ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНО-ЭФФЕКТИВНЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2013 года по МПК H04L27/00 

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системах передачи данных по радиоканалу для формирования ограниченных по спектру сигналов.

Известно устройство «Формирователь сигналов» [А.С. SU №1598198]. Формирователь сигналов содержит генератор импульсов, счетчик, запоминающие блоки, распределитель импульсов, блоки формирования сигналов, фильтры низких частот, аналоговые перемножители, сумматор, генератор гармонического сигнала, фазовращатель, регистр задержки, дешифратор и блок логического умножения. Недостатком устройства является невозможность формировать сигналы с ограниченным спектром частот с высокой информационной скоростью и иметь возможность перестройки формы сигнала в процессе передачи информации.

Известно устройство «Цифровой согласованный фильтр» [А.С. SU №Г815796] Цифровой согласованный фильтр содержит аналого-цифровой фильтр, регистр сдвига, мультиплексор, постоянное запоминающее устройство, счетчик, сумматор, параллельный регистр, блок синхронизации, блок сравнения. Однако при использовании устройства для формирования спектрально-эффективных сигналов отсутствует возможность перестройки формы сигнала в процессе передачи информации.

Наиболее близким является «Цифровой согласованный фильтр», принятый за прототип. [А.С. SU №944077]. Фильтр содержит Р программируемых запоминающих устройств 1-i - 1-Р, каждое из которых состоит из программатора и мультиплексора, двоичный счетчик, аналого-цифровой преобразователь, цифровой перемножитель, запоминающее устройство, блоки управления, сумматор, блок синхронизации, параллельный регистр и блок сравнения.

Первым недостатком прототипа является низкое быстродействие устройства при формировании или обработки спектрально-эффективных сигналов со сложными законами изменения огибающей сигналов. Вторым недостатком прототипа является невозможность перестройки импульсного отклика цифрового согласованного фильтра в процессе передачи сигналов.

Задачей изобретения является увеличение быстродействия при формировании спектрально-эффективных сигналов, а также повышение степени защиты передаваемой информации.

Для решения поставленной задачи предложено цифровое устройство формирования спектрально-эффективных сигналов. Устройство включает аналого-цифровой преобразователь, управляющий вход которого соединен с выходом блока синхронизации, первый мультиплексор, параллельный регистр, сумматор и первый блок управления, цифро-аналоговый преобразователь, два мультиплексора, два последовательно-параллельных многоразрядных регистра, второй и третий блоки управления, блок управления обратной связью, фильтр нижних частот. Сигнальные многоразрядные выходы первого мультиплексора соединены с сигнальными входами первого последовательно-параллельного многоразрядного регистра, имеющего группы многоразрядных выходов. Регистр подключен к сигнальным входам второго мультиплексора, у которого управляющие входы соединены с выходами первого блока управления, а его выходы подключены к первой группе входов сумматора, выходы, которого подключены к входам параллельного регистра. Блок синхронизации соединен с первым последовательно-параллельным многоразрядным регистром, первым блоком управления, параллельным регистром, цифро-аналоговым преобразователем и входом блока управления обратной связью. Первый выход блока управления обратной связью соединен с управляющим входом параллельного регистра, второй его выход с управляющим входом второго последовательно-параллельного многоразрядного регистра, третий и четвертый выходы соединены соответственно с входами второго и третьего блоков управления. Выходы третьего блока управления соединены с управляющими входами первого мультиплексора, у которого первые сигнальные входы соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя, а вторые сигнальные входы соединены с выходами третьего мультиплексора, у которого группы многоразрядных сигнальных входов подключены к многоразрядным выходам второго последовательно-параллельного многоразрядного регистра. Входы регистра соединены одновременно с выходами параллельного регистра, второй группой входов сумматора, и входами цифро-аналогового преобразователя, а его выход соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом цифрового устройства формирования спектрально-эффективных сигналов.

Первый последовательно-параллельный многоразрядный регистр, второй мультиплексор, третий блок управления, сумматор, блок синхронизации, параллельный регистр, а также цепь обратной связи, образованная блоком управления обратной связью, вторым последовательно-параллельным многоразрядным регистром, третьим мультиплексором, вторым и третьим блоками управления образуют цифровой согласованный фильтр, который лежит в основе работы устройства формирования спектрально-эффективных сигналов.

Введение обратной связи позволяет формировать произвольный импульсный отклик и многократно повторять операцию свертки входного сигнала и импульсного отклика цифрового согласованного фильтра. Это в совокупности приводит к сглаживанию формы входного сигнала и, как следствие, во-первых, к увеличению скорости спада внеполосных излучений и, во-вторых, к уменьшению полосы занимаемых частот. Увеличение скорости спада происходит из-за округления формы сигналов, а уменьшение полосы частот - из-за увеличения длительности сигналов.

Такое изменение формы сигналов может быть необходимым для повышения степени защиты информации от несанкционированного радиоперехвата сообщений. Передаваемые сигналы должны обладать возможностью изменения формы огибающей последовательности с определенной периодичностью автоматически, в процессе работы устройств передачи-приема информации.

Процедуру работы цифрового согласованного фильтра можно описать выражением:

где - выборочные значения выходного сигнала на выходе цифрового согласованного фильтр в форме q-разрядных чисел; g^(p)(iΔt) - выборочные значения импульсного отклика цифрового согласованного фильтра в форме p-разрядных чисел; - выборочные значения входного сигнала в форме n-разрядных чисел; N - число выборочных значений на длительности Т импульсного отклика цифрового согласованного фильтра; Δt - интервал дискретизации, равный T/N.

Приведенное математическое подтверждение работы согласованного фильтра справедливо для видеосигналов прямоугольной формы, но возможно использование сигналов произвольной формы. Если фильтр имеет, например, импульсный отклик в форме прямоугольного видеоимпульса единичной амплитуды, то

g^(p)(iΔt)=1

В этом случае процедура работы цифрового согласованного фильтра существенно упрощается, а именно выборочные значения выходного напряжения будут определяться следующими выражениями:

k=0

k=1

k=2

……

k=N-2

k=N-1

С учетом этих выражений процедура работы фильтра может быть выполнена без использования программируемого запоминающего устройства и запоминающего устройства. Это позволит увеличить быстродействие согласованного фильтра и всего устройства в целом.

Увеличение степени защиты информации от несанкционированного приема достигается путем динамического изменения формы сигналов в процессе передачи информации. Динамическое изменение формы сигналов достигается с помощью изменения числа операций свертки входного сигнала и импульсного отклика цифрового согласованного фильтра. Эта процедура происходит в цепи обратной связи устройства. В этом случае в процессе передачи последовательности сигналов их форма будет изменяться. Считая, что закон изменения формы сигналов известен только приемной стороне, при несанкционированном приеме будет невозможно достоверно принимать информацию. Это особенно важно в многоканальных беспроводных системах передачи информации.

Таким образом, отличительные признаки являются необходимыми и существенными для выполнения поставленной задачи.

Цифровое устройство формирования спектрально-эффективных сигналов (фиг.1) содержит аналого-цифровой преобразователь 1, первый мультиплексор 2, третий блок управления 3, блок управления обратной связью 4, первый последовательно-параллельный многоразрядный регистр 5, второй мультиплексор 6, третий мультиплексор 7, второй последовательно-параллельный многоразрядный регистр 8, второй блок управления 9, первый блок управления 10, сумматор 11, блок синхронизации 12, параллельный регистр 13, цифро-аналоговый преобразователь 14, фильтр нижних частот 15.

Непрерывный сигнал поступает на информационный вход аналого-цифрового преобразователя 1 (АЦП), управляющий вход которого соединен с выходом блока синхронизации 12. На n выходах АЦП формируется в виде n-разрядного двоичного числа выборочное значение амплитуды принимаемого сигнала. Количество уровней M квантования выборочного значения амплитуды входного сигнала определяется выражением M=2ⁿ. Эта последовательность поступает на первую группу входов первого мультиплексора 2. Проходя без изменений (в первый момент на второй группе входов мультиплексора 2 сигнал отсутствует), сигнал поступает на вход первого последовательно-параллельного многоразрядного регистра 5. Этот первый последовательно-параллельный многоразрядный регистр выполняет роль многоразрядной линии задержки в цифровом согласованном фильтре. Для получения напряжения цифровой свертки S_вых(kΔt), необходимо организовать считывание выборочных значений сигнала с выходов первого последовательно-параллельного многоразрядного регистра, что осуществляется с помощью второго мультиплексора, и суммирование их с помощью сумматора 11 и параллельного регистра 13.

С выхода параллельного регистра 13 выборочные значения выходного сигнала согласованного фильтра по линии обратной связи поступают на вход второго последовательно-параллельного многоразрядного регистра 8.

Устройство работает следующим образом. Первый шаг. На вход АЦП поступает сигнал прямоугольной формы (видеоимпульс), на выходе параллельного регистра 13 формируется в цифровом виде (в виде кодов) сигнал треугольной формы, совпадающий с видом реакции согласованного фильтра на входное воздействие в виде прямоугольного видеоимпульса. При этом длительность этого сигнала равна удвоенной длительности прямоугольного видеоимпульса. Этот сигнал в виде кодов поступает на второй последовательно-параллельный многоразрядный регистр 8, а далее на третий мультиплексор 7, работой которых управляют блок управления обратной связью 4 и второй блок управления 9. Этот же сигнала в виде кодов подается на вторую группу входов первого мультиплексора 2. Работой этого мультиплексора управляет третий блок управления 3. С помощью этого блока управления происходит переключение режимов прохождения кодов сигналов с выхода АЦП и с выходов третьего мультиплексора 7. Второй шаг. В режиме выполнения второй операции свертки входного сигнала и импульсного отклика цифрового согласованного фильтра на выходах параллельного регистра 13 будет формироваться сигнал, по форме совпадающий со сверткой видеоимпульса треугольной формы длительности 2Т и импульсного отклика согласованного фильтра длительности Т. Длительность сигнала на выходах параллельного регистра 13 будет равна 3T. Третий шаг. В режиме выполнения третей операции свертки входного сигнала и импульсного отклика цифрового согласованного фильтра на выходах параллельного регистра 13 будет формироваться сигнал, по форме совпадающий со сверткой импульсного отклика согласованного фильтра длительности 3T и импульсного отклика согласованного фильтра длительности 2T. Длительность сигнала на выходах параллельного регистра 13 будет равна 4T. Четвертый шаг. В режиме, выполнения четвертой операции свертки входного сигнала и импульсного отклика цифрового согласованного фильтра на выходах параллельного регистра 13 будет формироваться сигнал, по форме совпадающий со сверткой импульсного отклика согласованного фильтра длительности 4T и импульсного отклика согласованного фильтра длительности 3T. Длительность сигнала на выходах параллельного регистра 13 будет равна 5T. Затем сигнал поступает на q входов ЦАП 14, на выходе которого формируется напряжение непрерывной формы, а далее на фильтр нижних частот 15, который является выходом устройства. Работой ЦАП управляет блок синхронизации 12.

Таким образом, цифровое устройство может работать без использования программируемого запоминающего устройства и запоминающего устройства, имеющихся в прототипе. Это позволит увеличить быстродействие в связи с исключением операции записи/считывания запоминающим устройством и повысить степень защиты информации от несанкционированного приема за счет динамического изменения вида сигналов в процессе передачи, что достигается введением перестраиваемой цепи обратной связи

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат - увеличение быстродействия при формировании спектрально-эффективных сигналов, а также повышение степени защиты передаваемой информации. Указанный технический результат достигается тем, что цифровое устройство формирования спектрально-эффективных сигналов содержит аналого-цифровой преобразователь, управляющий вход которого соединен с выходом блока синхронизации, первый мультиплексор, параллельный регистр, сумматор и первый блок управления, цифро-аналоговый преобразователь, два мультиплексора, два последовательно-параллельных многоразрядных регистра, второй и третий блоки управления, блок управления обратной связью, фильтр нижних частот. Сигнальные многоразрядные выходы первого мультиплексора соединены с сигнальными входами первого последовательно-параллельного многоразрядного регистра, имеющего группы многоразрядных выходов. Регистр подключен к сигнальным входам второго мультиплексора, у которого управляющие входы соединены с выходами первого блока управления, а его выходы подключены к первой группе входов сумматора, выходы которого подключены к входам параллельного регистра. Блок синхронизации соединен с первым последовательно-параллельным многоразрядным регистром, первым блоком управления, параллельным регистром, цифро-аналоговым преобразователем и входом блока управления обратной связью. Первый выход блока управления обратной связью соединен с управляющим входом параллельного регистра, второй его выход с управляющим входом второго последовательно-параллельного многоразрядного регистра, третий и четвертый выходы соединены соответственно с входами второго и третьего блоков управления. Выходы третьего блока управления соединены с управляющими входами первого мультиплексора, у которого первые сигнальные входы соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя, а вторые сигнальные входы соединены с выходами третьего мультиплексора, у которого группы многоразрядных сигнальных входов подключены к многоразрядным выходам второго последовательно-параллельного многоразрядного регистра. Входы регистра соединены одновременно с выходами параллельного регистра, второй группой входов сумматора и входами цифро-аналогового преобразователя, а его выход соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом цифрового устройства формирования спектрально-эффективных сигналов. 1 ил.

Цифровое устройство формирования спектрально-эффективных сигналов, включающее аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом блока синхронизации, первый мультиплексор, параллельный регистр, сумматор и первый блок управления, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит цифроаналоговый преобразователь, два мультиплексора, два последовательно-параллельных многоразрядных регистра, второй и третий блоки управления, блок управления обратной связью, фильтр нижних частот, причем сигнальные многоразрядные выходы первого мультиплексора соединены с сигнальными входами первого последовательно-параллельного многоразрядного регистра, имеющего группы многоразрядных выходов, подключенных к сигнальным входам второго мультиплексора, у которого управляющие входы соединены с выходами первого блока управления, а его выходы подключены к первой группе входов сумматора, выходы которого подключены к входам параллельного регистра, блок синхронизации соединен с аналого-цифровым преобразователем, первым последовательно-параллельным многоразрядным регистром, первым блоком управления, параллельным регистром, цифроаналоговым преобразователем и входом блока управления обратной связью, первый выход блока управления обратной связью соединен с управляющим входом параллельного регистра, второй его выход с управляющим входом второго последовательно-параллельного многоразрядного регистра, третий и четвертый выходы соединены соответственно с входами второго и третьего блоков управления, выходы третьего блока управления соединены с управляющими входами первого мультиплексора, у которого первые сигнальные входы соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя, а вторые сигнальные входы соединены с выходами третьего мультиплексора, у которого группы многоразрядных сигнальных входов подключены к многоразрядным выходам второго последовательно-параллельного многоразрядного регистра, входы которого, в свою очередь, соединены одновременно с выходами параллельного регистра, второй группой входов сумматора, входами цифроаналогового преобразователя, а его выход соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом цифрового устройства формирования спектрально-эффективных сигналов.