Устройство для передачи и приема информации Советский патент 1993 года по МПК H04B1/62 

VI

00

Os

с о

00

ю

Изобретение относится к области электросвязи, в частности к передаче сигналов изображения по каналам связи с аддитивными и мультипликативными помехами, и может найти применение в системах передачи информации в космическом и подводном телевидении, по радиорелейным линиям.

Известны аналогичные устройства передачи и приема информации, в которых повышение помехозащищенности передаваемой информации обеспечивается путем увеличения мгновенной спектральной плотности мощности сигнала на участке эффективной полосы пропускания канала, где отношение сигнал - шум относительно невелико, с последующим восстановлением первоначальной формы спектра сигнала и ослаблением уровня помехи. В этих устройствах имеется на передающей стороне ис- точниксигнала, адаптивный предыскажающий фильтр, выход которого соединен с анализатором мгновенного спектра сигнала, выходной сигнал которого подается на управляющий вход предыскажающего фильтра, и через канал управления - на управляющий вход адаптивного корректирующего фильтра приемника.

Известно также устройство для передачи и приема информации, содержащее последовательно соединенные источник сигнала, предыскажающий фильтр, канал связи, корректирующий фильтр и приемник информации; при этом вход корректирующего фильтра соединен с входом анализато- ра спектра помехи, выход которого соединен с управляющим спектром корректирующего фильтра и через канал обратной связи - с управляющим входом предыска- жающего фильтра.

Известные устройства обладают относительно низкой помехоустойчивостью, поскольку устройства первого типа предназначены для борьбы с помехами типа белого шума, а второе устройство работает при передаче одного сюжета информации, так как не учитывает изменений спектра сигнала, кроме того,это устройство предназначено для борьбы с медленно изменяющимися помехами.

Наиболее близким к изобретению является устройство для передачи .и приема информации, содержащее последовательно соединенные источник, информации, предыскажающий фильтр, анал связи, корректирующий фильтр, приемник и канал обратной связи, выход которого соединен с управляющим входом предыскажающего фильтра, и анализатор спектра помехи, вход которого подключен к выходу канала связи

и к информационному входу корректирующего фильтра, а также среднеквадратичный детектор, вход которого совместно с входом анализатора спектра помехи подсоединен к 5 выходу канала связи, а выходы анализатора спектра помехи и среднеквадратичного детектора соединены соответственно с первым и вторым входами блока деления, выход которого соединен с первым управля- 10 ющим входом блока регулируемой задержки и управляющим входом корректирующего фильтра, причем выходы блока регулируемой задержки подключены к первому и второму входам блока вычита15 ния, а его выход соединен с входом канала обратной связи. Это устройство обладает помехоустойчивостью к быстрым изменениям спектров, сигнала и помехи и при увеличении дальности связи.

0Однако данное устройствотребует регулировки при изменении протяженности линии связи, в связи с чем происходят потери информации при непрерывном изменении дальности связи и снижается помехоустой5 . чивость системы. Постоянная временная задержка установления режима требуемой регулировки АЧХ компенсирующего фильтра не позволяет эффективно использовать данную систему на нестационарных объек0 тах,

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости при непрерывном изменении протяженности линии связи и быстром изменении помеховой обстановки и исключе5 ние потери строк изображения. Указанная цель достигается путем автоматической регулировки времени задержки в блоке регулируемой задержки, осуществляемой путем подачи управляющего напряжения, пол0 ученного путем вычитания восстановленного и экстраполированного значений сигнала. Для этого в устройство передачи и приема информации, содержащее последовательно соединенные источник информа5 ции, предыскажающий фильтр, канал связи, корректирующий фильтр и приемник информации, а также канал обратной связи, выход которого соединен с управляющим входом предыскажающего фильтра, и ана0 лизатор спектра помехи, вход которого под- ключен к выходу канала связи и к информационному входу корректирующего фильтра, а также среднеквадратичный детектор, вход которого совместно с входом

5 анализатора спектра помехи подсоединен к выходу канала связи, а выходы анализатора спектра помехи среднеквадратичного детектора соединены соответственно с первым и вторым входами блока деления, выход которого соединен с первым управляющим входом блока регулируемой задержки и управляющим входом корректирующего фильтра, причем выходы блока регулируемой задержки подключены к первому и второму входам блока вычитания, а его выход соединен с входом канала обратной связи, дополнительно введены последовательновключенные блок экстраполяции и второй блок вычитания, причем выход источника информации соединен с входом блока экстраполяции и вторым входом второго блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом канала обратной связи, второй выход которого соединен с включенными последовательно блоком сложения и третьим блоком вычитания, выход которого подключен ко второму управляющему входу блока регулируемой задержки, а второй вход соединен с выходом корректирующего фильтра, при этом второй вход блока сложения соединен с выходом блока интерполяции, вход которого соединен с выходом блока сложения.

Сравнительный анализ предлагаемого устройства и прототипа показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: двух блоков вычитания, блока сложения и блоков экстраполяции и интерполяции. Перечисленные блоки с их связями характеризуют новизну предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство обладает также следующими признаками существенного отличия: предсказанием передаваемого сигнала и непрерывной регулировкой времени задержки управляющего сигнала при изменении протяженности линии связи. Первое достигается в результате соединения второго блока вычитания, двух блоков предсказания и блока сложения; второе - комбинацией связей третьего блока вычитания. При введении новых блоков в указанной взаимосвязи проявляются новые свойства, приводящие к повышению помехоустойчивости устройства при быстром из- менении помеховой обстановки и протяженности линии связи и автоматизации работы устройства с целью исключения потерь информации.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства для передачи и приема информации; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема блока регулируемой задержки; на фиг. 3 - схема блока сложения; на фиг. 4 - принципиальная схема блока экстраполяции.

Устройство для передачи и приема информации (фиг. 1) содержит источник 1 информации, предыскэжающий фильтр 2, канал 3 связи, корректирующий фильтр 4,

приемник 5 информации, анализатор 6 спектра помехи, среднеквадратичный детектор 7, блок 8 деления, блок 9 регулируемой задержки, канал 10 обратной связи,

блоки 11, 12, 13 вычитания, блоки 14 экстраполяции и 15 интерполяции, блок 16 сложения. Блок регулируемой задержки (фиг. 2) содержит генератор, управляемый преобразователем 17 напряжения в частоту на мик0 росхеме К531ГГ1; конденсаторы 19-21; IK-триггер 22 на микросхеме 133ТВ1; логические элементы 2Й-НЕ на микросхеме К155ЛАЗ 23; резисторы 24-30; транзисторы 31-33; диоды 34-36; активную схему 37 за5 держки аналоговых сигналов на микросхеме 5285Р1. Блок сложения (фиг, 3) содержит резисторы 38-41; операционный усилитель

42 на микросхеме К153 УД 2; конденсаторы

43 и 44. Блок предсказания (фиг, 4) содержит

0 резисторы 45-57: диод 58; конденсаторы 59-64; операционные усилители 65-67 на микросхемах К153 УД 2; активную схему 68 задержки аналоговых сигналов на микросхеме 528БР1.

5Источник 1 информации служит для получения сигнала, который с его выхода поступает на первый вход предыскажающего фильтра и входы первого блока предсказания и второго блока вычитания.

0 Предыскажающий фильтр 2 предназначен для преобразования спектра сигнала с целью приближения его к оптимальному. Его первый вход соединен с выходом источника сигнала, второй вход соединен с пер5 вым выходом канала обратной связи, а выход связан с входом канала связи,

Канал связи 3 служит для передачи сигнала на приемную сторону системы. Его вход соединен с выходом предыскажающе0 го фильтра 2, выход - с входом корректирующего фильтра .4, а также с входами анализатора б спектра помехи и среднеквадратичного детектора 7.

Корректирующий фильтр служит для

5 преобразования спектра принятого сигнала к исходному виду. Первый вход его соединен с выходом канала связи 3, второй вход подключен к выходу блока 8 деления, а выход соединен с входом приемника 5 инфор0 мации и входом третьего блока 13 вычитания. Приемник информации является оконечным устойством системы и служит для отображения принятого сигнала. Его вход соединен с выходом корректирующего

5 фильтра.

Анализатор 6 спектра помехи предназначен для получения сигнала, пропорционального мощности помехи в полосе частот канала Рп. Его вход соединен с выходом канала 3 связи и входами корректирующего

фильтра 4 и среднеквадратичного детектора 7, а выход соединен с первым входом блока 8 деления.

Среднеквадратичный детектор служит для получения сигнала, пропорционального мощности смеси сигнала и помехи. Его вход соединен с выходом канала 3 связи, выход подключен ко второму входу блока 8 деления.

Блок деления предназначен для форми- рования управляющего сигнала, пропорционального выражению Рп/(Рс+Рп). Его первый вход соединен с выходом анализатора 6 спектра помехи, второй вход соединен с выходом среднеквадратичного детектора 7, а выход подключен к первому входу блока 9 регулируемой задержки и ко второму входу корректирующего фильтра 4.

Блок 9 регулируемой задержки предназначен для формирования двух задер- жанных во времени сигналов управления. Его первый вход соединен с выходом блока 8 деления, второй вход-с выходом третьего блока 13 вычитания, а выходы соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока 11 вычитания.

Блок вычитания 11 предназначен для формирования сигнала, управляющего работой лредыскажающего фильтра. Его входы соединены соответственно с первым и вторым выходами блок;э 9 регулируемой задержки, выход соединен с первым входом канала 10 обратной связи.

Канал 10 обратной связи предназначен для передачи сигналов, управляющих рабо- той предыскажающего фильтра 2 и блока 9 регулируемой задержки. Его первый вход соединен с выходом первого блока 11 вычитания, второй вход - с выходом второго блока 12 вычитания, первый выход соединен со вторым входом предыскажающего фильтра, а второй - с первым входом блока 16 сложения..

Второй блок 12 вычитания предназначен для получения сигнала ошибки предска- зания. Его первый вход соединен с выходом первого блока 14 экстраполяции, второй вход соединен с выходом источника 1 информации, а выход подключен ко второму входу каанала 10 обратной связи.

Третий блок 13 вычитания служит для получения управляющего сигнала, перестраивающего линии задержки в блоке 9 регулируемой задержки. Его первый вход соединен с выходом блока 16 сложения, вто- рой вход - с выходом корректирующего фильтра, а выход - со вторым управляющим входом блока регулируемой задержки.

Блоки 14 экстраполяции и 15 интерполяции предназначены для формирования

предсказанного ,. значения сигналов из предыдущих коррелированных значений. Вход блока 14 экстраполяции соединен с выходом источника информации, а его выход - с первым входом блока 12 вычитания. Вход блока 15 интерполяции соединен с выходом блока 16 сложения, а его выход - со вторым входом блока 16 сложения.

Блок 16 сложения предназначен для формирования сигнала информации из сигнала ошибки предсказания, передаваемого по каналу 10 обратной связи. Его первый вход соединен с выходом канала 10 обратной связи, второй вход-с выходом блока 15 интерполяции, а выход с входом блока 13 вычитания и входом блока 15 интерполяции. Устройство работает следующим образом. Сигнал от источника информации поступаетчерез адаптивный предыскажающий фильтр 2 в канал связи 3, где подвергается воздействию аддитивных и мультипликативных помех, после чего восстанавливается его первоначальная форма с помощью адаптивного корректирующего . фильтра 4, поскольку АЧХ предыскажающего и корректирующего фильтра взаимооб- ратны. С выхода корректирующего фильтра сигнал поступает на вход приемника 5 информации. Одновременно с выхода канала связи смесь оптимально предыскаженного сигнала и помехи поступает на входы анализатора 6 спектра помехи и среднеквадратичного детектора 7. Эффективные полосы пропускания их совпадают, и на выходе анализатора спектра помехи присутствует сигнал, пропорциональный мощности помехи, а на выходе среднеквадратичного детектора - пропорциональный мощности смеси сигнала и помехи. В блоке 8 деления происходит деление этих сигналов и формируется низкочастотный управляющий сигнал, пропорциональный выражению Рп/(Рс+Рп), равному {1- Рс+Рп)}, где Рс, РП - соответственно мощности сигнала и помехи. При этом среднеквадратичные детекторы в блоке 6 работают в малосигнальном режиме. Отношение Рс/(Рс+Рп) в полосе частот канала отображает усредненный коэффициент передачи оптимального линейного фильтра Винера-Колмогорова (корректирующего фильтра 4). Управляющий сигнал, пропорциональный значению (Рс+Рп), характеризует оптимальный закон управления адаптивными корректирующим и предыска- жающим фильтрами и прямо пропорционален отличию передаточных функций адаптивных фильтров от прямоугольных в рабочей полосе частот.

Управляющий сигнал с выхода блока 8 деления подается одновременно на управляющий вход адаптивного корректирующего фильтра 4 и блока 9 регулируемой задержки (фиг, 2). В этом блоке перестраиваемая линия задержки аналоговых сигналов формирует два задержанных во времени сигнала. Один из них fi(t-ra) задержан на время, необходимое для согласования во времени процессов предыскажения и корректирования для одинаковых участков строк изображения: Тз тс - г0с - 7КС , где тс, - длительность строки; Тос - время прохождения сигнала по каналу 10 обратной связи (фиг, 1); Ткс - время прохождения информационного сигнала по каналу 3 связи. Второй сигнал Т2(т.-тз - тг ) задержан на время, равное

13 т Те 2 Тс - TOC - кс

Время задержки гос и ткс зависит от длины канала связи. Для того, чтобы менять время задержки линии задержки в блоке 9 при изменении длины каналов связи осуществляется предсказание сигнала с помощью блоков 14 экстраполяции и 15 интерполяции, после чего предсказанный и восстановленный сигналы вычитаются в блоке 13 и разностный сигнал поступает на преобразователь 17 напряжения з частоту в блоке регулируемой задержки (фиг. 2), С выхода преобразователя из полученного сигнала с помощью триггера 22, схемы 2И-НЕ 23, конденсаторов 19-21, резисторов 24-30, транзисторов 31-33 и диодов 34-3.6 формируется трехфазная последовательность тактовых импульсов, управляющих работой схемы 37 задержки и определяющих время задержки. При соответствии вре- мени задержки схемы 37 значениям, требуемым для сигналов fi и f2, разностный сигнал на выходе блока 13 уменьшается и таким образом осуществляется непрерывное регулирование системы. По каналу обратной связи при этом передается сигнал ошибки предсказания, получаемый на выходе блока 13. Для его получения вычитаются сигналы с выхода источника информации и предсказанный в блоке 14. который представляет собой сумму задержанных видеосигналов f(t-r) и f(t-2 г:), получаемых с выхода схемы задержки 68 (фиг. 4). На входе блока экстраполяции находится усилитель-ограничитель, реализуемый с помощью операционных усилителей 65 и 66, резисторов 45-48, конденсаторов 59-61 и диода 58. Задержанные сигналы суммируются в сумматоре, выполненном на операционном усилителе 67, резисторах 49-52, конденсаторах 62-63.

Задержанные на требуемое время сигналы с выходов блока 9 подаются на входы блока 11, где происходит вычитание удвоенного по амплитуде первого сигнала со вторым сигналом. Сигнал с выхода блока 11, равный f3(t) 2fi(t-T3) - f2(t -гз-Гс), линейно экстраполирует сигнал управления во времени, упреждая предыскажение сигнала на строку относительно времени корректирования информационного сигнала в соответствующем участке строки изображения. Таким образом, при воздействии выходного

0 сигнала блока 11 через канал 10 обратной связи происходит упреждающее предыскажение телевизионного сигнала.

Для формирования временных задержек в блоках 9, 14 и 15 используется микро5 схема типа 528 БР1 - активная схема задержки аналоговых сигналов (поз. 37 на фиг. 2, поз. 68 на фиг. 4). Применены операционные усилители типа К154 УД 2 в типовой схеме включения (поз. 42 на фиг. 3, поз.

0 65-67 на фиг. 4), преобразователь напряжения в частоту типа 531ГГ1 (поз. 17 на фиг. 2), токоограничительные резисторы в блоке 9 (поз. 24-29 на фиг. 2) подбираются в процессе настройки,так же, как и резисторы 53-57

5 (фиг. 4).

В заключение приведем расчет эффективности предлагаемого устройства. Суммарное время задержки сигнала, управляющего перестройкой активной ли0 нии 37 задержки в блоке регулируемой задержки составляет не более 50 мкс при использовании быстродействующих операционных усилителей. Время, прошедшее между анализом состояния канала связи и

5 приходом скорректированного в предыска- жающем фильтре сигнала, составляет т 2 I Тп FKT где I - длина канала связи; с - скорость

0 распространения сигнала в канале; Т - длительность элемента сигнала (определяется сложностью сюжета); К - коэффициент, характеризующий длительность последовательности. Суммарное время, необходимое

5 для анализа состояния канала связи и перестройки АЧХ адаптивного предыскажаю- щего фильтра, для прототипа составляет мкс. Таким образом, находим, что регулирование начинает отставать по вре0 мени при скорости движения источника информации свыше 500 м/с, что позволяет использовать устройство на любых движущихся объектах, тогда как устройство-прототип требует регулировки при изменении

5 протяженности линии связи более чем на 1 км, что требует прерывания передачи информации.

Формула изобретения Устройство для передачи и приема информации по авт. св. № 1555868, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости при связи с подвижными объектами, введены последовательно соединенные блок экстраполяции и второй блок вычитания, последовательно соеди- ненные сумматор и блок интерполяции, а также третий блок вычитания и дополнительный канал связи, причем вход блока экстраполяции соединен с выходом источника информации и вторым входом второ- го блока вычитания, выход которого

соединен с входом дополнительного канала связи, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом третьего блока вычитания, выход которого соединен с дополнительным входом блока регулируемой задержки, а второй вход третьего блока вычитания соединен с выходом корректирующего фильтра, причем выход блока интер- поляции соединен с вторым входом сумматора.

Изобретение относится к технике проводной связи. Цель - повышение помехозащищенности при связи с подвижными объектами. Устройство содержит источник 1 информации, предыскажающий фильтр 2, прямой и обратный каналы 3 и 10 связи, корректирующий фильтр 4, приемник 5 информации, анализатор Р спектра помехи, среднеквадратичный детектор 7, блок 8 деления, блок 9 регулируемой задержки, первый блок 11 вычитания, второй и третий блоки 12 и 13 вычитания, блок 14 экстраполяции, блок 15 интерполяции, сумматор 16, преобразователь 17 напряжения : в частоту. Цель достигается тем, что с помощью блоков 12-16 формируется управляющее напряжение, амплитуда которого пропорциональна разности между значением принятого сигнала и его предсказанным значением, причем, если пренебречь ошибкой предсказания, гта разность определяется сдвигом во времени, связанным с изменением длины канала за время, прошедшее с момента передачи предсказанного значения до момента передачи самого сигнала. Сформированное таким образом напряжение поступает на дополнительный вход блока 9 для коррекции задержки. 4 ил. СО с

Фиг.З