УСТРОЙСТВО ПРИЕМОПЕРЕДАЧИ С ШУМОПОДОБНЫМИ СИГНАЛАМИ Советский патент 2006 года по МПК H04B1/10 

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами.

Известны системы связи с шумоподобными сигналами, описанные, например в монографии В.Б.Пестрякова "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации", М.: Сов. радио, 1973 г., стр.193, 194, в которых для передачи информации используются ортогональные, псевдослучайные сигналы, а выделение информации осуществляется с использованием квадратурных каналов. Их недостатком является низкая помехоустойчивость к флуктуационным помехам.

Известны устройства широкополосной радиосвязи. Основным недостатком существующих систем связи является низкая помехозащищенность по отношению к флуктационным помехам.

Наиболее близкой по технической сути к заявляемому устройству является система, описанная в авт. св. №300946 "Аппаратура для передачи дискретной информации".

Блок-схема устройства прототипа изображена на фиг.1, для которой введены следующие обозначения:

1 - генератор колебаний несущей и тактовой частот (ГНТЧ);

2, 12 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);

3, 13 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПП);

4, 14 - блок фазирования;

5, 6, 10, 11 - умножители;

7 - фазовращатель;

8 - фазовый манипулятор (ФМ);

9 - схема сложения;

15 - блок синхронизации (БС);

16, 17 - полосовые фильтры;

18 - фазовый детектор (ФД).

Аппаратура для передачи дискретной информации имеет следующие функциональные связи.

На передающем конце один выход ГНЧ 1 соединен с первым входом схемы сложения 9 через ФОПП 2 и умножитель 6 и со вторым входом схемы сложения 9 через ГПП З и умножитель 6, другой выход ГНТЧ 1 соединен со вторым входом умножителя 5 через фазовращатель 7 и со вторым входом умножителя 6 через ФМ 8, выходы блока фазирования 4 подключены ко вторым входам ФОПП 2 и ГПП З.

На приемном конце входной сигнал подается на блок синхронизации 15, на первый вход ФД 18 через умножитель 10 и полосовой фильтр 16 и на второй вход ФД 18 через умножитель 11 и полосовой фильтр 17, выход БС 16 подключен к ФОПП 2 И ГПП 3, соединенным между собой блоком фазирования 14, выходы ФОПП 2 и ГПП 3 соединены со вторыми входами умножителей 10 и 11 соответственно.

Устройство-прототип работает следующим образом.

На передающем конце ГНТЧ 1 формирует тактовую частоту для ФОПП 2 и ГПП 3 и несущую частоту сигнала. Генераторы ФОПП 2 и ГПП 3, сфазированные между собой блоком фазирования 4, вырабатывают двоичные ортогональные последовательности (ПСП), которые поступают на перемножитель 5 и 6. На второй вход умножителя 5 через фазовращатель 7 с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты, которое в умножителе 5 умножается на двоичную ПСП. В результате на выходе умножителя 5 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты, манипулированное по фазе на 0° и 180° по закону ПСП.

На второй вход умножителя 6 через ФМ 8 поступает колебание несущей частоты с выхода ГНТЧ 1. В зависимости от знака передаваемой информации ФН 8 осуществляет поворот фазы несущего колебания на 0° и 180°. С выходов умножителей 5 и 6 сигналы поступают на схему сложения 9, которая образует выходной сигнал передатчика, представляющий собой колебание несущей частоты постоянной амплитуды, манипулированное по фазе на 0°, 90°, 180° и 270°.

На приемном конце принимаемый сигнал поступает на умножители 10 и 11, аналогичные умножителям 5 и 6, в которых умножается на двоичные ПСП, вырабатываемые ФОПП 12 и ГПП 13, аналогично ФОПП 2 и ГПП 3. Сигнал с выхода умножителя 10 поступает на полосовой фильтр 16, который выделяет колебание несущей частоты.

Сигнал с выхода умножителя 11 поступает на полосовой фильтр 17, выделяющий колебание несущей частоты, манипулированное на фазе передаваемой информацией, выходные сигналы фильтров 16, 17 подаются на ФД 18, выделяющий информацию.

Генераторы ФОПП 12 и ГПП 13 фазируются между собой блоком фазирования 14.

Синхронизацию двоичных ПСП приемника с принимаемым сигналом осуществляет блок синхронизации 15.

Основным недостатком известной системы является низкая помехозащищенность информационного канала по отношению к флуктуационным помехам.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является повышение помехозащищенности при выделении информации по отношению к флуктуационным помехам.

Указанная цель достигается за счет выделения в передающую часть двух регистров и сумматора по модулю 2, а в приемную часть - коммутатора, блока временного сжатия, трех регистров и сумматора.

Структурная схема предлагаемой системы приведена на фиг.2, где использованы следующие обозначения:

1, 2, 3, 4, 5, 9, 10, 12, 15, 11, 12, 13 - те же, что у прототипа,

7, 8 - регистр,

6 - сумматор по модулю 2,

14 - блок временного сжатия (БВС),

16, 17, 18 - регистр,

19 - сумматор

20 - блок усиления, преобразования и фильтрации (блок ВЧ),

21 - коммутатор.

Передающая часть предлагаемой системы содержит ГНТЧ 1, выходом соединенный с сумматором по модулю 2 (блок 6) через ГПП 3 и ФОПП 2, при этом выход блока 6 соединен с другим выходом ГПТЧ 1 и выходом передающей чаете системы, через перемножитель 5, третий выход ГНТЧ 1 соединен с входами регистра 8 и 7, информационные выходы регистра 8 соединены со входами ГППЗ через последовательно соединенные сумматор 9 и регистр 7, выходы которого соединены с другими входами сумматора 9.

Приемная часть системы содержит УС 15, выход которого через ФОПП 12, перемножитель 10, блок ВЧ 20, коммутатор 21 и БВС 14 соединен со входом пере множителя 11, другой вход которого соединен с выходом ГПП 13, другие выходы которого соединены со входами регистра 18 через последовательно соединенные регистр 16, регистр 17, сумматор 19, при этом выходы регистра 16 соединены с другими входами сумматора 19, а выход регистра 18 соединен с информационным выходом. Другие выходы УС 15 соединены со входом коммутатора 21, со входом БВС 14, со входом ГПП 13, со входами регистров 16, 17, 18. Выход перемножителя 11 соединен со входом УС 15, а вход перемножителя 10 соединен с высокочастотным входом приемного устройства.

Устройство работает следующим образом.

На передающем конце радиолинии формируется составная псевдослучайная последовательность, состоящая из несущей ПСП (НПСП), формируемой ФОПП 2, и модулирующей ПСП (МПСП), формируемой ГПП 3; при этом параметры ГПП 3 и ФОПП 2 выбираются таким образом, чтобы период НПСП был тактом МПСП. В сумматоре по модулю 2 (блоке 6) производится манипуляция по фазе НПСП по закону МПСП.

Начальная установка ГПП 3 определяется n информационными символами, записанными в регистре 7, при этом в зависимости от комбинации символов в регистре 7 ГПП 3 формирует один из 2ⁿ циклических сдвигов МПСП. Информационные символы, записанные в регистре 7, являются суммой по модулю 2ⁿ предыдущей и последующей пачек из n информационных символов, поступающих из источника сообщения на регистр 8.

Операции, выполняемые регистрами 7 и 8, сумматором 9 могут быть записаны следующим образом:

ϕ(t)=ϕ(t-1)+I,

где ϕ(t) - n бит, определяющие номер циклического сдвига МПСП;

ϕ(t-1) - предыдущие n бит;

I - инвертированные n бит информации.

Таким оразом, НПСП формируется ФОПП 2, является ПСП постоянной структуры, которая манипулируется по фазе МПСП, формируемой в ГПП 3, структура которой меняется в зависимости от значения информационных символов. Полученный составной сигнал в перемножителе 5 манипулирует по фазе высокочастотную несущую, поступающую с выхода ГНТЧ 1, после чего излучается в эфир.

В приемном устройстве входной сигнал в блоке перемножителя 10 перемножается с К копиями опорной НПСП (ОНПСП), сдвинутыми между собой на элементарный символ ПСП τ_о, после чего результат перемножения поступает на блок усиления, преобразования, фильтрации 20, состоящий из К линеек, каждая из которых содержит усилители преобразователи и фильтры. Выходы К линеек блока 20 с помощью коммутатора 21 поочередно подключается к блоку временного сжатия (БВС) 14.

С выхода БВС 14 сжатый во времени сигнал поступает на перемножитель 11, на второй вход которого подается сигнал с выхода ГПП 13. Коэффициент сжатия сигнала в БВС 14 выбирается равным K·2ⁿ. Это делается для того, чтобы за период, равный периоду МПСП, в приемном устройстве обрабатывался сигнал К каналов, при этом в каждом канале сигнал перемножается с 2ⁿ циклическими сдвигами опорной МПСП (ОМПСП).

Результат перемножения сигнала, поступающего с выхода каждого из К каналов блока 20, с 2n циклическими сдвигами ОМПСП, формируемым в ГПП 3, который работает также в сжатом масштабе времени, последовательно во времени поступает в УС 15, где осуществляется накопление результата перемножения, сравнение накопленного напряжения с порогом и запоминание тех номеров циклических сдвигов ОМПСП, на которых был превышен порог. Если УС 15 выносится решение об обнаружении данного циклического сдвига МПСП, то сканирование ФОПП 12 по задержке прекращается, если не выполнится такое решение, то УС 15 обеспечивает сдвиг по фазе ФОПП 12 на Кτо, т.е. сканирование продолжается.

Одновременно при вынесении решения об обнаружении данного циклического сдвига МПСП с УС 15 на регистры 16 и 17 подается команда, по которой с регистра 16 информация переписывается в регистр 17, а в него записываются состояния ГПП 3, которая соответствует превышению порога в УС 16.

В сумматоре 19 производится суммирование предыдущей и последующей пачек из n бит, т.е. производится операция, обратная операции, выполняемой на передающем конце радиолинии; при этом на выходе сумматора 19 получаем

I=ϕ(t-1)-ϕ(t).

Информация с выхода сумматора 19 поступает в регистр 18, из которого списывается в последовательном коде на выход устройства.

Докажем достижение поставленной цели.

В предлагаемой системе связи используются составные ПСП, при этом информация записывается не в саму излучаемую модулирующую ПСП, а в разность (или сумму) предыдущего и последующих номеров ее циклических сдвигов, соответствующих предыдущей и последующей n пачкам информационных символов.

Такой метод передачи информации позволяет исключить второй (квадратурный) канал, используемый для обеспечения синхронизации радиолинии в прототипе, что обеспечивает выигрыш в энергетике на 3 дБ в предлагаемой системе за счет передачи всей мощности по одному каналу.

Заметим, что возможность использования одного канала для передачи информации в широкополосных системах связи и в том случае, когда вводится синхроинтервал, т.е. перед каждым сеансом связи сначала в течение заданного отрезка времени излучается только синхросигнал, а затем информационный сигнал. Однако при таком методе передачи, во-первых, имеют место потери времени Z, затрачиваемого на передачу информации синхросигнала и, во-вторых, в тех случаях, когда по какой-либо причине в начале сеанса связи не принят синхросигнал, теряется вся информация.

В предлагаемой системе связи используется только один канал, при этом синхронизация передается и принимается без задержки.

Дополнительный выигрыш в энергетике (при вероятности ошибки 10^-5 порядка 3 дБ) по сравнению с прототипом достигается в предлагаемой системе связи за счет использования многоосновного кодирования.

Необходимо отметить, что в известных системах связи применение многоосновного кодирования требует применения отдельного канала для передачи цикловой (словной) синхронизации, в то же время в предлагаемой системе за счет использования составных ПСП, относительного кодирования, сжатия сигнала во времени необходимость в таком канале исключается.

Для пояснения работы устройства и достигаемого выигрыша рассмотрим следующий пример.

Пусть период НПСП составляет 100 мксек, тогда период МПСП равен 32×100=32 мсек. 5 информационных символов определяют состояние ГПП 3, формирующего МПСП с периодом 32 мсек (частота повторения порядка 300 Гц), так как 5 бит информации передаются за время, равное 32 мсек, то скорость передачи информации по каналу составляет 1,5 бит/с. Допустим, что исходная информация имеет скорость 100 бит/с. В этом случае одни и те же информационные символы будут определять состояние ГПП 3 в течение 15 периодов МПСП, т.е. один и тот же циклический сдвиг МПСП будет повторяться 15 раз подряд.

В приемном устройстве на каждой временной позиции ФОПП сигнал перемножается с 32 циклическими сдвигами ОМПСП, при этом запоминается номер того циклического сдвига ОМПСП, при котором был превышен порог. В том случае, когда порог превышается не менее 14 раз при одном и том же номере циклического сдвига ОМПСП, УС 15 подает команду, по которой в регистр 16 записывается то состояние ГПП 13, которое соответствуют 14-кратному превышению порога; в следующий раз в регистр 16 будет записано уже другое состояние ГПП 13, при котором было зарегистрировано 14-кратное превышение порога. При этом как в первом, так и во втором случае записанное в регистр 16 состояние ГПП 3 может не соответствовать информационным символам, которые определяли состояние ГПП 3 при передаче, т.е. в обоих случаях номера обнаруженных циклических сдвигов при приеме могут отличаться от переданных. Но это и не важно, так как информация заключается не в самих номерах циклических сдвигов, а в их сумме.

Таким образом, при использовании данного метода передачи безразлично временное положение ОМПСП относительно ОНПСП, что и обеспечивает возможность приема информации без введения синхроинтервала и без использования синхроканала.

Остановимся на аппаратурной реализации блоков предлагаемой системы связи. Блоки 3, 2, 12 и 3 могут быть выполнены в виде генераторов псевдослучайной последовательности на регистрах сдвига или в виде оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), в которое заранее записывается ПСП необходимой структуры. Блок временного сжатия 14 может быть выполнен в аналоговом или в дискретном виде, в последнем случае он состоит из АЦП и ОЗУ, скорость считывания из которого значительно превышает скорость записи. Остановимся подробнее на аппаратурной реализации устройства синхронизации (УС 15). Структурная схема УС 15 представлена на фиг.3, где использованы следующие обозначения:

1 - блок управления ФОПП 2,

2 - блок управления БBC 14,

3 - накопительное устройство (НУ),

4 - решающая схема (PC),

5 - блок управления коммутатором,

6, 7 - элемент задержки.

Блок 1 обеспечивает сдвиг ФОПП 12 по задержке до тех пор, пока с РС 4 не пройдет сигнал об К-кратном превышении порога, он может быть построен любым известным способом, например, описанным в монографии Г.И.Тузова "Статистическая теория приема сложных сигналов (М.: Сов. радио, 1977 г. стр.326, рис.7.2.в).

Накопительное устройство может быть также выполнено известными способами, например, в аналоговой форме в виде фильтра с временем накопления, равным периоду МПСП. Блок управления БВС (14) обеспечивает формирование сигналов записи, считывания, включение кристалла и т.д. из тактов, поступающих с блока управления ФОПП. Блок управления коммутатором 5 представляет собой счетчик. Остановимся более подробно на структуре РС 4, структурная схема одного из возможных вариантов ее выполнения представлена на фиг.4, где использованы следующие обозначения:

1 - счетчик,

2, 3 - регистры,

4 - схема сравнения с порогом,

5 - схема совпадения,

6 - счетчик на N.

Решающая схема 4 работает следующим образом.

Такты с блока управления ФОПП (1) поступают на счетчик 1, который работает в том же масштабе времени, что и ГПП 13. При превышении накопленным напряжением порога в схеме сравнения с порогом 4 она подает команду на регистры 2 и 3, по которой состояние регистра 2 записывается в регистр 3, а в регистр 2 записывается состояние счетчика 1.

Выходы регистров 2 и 3 подаются на схему совпадения 5, которая выдает импульс на счетчик 6 в том случае, если предыдущий и последующие номера счетчика 1, соответствующие превышению порога в блоке 4, совпадают. При заполнении счетчика № 6 он выдает команду на блоки 16, 17 фиг.2, по которой в них осуществляется запись состояния ГПП 13 и сравнение его с предыдущим состоянием.

При дополнительном поиске, проведенном авторами в соответствии с п.52 ЭЗ-1-74, не обнаружены объекты со сходными признаками отличительной части. Учитывая это, авторы считают, что предлагаемое решение отвечает критерию "существенные отличия".

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами. Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости передачи информации. Указанный результат достигается за счет выделения в передающую часть двух регистров и сумматора по модулю 2 (блок 6), а в приемную часть - коммутатора, блока временного сжатия, трех регистров и сумматора. В предлагаемой системе связи используется только один канал, при этом синхронизация передается и принимается без задержки. 1 з.п. ф-лы. 4 ил.

1. Устройство приемопередачи с шумоподобными сигналами, содержащее на передаче генератор несущих и тактовых частот (НТЧ), выход которого подключен ко входу генератора псевдослучайной последовательности (ПСП) и ко входу формирователя опорной псевдослучайной последовательности, синхровыход которого через блок фазирования подключен к второму входу генератора ПСП, а также сумматор и перемножитель, а на приеме - узел синхронизации, первый выход которого подключен к опорному входу формирователя опорной ПСП, выходы которого подключены ко входам блока перемножителей, выходы которого подключены ко входам блока усиления преобразования и фильтрации, при этом второй выход узла синхронизации подключен ко входу опорного генератора ПСП, выход которого подключен к первому входу перемножителя, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости передачи информации, введены на передаче два регистра и сумматор по модулю два, ко входам которого подключены выходы генератора ПСП и формирователя опорной ПСП, а выход сумматора по модулю два подключен к первому входу перемножителя, к второму входу которого подключен второй выход генератора НТЧ, третий выход которого подключен ко входам первого и второго регистров, при этом информационный вход первого регистра является информационным входом устройства, а выходы первого регистра подключены к первой группе входов сумматора, ко второй группе входов которого и ко входам генератора ПСП подключены выходы второго регистра, ко входам которого подключены выходы сумматора, а на приеме - последовательно соединенные коммутатор и блок временного сжатия, а также последовательно соединенные первый регистр, второй регистр, сумматор и третий регистр, к первому и второму управляющим входам которого подключены третий и четвертый выходы узла синхронизации, пятый и шестой выходы которого подключены соответственно ко входу коммутатора и второму входу блока временного сжатия, выход которого подключен к второму входу перемножителя, выход которого подключен ко входу узла синхронизации, седьмой выход которого подключен к управляющим входам первого и второго регистров, при этом выходы блока усиления, преобразования и фильтрации подключены к соответствующим входам коммутатора, а выходы опорного генератора ПСП подключены ко входам первого регистра, выходы которого подключены к второй группе входов сумматора, причем выход третьего регистра является информационным выходом устройства.2. Устройство приемопередачи с шумоподобными сигналами по п.1, отличающееся тем, что узел синхронизации выполнен в виде блока управления формирователем опорной ПСП, первый выход которого подключен ко входам блока управления коммутатором, блока управления блоком временного сжатия и решающего блока, к второму входу которого подключен выход накопителя, а выход решающего блока подключен ко входам блока управления формирователем опорной ПСП и первого элемента задержки, второй выход которого подключен ко входу второго элемента задержки, при этом вход накопителя является входом узла синхронизации, первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым и седьмым выходами которого являются соответственно второй и первый выходы блока управления формирователем опорной ПСП, выход первого элемента задержки, выход второго элемента задержки, выход блока управления коммутатором, выход блока управления блоком временного сжатия и выход решающего блока.