СПОСОБ ТАКТОВОЙ И ЦИКЛОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ С ОЦЕНКОЙ КАЧЕСТВА ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ АМПЛИТУДНО-МАНИПУЛИРОВАННЫМИ СИГНАЛАМИ С МНОГОКРАТНЫМ ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННЫМ РАЗНЕСЕНИЕМ Российский патент 2020 года по МПК H04L27/00 

Предложенный способ тактовой и цикловой синхронизации с оценкой качества относится к области телекоммуникации и может быть использован при передаче дискретных сообщений методом амплитудной манипуляции с многократным частотно-временным разнесением сигналов по декаметровым каналам связи, которые подвержены как селективным замираниям, так и воздействию аддитивных сосредоточенных по спектру (станционных) и по времени (импульсных) помех.

В настоящее время широкое распространение получили цифровые виды модуляции. Для демодуляции такого рода сигналов требуется знать местоположение фронтов элементарных посылок. Информация, передаваемая с помощью цифровых (бинарных) сигналов представляют собой последовательность кодовых комбинаций. Декодирующее устройство на приемной стороне радиолинии должно точно знать местоположение на оси времени всех элементов этих кодовых комбинаций. Эту задачу решают устройства цикловой синхронизации. Потеря информации о «начале» и «конце» кодовых комбинаций приводит к нарушению процесса передачи сообщения. Кроме всего прочего, для различных методов адаптации к условиям связи требуется оценка качества принимаемого сообщения, которая может быть произведена по величине телеграфных искажений в принимаемой бинарной последовательности.

Существуют различные способы осуществления тактовой и цикловой синхронизации.

Самым простым методом тактовой и цикловой синхронизации является синхронизация по отдельно выделенному каналу связи [Дж. Дж. Стиффелер. Теория синхронной связи. – М.: Связь, 1975. Стр. 148]. Недостатком такого рода синхронизации является необходимость специального дополнительного канала связи.

В [Уильям К. Ли. Техника подвижных систем связи. – М.: Радио и связь, 1985. Стр. 292. Бернард Скляр. Цифровая связь. – М., С-П., Киев: 2003. Стр. 659-662] описан метод цикловой синхронизации, заключающийся в передаче в начале всех кадров сообщения преамбул в виде известных кодовых последовательностей, например, баркеровских или уиллардовских, которые имеют особые корреляционные свойства, заключающиеся в том, что не нормированная автокорреляционная функция на интервале времени равном длительности такой последовательности имеет единственный максимум, равный числу ее элементов, а на остальном интервале времени значения автокорреляционной функции не превышают значений ±1 [Уильям К. Ли. Техника подвижных систем связи. – М.: Радио и связь, 1985. рис. 11.7.]. Это свойство синхронизирующей последовательности позволяет на приемной стороне радиолинии однозначно определять на оси времени «начала» и «концы» кодовых комбинаций в передаваемом кадре сообщения, а также одновременно обеспечивать и тактовую синхронизацию. Недостатком этого метода является то, что за счет наличия в кадрах сообщения соответствующих преамбул увеличивается время передачи этих сообщений. Другой недостаток этого метода заключается в том, что, в случае потери цикловой синхронизации в процессе передачи отдельного кадра сообщения, из-за многолучевости или при переходе с одного луча на другой луч, прием сообщения нарушается и восстанавливается только после получения на приемной стороне радиолинии очередного кадра сообщения, содержащего преамбулу.

Известен способ тактовой и цикловой синхронизации с использованием абсолютного точного времени [ПАТЕНТ № 2377723. Хазан В.Л. и др. Способ передачи дискретных сообщений по каналам радиосвязи. Публ. 10.01.2009]. Недостатком данного способа тактовой синхронизации является то, что он может быть использован только в системах связи с низкими скоростями работы, у которых длительность элементарных посылок намного превышает разность хода лучей в многолучевых каналах связи.

В системах связи широко используются также самосинхронизирующиеся коды, которые содержат в составе каждой кодовой комбинации необходимую для цикловой синхронизации избыточность, и не требуют ни дополнительных линий связи для передачи сигналов синхронизации, ни преамбул в начале передачи сообщений [С. Гончаров и др. Самосинхронизирующиеся коды и их преобразователи. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА, № 4, 2009. Стр. 30-32.]. Преимуществом такого рода способа цикловой синхронизации является возможность моментальной восстанавливаемости связи в случае ее потери в результате смены лучей в многолучевом канале связи. Однако такого рода положительное качество самосинхронизирующихся кодов требует определенного увеличения кодовой избыточности и, следовательно, приводит к снижению скорости передачи информации.

Наиболее близким к заявляемому способу является принятый за прототип способ, который использован в «Устройстве синхронизации двоичных сигналов в приемной аппаратуре многоканальной системы связи» [АС №1083389, опубл. 30.03.1984, авторы: Дунева Н.Н., Поддубный М.С., Поставский В.А., Хазан В.Л.], в котором тактовая и цикловая синхронизация производится одновременно при приеме сообщений в «скользящем окне» на интервале времени, длительность которого равна длительности кодовой комбинации. В состав этой кодовой комбинации включен элемент, длительность которого имеет отличительный признак, заключающийся в том, что время передачи второго элемента кодовой комбинации в полтора раза больше штатной длительности, а полярности первого и второго элемента противоположны. Таким образом, смена знаков между первым и вторым элементами кодовой комбинации находится посередине между средними местоположениями фронтов смены значений всех остальных элементов кодовой комбинации, что и дает возможность определять местоположение на оси времени начал и концов кодовых комбинаций. Одновременно в скользящем окне определяются и местоположения фронтов элементарных посылок, а также производится оценка краевых искажений, характеризующих качество принимаемой кодовой комбинации. Недостатком способа, использованного в прототипе, является необходимость введения в кодовую комбинацию для цикловой синхронизации специального элемента, который увеличивает длительность кодовой комбинации на время, равное 1,5 длительности элементарной посылки.

Задачей изобретения является способ тактовой и цикловой синхронизации с оценкой качества для системы связи с амплитудной манипуляцией и многократным частотно-временным разнесением подканалов передачи сообщений в условиях селективных замираний и воздействия станционных и импульсных помех [Патент 2519011 РФ, Способ передачи информации по коротковолновому каналу связи с использованием частотно-манипулированных сигналов / В. Л. Хазан. Опубл. 10.06.2014, Бюл. № 16] и при этом данный способ не требует для быстрой тактовой и цикловой синхронизации увеличения времени передачи отдельных знаков за счет включения в них дополнительных элементов, как это осуществляется при других методах синхронизации.

Техническим результатом изобретения является способ тактовой и цикловой синхронизации с оценкой качества, позволяющий производить синхронизацию и оценку качества индивидуально при приеме каждого отдельно взятого кадра без увеличения его длительности и без снижения скорости передачи сообщения. Указанный технический результат достигается тем, что на передающей стороне радиолинии при передаче сообщения методом амплитудной манипуляции с частотно-временным разнесением сигналов каждая излучаемая передатчиком элементарная посылка в соответствии с моментом времени своего излучения, дополнительно манипулируется по фазе с периодом меньшим длительности передаваемой элементарной посылки одного символа передаваемого кадра сообщения с таким расчетом, чтобы с помощью фазовой модуляции получить в элементарной посылке информационное содержание о номере элементарной посылки в передаваемом символе. Это дает возможность, во-первых, сделать возможным реализовать цикловую синхронизацию на приемной стороне радиолинии, во-вторых, по местоположениям смены значений фазы сигнала обеспечить на приемной стороне радиолинии тактовую синхронизацию при приеме отдельных элементарных посылок и, в-третьих, по величине телеграфных искажений фазоманипулированного сигнала определить оценку качества принимаемой элементарной посылки. После определения местоположений элементарных посылок на входе демодулятора производится переманипуляция фазы элементарных посылок, после чего радиосигнал приобретает вид, который может быть принят обычным для этого метода манипуляции демодулятором, описанным в [Патент 2519011 РФ, Способ передачи информации по коротковолновому каналу связи с использованием частотно-манипулированных сигналов / В. Л. Хазан. Опубл. 10.06.2014, Бюл. № 16].

Блок-схема фрагмента передающего устройства, реализующего заявляемый способ тактовой и цикловой синхронизации приведена на фиг. 1.

На фиг. 1 обозначено:

1 – вход для радиосигналов, поступающих с выхода манипулятора амплитуды и частоты;

2 – фазовый манипулятор;

3 – вход для импульсов от кодера;

4 – формирователь последовательности U_N, манипулирующей сигнал по фазе и содержащей информацию о номере элементарной посылки в передаваемом символе;

5 – выход для радиосигнала, поступающего на возбудитель передающего устройства.

На вход (1) подается радиосигнал с выхода манипулятора, обеспечивающего АМ с многократным частотно-временным уплотнением. На вход (3) подаются импульсы от кодека, которые содержат информацию о номере элементарной посылки в передаваемом символе. Блок (4) генерирует бинарную последовательность U_M, каждая кодовая комбинация которой несет информацию о номере элементарной посылки в передаваемом символе. Эта бинарная последовательность U_M подается на фазовый манипулятор (2). Полученный в результате манипуляции по фазе результирующий сигнал подается с выхода (5) на вход возбудителя передающего устройства.

На фиг. 2 изображена фазоманипулирующая U_M последовательность для случая передачи сигнала с восьмикратным разнесением.

На приемной стороне радиолинии с помощью фазовых детемодуляторов определяются моменты времени, которые соответствуют номерам временных позиций элементарных посылок на интервалах времени передачи отдельных символов. Одновременно производится и тактовая синхронизация. Если покадровая и тактовая синхронизация при приеме сигнала произведена, то принимаемый сигнал может быть переманипулирован по фазе и принят обычным демодулятором, описанным в [Патент 2519011 РФ, Способ передачи информации по коротковолновому каналу связи с использованием частотно-манипулированных сигналов / В. Л. Хазан. Опубл. 10.06.2014, Бюл. № 16].

На фиг. 3 изображена блок-схема возможного варианта реализации тактового и циклового синхронизатора с оценкой качества и переманипулятора фазы сигнала на приемной стороне радиолинии.

На фиг. 3 обозначено:

2 – фазовый манипулятор;

4 – формирователь кодовой последовательности U_N, которая содержит информацию о номере элементарной посылки и ничем не отличается от последовательности, манипулирующей информационный сигнал на передающей стороне радиолинии;

6 – вход тактового и циклового синхронизатора с оценкой качества и переманипулятора фазы колебания;

7 – элемент задержки по времени;

8 – фазовые демодуляторы в количестве равном числу частот, на которых передаются элементарные посылки сообщения;

9 – регенератор;

10 – переключатель;

11 – дискретная линия задержки;

12 – устройство анализа, оценки качества и принятия решений;

13 – выход на демодулятор амплитудно-манипулированных сигналов;

14 – выход для передачи оценки качества на устройство адаптации к условиям связи;

15 – выход на декодер амплитудно-манипулированных сигналов.

Сигнал с выхода линейного тракта приемника поступает на вход (6) тактового и циклового синхронизатора с оценкой качества и переманипулятора фазы колебания. Этот сигнал в элементе (7) задерживается по времени для компенсации запаздывания, которое происходит в цепях фильтрации и принятия решений фазовым демодулятором. С выхода элемента (7) задержанный сигнал и поступает на фазовый манипулятор (2). С элемента (4) на второй вход фазового манипулятора поступает колебание, которое ничем не отличается от колебания U_N(n) на передающей стороне радиолинии. С входа тактового и циклового синхронизатора (6) сигнал поступает на фазовые демодуляторы (8), число которых равно числу частот, на которых передаются амплитудно-манипулированные сигналы. Регенератор (9) обеспечивает тактовую синхронизацию при приеме фазоманипулированных (ФМ) сигналов. Через переключатель (10) отсчеты демодулированных ФМ сигналов с выхода соответствующих демодуляторов вводятся в многоотводную дискретную линии задержки (11), с выходов которой поступают на устройство (12) анализа, оценки качества и принятия решений о номерах элементарных посылок этих символов. При этом по отклонениям фронтов элементарных посылок фазоманипулированных сигналов производится оценка качества принимаемого символа сообщения. Сигналы, соответствующие моментам времени фронтов элементарных посылок символов амплитудно-манипулированных сигналов подаются с выхода устройства анализа, оценки качества и принятия решений (12) на вход регенератора и вход декодера амплитудно-манипулированных сигналов. Одновременно с соответствующего выхода устройства анализа, оценки качества и принятия решений (12) сигнал синхронизации подается на формирователь кодовой последовательности U_N (4), который формирует бинарную последовательность для переманипуляции фазы входного сигнала с помощью манипулятора (2). С выхода (14) тактового и циклового синхронизатора с оценкой качества и переманипулятора фазы колебание, спектр которого уменьшается благодаря переманипуляции фазы, подается на амплитудный демодулятор, алгоритм функционирования которого описан в [Патент 2519011 РФ, Способ передачи информации по коротковолновому каналу связи с использованием частотно-манипулированных сигналов / В. Л. Хазан. Опубл. 10.06.2014, Бюл. № 16].

Заявляемый способ тактовой и цикловой синхронизации с оценкой качества отличается от используемого в прототипе тем, что местоположения элементов в кадре сообщения определяются не за счет включения в этот кадр специальных дополнительных элементов, имеющих отличия от обычных элементов по длительности, а посредством однократной манипуляции фазы поднесущих амплитудно-манипулированного и разнесенного по частоте колебания, что позволяет с помощью фазовой манипуляции передавать как информацию о номере элементарной посылки для одиночного символа с последующей соответствующей переманипуляцией на приемной стороне радиолинии и приведения принимаемого сигнала к виду, который демодулируется обычным демодулятором амплитудно-манипулированных сигналов.

Заявляемый способ тактовой и цикловой синхронизации относительно легко реализуется как в схемотехническом, так и в программном варианте.

Изобретение относится к области телекоммуникации и может быть использовано при передаче дискретных сообщений методом амплитудной манипуляции с многократным частотно-временным разнесением сигналов по декаметровым каналам связи, которые подвержены как селективным замираниям, так и воздействию аддитивных сосредоточенных по спектру (станционных) и по времени (импульсных) помех. Техническим результатом является возможность производить синхронизацию и оценку качества индивидуально при приеме каждого отдельно взятого кадра сообщения без увеличения его длительности и без снижения скорости передачи информации. Указанный технический результат достигается тем, что на передающей стороне радиолинии при передаче сообщения методом амплитудной манипуляции с частотно-временным разнесением сигналов каждая излучаемая передатчиком элементарная посылка в соответствии с моментом времени своего излучения дополнительно манипулируется по фазе с периодом меньшим длительности элементарной посылки символа с таким расчетом, чтобы с помощью фазовой модуляции включить в элементарную посылку информационное содержание о номере этой элементарной посылки в передаваемом символе. Это дает возможность, во-первых, реализовать цикловую синхронизацию на приемной стороне радиолинии, во-вторых, по местоположениям смены значений фазы сигнала обеспечить на приемной стороне радиолинии тактовую синхронизацию при приеме отдельных элементарных посылок и, в-третьих, по величине телеграфных искажений фазоманипулированного сигнала определить оценку качества принимаемой элементарной посылки. После определения местоположений элементарных посылок на входе демодулятора производится переманипуляция фазы элементарных посылок, после чего радиосигнал приобретает вид, который может быть принят обычным амплитудным демодулятором. 3 ил.

Способ тактовой и цикловой синхронизации разнесенных по частоте и времени амплитудно-манипулированных сигналов с оценкой качества принимаемого сообщения, заключающийся в том, что на передающей стороне в передаваемый сигнал вносятся изменения, позволяющие на приемной стороне оперативно определять местоположение фронтов принимаемой бинарной последовательности для тактовой синхронизации, а также местоположение начал и концов принимаемых кодовых комбинаций, обеспечивая их правильное декодирование, отличающийся тем, что на передающей стороне с помощью однократной фазовой манипуляции производится дополнительная манипуляция амплитудно-манипулированного сигнала, что позволяет одновременно с передачей элементарных посылок передавать как их номер при передаче символа, так и номер символа в передаваемом кадре сообщения, а на приемной стороне радиолинии после синхронизации с принимаемым сигналом производить его переманипуляцию, приводя его в первоначальный вид, который демодулируется традиционным амплитудным демодулятором.