а его вход и второй вход триггера подключены к выходу синхроблока, второй вход второго фазового детектора соединен с выходом согласованного фильтра, а тактовый вход решающего блока подключен к выходу второго генератора тактовых импульсов.

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 - первый фазовый детектор (ФД);

15 - компаратор;

16 - триггер;

17 - второй ключ;

18 - второй ФД;

19 - решающий блок (РБ);

20 - формирователь импульса (ФИ);

21 - формирователь опорного напряжения (ФОН);

22 - фазовращатель;

23 - линия связи.

Заявляемое устройство содержит на передающей стороне последовательно соединенные источник информации 1, PC 2, манипулятор 3 и передатчик 4, последовательно соединенные первый ГТИ 5, вход которого подключен к синхровыходу источника информации 1, ГПСП 6 и ключ 7, выход которого соединен с сигнальным выходом 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 его третий выход - ко второму входу передатчика 4; а на приемной стороне содержит последовательно соединенные приемник 9, СФ 10, синхроблок 11 и второй ГТИ 12, последовательно соединенные ПФ 13, первый ФД 14, компаратор 15, триггер 16, второй ключ 17, второй ФД 18 и РБ 19, выход которого является выходом устройства, а также ФИ 20 и последовательно соединенные ФОН 21 и фазовращатель 22, причем входы ПФ 13 и ФОН 21 подключены к выходу приемника 9, выход фазовращателя 22 подключен к второму входу второго ключа 17, третий вход второго ключа 17 объединен со вторым входом первого ФД 14 и подключен ко входу фазовращателя 22, выход ФИ 20 подсоединен ко второму входу компаратора 15, а его вход и второй вход триггера 16 подключены к выходу синхроблока 11, второй вход второго ФД 18 соединен с выходом СФ 10, а тактовый вход РБ 19 подключен к выходу второго ГТИ 12; передающая и приемная стороны устройства соединены посредством линии связи 23.

Стартстопная система связи работает следующим образом.

В случайный момент времени (например, t=0) на выходе источника информации 1 создаются n (n=50-200) 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 РС2 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 вначале 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 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 поступает также на полосовой фильтр 13 с полосой пропускания, примерно равной 1,5/mτ, в результате чего в момент окончания амплитудно-модулированного сигнала при приеме на его выходе будет действовать истинная несущая частота с большим отношением сигнал/шум, и на ФОН 21, который создает на своем выходе сигнал с частотой, равной частоте несущей, отличающийся по фазе относительно фазы истинной несущей (на передающей стороне) случайным образом на 0 или π, и построенный по одной из схем (см., например, рис.4.8-4.12 (без УПЧ) в книге П.И.Пенина «Системы передачи цифровой информации», М.: Сов. Радио, 1976). Для устранения неопределенности фазы несущей при приеме служат блоки 14-17, 20-22. По переднему фронту импульса на выходе синхроблока 11 триггер 16 устанавливается в нулевое состояние, а по его заднему фронту на выходе ФИ 20 формируется импульс с длительностью, равной определенному числу периодов несущей частоты. Первый ФД 14 сравнивает по фазе выходные сигналы блоков 13 и 21, и если фазы совпадают (в момент действия импульса на выходе ФИ 20), то на выходе блока 14 формируется положительный сигнал, который создает на выходе компаратора 15 сигнал логической 1, переводящий триггер 16 в единичное состояние. При этом на выход ключа 17 передается сигнал с выхода ФОН 21 (т.е. истинная несущая частота), который позволяет осуществить фазовое детектирование информационного сигнала, поступающего на него с выхода СФ 10. ГТИ 12 создает n коротких импульсов с задержкой на τ относительно выходного импульса блока 11, в момент действия которых по положительным или отрицательным сигналам, действующим на выходе ФД 18, на выходе РБ 19 формируются символы сообщения 1 или 0. Если фазы сигналов на входах ФД 14 не совпадают, то на выход ключа 17 передается сигнал с выхода фазовращателя (на π) 22 и фазовое детектирование сигнала также будет правильным.

Таким образом, применение предложенного устройства позволяет повысить вероятность правильного приема сообщения и упростить его 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», М.: 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», М.: Радио и связь, 1985). Все блоки, входящие в устройство, являются известными.

Источники информации

1. Патент РФ №2168867, Н04L 25/00.

Изобретение относится к радиосвязи и может использоваться в проводных, радиорелейных и космических системах связи. Достигаемый технический результат - повышение вероятности правильного приема сообщения и упрощение изготовления. Стартстопная система связи содержит на передающей стороне источник информации, регистр сдвига, манипулятор, передатчик, первый генератор тактовых импульсов, генератор псевдослучайной последовательности, ключ и генератор несущей частоты, а на приемной стороне содержит приемник, согласованный фильтр, синхроблок, второй генератор тактовых импульсов, полосовой фильтр, первый фазовый детектор, компаратор, триггер, второй ключ, второй фазовый детектор, решающий блок, формирователь импульса, формирователь опорного напряжения, фазовращатель и линию связи. 2 ил.

Стартстопная система связи, содержащая на передающей стороне последовательно соединенные источник информации и регистр сдвига, последовательно соединенные манипулятор и передатчик, первый генератор тактовых импульсов и генератор псевдослучайной последовательности, также последовательно соединенные генератор несущей частоты и ключ, выход которого подключен к сигнальному входу манипулятора, причем вход первого генератора тактовых импульсов соединен с синхровыходом источника информации, а его второй выход подключен к тактовому входу регистра сдвига, а на приемной стороне - последовательно соединенные приемник, согласованный фильтр, синхроблок и второй генератор тактовых импульсов, причем выход передатчика подключен ко входу приемника через линию связи, отличающаяся тем, что на передающей стороне у передатчика введен второй вход, подключенный к третьему выходу первого генератора тактовых импульсов, выход регистра сдвига соединен с первым информационным входом манипулятора, выход генератора псевдослучайной последовательности подключен к управляющему входу ключа, а его второй вход - к второму выходу первого генератора тактовых импульсов, на приемной стороне введены дополнительно последовательно соединенные полосовой фильтр, первый фазовый детектор, компаратор, триггер, второй ключ, второй фазовый детектор и решающий блок, выход которого является выходом устройства, а также формирователь импульса и последовательно соединенные формирователь опорного напряжения и фазовращатель, причем входы полосового фильтра и формирователя опорного напряжения подключены к выходу приемника, выход фазовращателя подключен ко второму входу второго ключа, третий вход второго ключа объединен с вторым входом первого фазового детектора и соединен со входом фазовращателя, выход формирователя импульса подсоединен ко второму входу компаратора, а его вход и второй вход триггера подключены к выходу синхроблока, второй вход второго фазового детектора соединен с выходом согласованного фильтра, а тактовый вход решающего блока подключен к выходу второго генератора тактовых импульсов, при этом на третьем выходе первого генератора тактовых импульсов формируется импульс, который поступает на второй вход передатчика и включает его на время передачи сигнала, сформированного на выходе манипулятора, а на выходе решающего блока формируются символы сообщения 1 или 0.