Устройство для передачи и приема дискретной информации

 

Изобретение относится к области широкополосных систем радиосвязи с шумоподобными сигналами и преимущественно может быть использовано в допплеровских системах связи. Технический результат заключается в повышении помехозащищенности в условиях воздействия имитационных помех. Для этого устройство содержит в передатчике генератор несущей и тактовой частот, генератор псевдослучайной последовательности, формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности, блок фазирования, а в приемнике - блок синхронизации, два перемножителя, генератор опорной псевдослучайной последовательности, полосовые фильтры, фазовый детектор, кроме того, в передатчик введены формирователь вспомогательной псевдослучайной последовательности (ПСП), сумматор по модулю два и блок уплотнения сигналов, а в приемник введен дополнительный блок синхронизации. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области широкополосных систем радиосвязи с шумоподобными сигналами и преимущественно может быть использовано в допплеровских системах связи.

Известна системы радиосвязи с шумоподобными сигналами, например описанные в книге "Выделение и обработка информации в допплеровских системах", автор Тузов Г.И. - М.: Советское радио, 1976 г.

Основным недостатком этих систем является низкая помехозащищенность в условиях воздействия имитационных помех, структура кода которых совпадает со структурой кода передаваемого полезного сигнала. Этот недостаток обусловлен малой величиной базы псевдослучайных последовательностей, которые могут быть практически использованы в данных устройствах. Увеличение база сигналов приводит к возврастанию времени вхождения приемных устройств в синхронизм.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому следует считать изобретение "Аппаратура для передачи дискретной информации", описанное в авторском свидетельстве № 300946, МПК Н 03 С 3/40 от 05.10.1968 г.

Блок-схема аппаратуры для передачи дискретной информации (прототипа) изображена на фиг.1, для которой введены следующие обозначения:

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

2 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);

3 - генератор псевдослучайной последовательности;

4 - устройство фазирования;

5, 6 - умножители;

7 - фазовращатель на 90°;

8 - фазовый манипулятор;

9 - схема сложения;

10, 11 - умножители;

12 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);

13 - генератор опорной псевдослучайной последовательности (ГОПП);

14 - устройство фазирования;

15 - устройство синхронизации;

16, 17 - полосовые фильтры;

18 - фазовый детектор.

Аппаратура для передачи дискретной информации имеет следующие функциональные связи: в передатчике один выход ГНТЧ 1 соединен с первым входом схемы сложения 9 через формирователь ФОПП и умножитель 5 и со вторым входом схемы сложения 9 через генератор ГПП3 и умножитель 6, второй выход ГНТЧ 1 соединен со вторым входом умножителя 5 через фазовращатель на 90° 7 и со вторым входом умножителя 6 через фазовый манипулятор 8, выходы устройства фазирования 4 подключены ко вторым входам ФОПП 2 и ГПП 3; в приемнике входной сигнал подается на устройство синхронизации 15, на первый вход фазового детектора 18 через умножитель 10 и полосовой фильтр 16, и на второй вход фазового детектора 18 через умножитель 11 и полосовой фильтр 17, выход устройства синхронизации подключен к ФОПП 12 и ГОПП 13, вторые входы которых соединены с устройством фазирования 14, а выходы ФОПП 12 и ГОПП 13 подключены ко вторым входам перемножителей 10 и 11 соответственно.

Устройство (прототип) работает следующим образом.

В передатчике ГНТЧ 1 формирует две частоты: тактовую частоту для ФОПП 2 и ГПП 3 и несущую частоту сигнала. Генераторы ФОПП 2 и ГПП 3, сфазированные между собой устройством фазирования 4, вырабатывают двоичные ортогональные псевдослучайные последовательности, которые поступают на умножители 5 и 6. На второй вход умножителя 5 через фазовращатель на 90° 7 с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты, которое в умножителе 5 умножается на двоичную псевдослучайную последовательность. В результате на выходе умножителя 5 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 0° и 180° по закону двоичной псевдослучайной последовательности.

На второй вход умножителя 6 через фазовый манипулятор 8 поступает колебание несущей частоты с выхода ГНТЧ 1.

В зависимости от знака передаваемой информации фазовый манипулятор 8 осуществляет поворот фазы несущего колебания на 0° или 180°. С выходов умножителей 5 и 6 сигналы поступают на схему сложения 9, которая образует выходной сигнал передатчика, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 0°, 90°, 180° и 270°.

В приемнике принимаемый сигнал поступает на умножители 10 и 11, аналогичные умножителям 5 и 6 передатчика, в которых умножается на двоичные псевдослучайные последовательности, вырабатываемые генераторами ФОПП 12 и ГОПП 13, аналогичными ФОПП 2 и ГПП 3 передатчика. 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 по фазе передаваемой информацией. Выходные сигналы полосовых фильтров 16 и 17 подаются на фазовый детектор 18, на выходе которого выделяется информация.

Генераторы псевдослучайных последовательностей ФОПП 12 и ГОПП 13 фазируются между собой устройством фазирования 14. Синхронизацию двоичных псевдослучайных последовательностей, вырабатываемых в приемнике с двоичными псевдослучайными последовательностями принимаемого сигнала, обеспечивает устройство синхронизации 15.

Основным недостатком аппаратуры для передачи дискретной информации (прототипа) является низкая помехозащищенность в условиях воздействия имитационных помех, структура которых совпадает со структурой передаваемого полезного сигнала.

Этот недостаток объясняется следующим.

Временной сдвиг между начальными фазами псевдослучайных последовательностей передаваемого сигнала и имитационной помехи на входе приемника с течением времени изменяется. Это происходит из-за различия между тактовыми частотами генераторов псевдослучайных последовательностей полезного сигнала и помехи или за счет различных путей их распространения. Поэтому существуют моменты, когда фазы сигнала и помехи совпадают. В случае превышения уровня помехи над уровнем сигнала на входе детекторов устройства синхронизации 15, происходит пересинхронизация приемника по помехе, и прием информации становится невозможным.

Минимальное время между двумя моментами пересинхронизации можно определить по следующей формуле:

где В_ПСП - база сигнала, по которому работает синхронизация;

T_н - время анализа сигнала в устройстве синхронизации;

q_c - минимальное отношение сигнал/помеха, при котором пересинхронизация не происходит;

q_n - отношение помеха/сигнал на входе приемника.

Из приведенной формулы следует, что при заданных параметрах Т_н, q_c, q_n радикальным методом борьбы с имитационной помехой является только увеличение базы сигнала В_ПСП. В практически используемых системах связи с шумоподобными сигналами Т_н=16 мсек, q _c=-20 дБ, q_n=20 дБ, В_ПСП=1023, время поиска сигнала 2 сек. В этом случае Т_СБ=30 сек. Если увеличить базу сигнала В_ПСП в 1000 раз, время между двумя сбоями составит Т_сб≅8 часов, однако время поиска сигнала возрастет также в тысячу раз и составит 50 мин.

Таким образом, простое увеличение базы псевдослучайных сигналов в аппаратуре для передачи дискретной информации (прототипе) является неприемлемым.

Целью предлагаемого изобретения является повышение помехозащищенности аппаратуры связи в условиях воздействия имитационных помех.

Для достижения поставленной цели в передатчик введены формирователь вспомогательной псевдослучайной последовательности, сумматор по модулю два и блок уплотнения сигналов, а в приемник введено дополнительное устройство синхронизации.

Блок-схема предлагаемой аппаратуры для передачи дискретной информации изображена на фиг.2, для которой введены следующие обозначения:

1 - генератор несущей и тактовой частоты (ГНТЧ);

2 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);

3 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПП);

4 - устройство фазирования;

19 - формирователь вспомогательной псевдослучайной последовательности (ФВПП);

20 - блок уплотнения сигналов;

21 - сумматор по модулю два;

10, 11 - умножители;

12 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);

13 - генератор опорной псевдослучайной последовательности (ГОПП);

15 - устройство синхронизации;

16, 17 - полосовые фильтры;

18 - фазовый детектор;

22 - дополнительное устройство синхронизации.

Блок-схема имеет следующие функциональные связи: в передатчике один выход ГНТЧ 1 подключен ко входу блока уплотнения сигналов 20, три других входа которого соединены со вторым выходом ГНТЧ 1 через ФВПП 19, ФОПП 2 и последовательно соединенные сумматор по модулю два 21 и ГПП 3, вторые входы ФОПП 2, ГПП 3 и ФВПП 19 соединены с устройством фазирования 4, в приемнике входной сигнал подается на устройство синхронизации 15, дополнительное устройство синхронизации 22 и умножители 10 и 11, выходы которых подключены к полосовым фильтрам 16 и 17, а вторые входы соединены с ФОПП 12 и ГОПП 13, входы которых подключены к устройству синхранизации 15, второй вход устройства синхронизации 15 соединен с выходом дополнительного устройства синхронизации 22, а выходы полосовых фильтров 16 и 17 соединены с фазовым детектором 18.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В передатчике ГНТЧ1 формирует две частоты: тактовую частоту для ФОПП 2, ГПП 3 и ФВПП 19 и несущую частоту сигнала. Генераторы ФОПП 2, ГПП 3 и ФВПП 19, сфазированные между собой устройством фазирования 4, вырабатывают двоичные попарно ортогональные псевдослучайные последовательности. Для определенности будем называть эти последовательности соответственно синхронизирующей, информационной и вспомогательной. Период информационной последовательности Т_ИП выбирается кратным периоду вспомогательной последовательности T_В (Т_ИП =k·Т_В), а период синхронизирующей Т_СП - кратным периоду информационной (Т_СП=m·Т _ИП).

Информационная ПСП с выхода ГПП 3 подается на сумматор по модулю два 21, в котором складывается по модулю два с передаваемой двоичной дискретной информацией. На выходе блока 21 в зависимости от знака информации выдается прямая либо инверсная информационная последовательность.

Двоичные последовательности с выходов ФВПП 19, ФОПП 2 и сумматора по модулю два 21 поступают на блок уплотнения сигналов 20, на который также подается колебание несущей частоты с одного из выходов ГНТЧ 1. Блок уплотнения сигналов 20 формирует выходной сигнал передатчика, представляющий собой сумму трех колебаний несущей частоты, манипулированных по фазе на 0° и 180° двоичными последовательностями, формируемыми ФВПП 19, ФОПП 2 и сумматором по модулю два 21.

В приемнике дополнительное устройство синхронизации 22 осуществляет поиск и синхронизацию сигнала вспомогательной псевдослучайной последовательности. Войдя в синхронизм, дополнительное устройство синхронизации 22 выдает на устройство синхронизации 15 строб-импульсы начала вспомогательной ПСП.

Устройство синхронизации 15 осуществляет поиск и обнаружение сигналов информационной и синхронизирующей последовательностей.

Поскольку длительность периода сигнала информационной последовательности кратна длительности периода вспомогательной последовательности (Т_ИП=k·Т_В), а длительность периода синхронизирующей последовательности кратна периоду информационной (Т_СП=m·Т_ИП), для определения фазы информационной ПСП достаточно просмотреть k временных положений этой последовательности относительно строб-импульсов начала вспомогательной ПСП, а для определения фазы синхронизирующей ПОП - m ее временных положений относительно информационной ПСП.

После определения фазы информационной и синхронизирующей ПСП устройство синхронизации 15 синхронизирует информационную и синхронизирующую ПСП местных генераторов ГОПП 13 и ФОПП 12 с принимаемым сигналом синхронизирующей последовательности.

Выделение информации осуществляется следующим образом. Входной сигнал поступает на умножители 10 и 11, в которых умножается на двоичные псевдослучайные последовательности, вырабатываемые ФОПП 12 и ГОПП 13.

Сигнал с выхода умножителя 10 поступает на полосовой фильтр 16, который выделяет колебание несущей частоты. Сигнал с выхода умножителя 11 подается на полосовой фильтр 17, выделяющий колебание несущей частоты, манипулированное по фазе передаваемой информацией. Выходные сигналы полосовых фильтров 16 и 17 поступают на фазовый детектор 18, который выделяет информационную разность фаз между ними.

Благодаря введению вспомогательной ПСП и применению поэтапного поиска сигнала в предлагаемой аппаратуре для передачи дискретной информации может быть значительно увеличена длина периода синхронизирующего сигнала при несущественном увеличении времени вхождения приемника в синхронизм. Это позволяет значительно повысить помехозащищенность устройства в условиях воздействия имитационных помех.

Действительно, если выбрать базу вспомогательной последовательности T_В =10³, базу информационной Т_ИП=32·10 ³ и базу синхронизирующей последовательности Т_СП =1024·10³, то минимальное время между двумя моментами пересинхронизации, определяемое по формуле (1), составит более восьми часов. В системах связи через искусственный спутник земли это время достаточно для обеспечения устойчивой связи в течение сеанса работы аппаратуры.

Время поиска сигнала определяется в основном базой вспомогательной последовательности и незначительно отличается от времени поиска сигнала в устройстве-прототипе при той же величине базы последовательностей.

Формула изобретения

Устройство для передачи и приема дискретной информации, содержащее в передатчике генератор несущей и тактовой частот, выход которого соединен с входом генератора псевдослучайной последовательности и входом формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности, вторые входы которых подключены к выходам блока фазирования, а в приемнике блок синхронизации, вход которого соединен с входами двух перемножителей, а выходы через генератор опорной псевдослучайной последовательности и через формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности подключены соответственно к вторым входам перемножителей, выходы которых через полосовые фильтры подключены к входам фазового детектора, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности в условиях воздействия имитационных помех, в передатчик введены формирователь вспомогательной псевдослучайной последовательности (ПСП), сумматор по модулю два и блок уплотнения сигналов, причем выход генератора несущей и тактовой частот соединен дополнительно с первым входом блока уплотнения сигналов через формирователь вспомогательной ПСП, дополнительный выход генератора несущей и тактовой частот соединен с вторым входом блока уплотнения сигналов, выход формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности соединен с третьим входом блока уплотнения сигналов, выход генератора псевдослучайной последовательности соединен с четвертым входом блока уплотнения сигналов через сумматор по модулю два, второй вход формирователя вспомогательной псевдослучайной последовательности (ПСП) соединен с дополнительным выходом блока фазирования, а в приемник введен дополнительный блок синхронизации, вход которого соединен с входом блока синхронизации, а выход - с дополнительным входом блока синхронизации.

РИСУНКИ