Система передачи информации с помощью несущих, ортогональных на входе и выходе канала связи
Владельцы патента RU 2361312:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) (RU)
Изобретение относится к электросвязи, преимущественно к передаче информации методами цифровой модуляции, и может быть использовано для передачи информации, представленной в виде координат точек сигнального созвездия. Достигаемый технический результат - разработка системы передачи информации, несущие колебания которой согласованы с характеристиками канала связи и являются ортогональными как на входе канала, так и после его прохождения. Система содержит источники информации (51-5N), умножители (41-42N), сумматор (6), тактовые генераторы (11, 12), ключи (31-32N), интеграторы (121-122N), приемники информации (131-132N), формирователи собственных векторов (21, 22), генератор дельта-импульсов (7), канал связи (8), канал обратной связи (10), анализатор импульсной характеристики (9), имитаторы канала связи (111-112N). Каждый формирователь собственных векторов выполнен в виде квадратной матрицы и содержит умножители (2-11 - 2-1K 2 +K), сумматоры (2-31 - 2-3K 2 +K), выделители импульса (2-21 - 2-2K), вычислитель собственных векторов (2-4). 3 ил.
Изобретение относится к электросвязи, преимущественно к передаче информации методами цифровой модуляции, и может быть использовано для передачи информации, представленной в виде координат точек сигнального созвездия.
Известна система цифровой модуляции, использующая модифицированные ортогональные коды для снижения автокорреляции [1], содержащая скремблер, преобразователь последовательного кода в параллельный, два модулятора, два исключающих «или», две сигнальные схемы и два смесителя.
Недостатком данной системы является присутствие переходных помех между подканалами на приеме.
Известна система передачи дискретной информации [2], содержащая источники информации, умножители, сумматор, тактовые генераторы, генераторы функций Уолша, ключи, делители частоты, интеграторы, приемники информации.
Недостатком данной системы является присутствие переходных помех между подканалами на приеме.
Данный недостаток обусловлен тем, что система передачи настроена на уменьшение полосы частот путем снижения эффективной полосы спектра несущих колебаний и не учитывает характеристики канала связи, вследствие чего сигналы на выходе подканалов оказываются зависимыми.
Целью настоящего изобретения является разработка системы передачи информации, несущие колебания которой согласованы с характеристиками канала связи и являются ортогональными как на входе канала, так и после его прохождения.
При этом несущие колебания являются собственными функциями интегрального уравнения [4]
где λi - i-oe собственное число;
- ядро интегрального уравнения;
h(τ',t) - импульсная характеристика канала связи.
Решение в общем виде для произвольной импульсной характеристики не существует [4], что предопределяет использование численных методов. Наиболее предпочтительным методом его решения является сведение ядра интегрального уравнения к вырожденному [5] путем разложения ядра в обобщенный ряд Фурье по системе ортонормированных на длительности тактового интервала базисных функций 
В результате поиск собственных функций сводится к решению задачи на собственные значения квадратной матрицы [5]:
где 
- собственные значения матрицы 
;
- собственный вектор матрицы 
;
Эта задача решается совместным использованием методов Крылова и исключения и разрешением системы однородных линейных уравнений [6]. Тогда несущие колебания на передающей стороне вычисляются как линейная комбинация функций произвольного ортонормированного базиса
На приемной стороне - как свертка следующих функций:
При этом для удобства реализации матрицу 
на основании (3), (4) и выражения для ядра интегрального уравнения R(t,τ) целесообразно представить в виде:
Поставленная цель достигается тем, что в известную систему передачи дискретной информации, содержащую источники информации, умножители, сумматор, тактовые генераторы, ключи, интеграторы и приемники информации введены два формирователя собственных векторов, генератор дельта-импульсов, канал связи, канал обратной связи, анализатор импульсной характеристики и имитаторы канала связи (см. фиг.1). Выходы тактовых генераторов подключены к первым входам формирователей собственных векторов и первым входам ключей, второй вход которых соединен с выходами формирователя собственных векторов. Выходы первых N ключей связаны с первыми входами первых N умножителей, а выходы последних N ключей - со входами имитаторов канала связи. Выходы источников информации подключены ко вторым входам первых N умножителей, выходы которых соединены со входами сумматора. Выход сумматора связан с первым входом канала связи, второй вход которого соединен с выходом генератора дельта-импульсов, а выход - со входом анализатора импульсной характеристики и первыми входами последних N умножителей. Выход анализатора импульсной характеристики подключен ко входу канала обратной связи, второму входу второго формирователя собственных векторов и вторым входам имитаторов канала связи, выходы которых связаны со вторыми входами последних N умножителей. Выход канала обратной связи подключен ко второму входу первого формирователя собственных векторов. Выходы последних N умножителей соединены со входами интеграторов, выходы которых связаны со входами приемников информации.
Каждый формирователь собственных векторов (см. фиг.2) состоит из умножителей, выделителей импульсов, сумматоров и вычислителя собственных векторов. Второй вход формирователя собственных векторов является первыми входами i-ых (i=1, 2, …, К) умножителей, а первый - входами выделителей импульсов. Выход каждого i-го (i=1, 2, …, К) выделителя импульсов подключен ко второму входу i-ro умножителя, а его выход соединен со входом i-го сумматора. Выход каждого i-го (i=1, 2, …, К) сумматора соединен с первыми входами умножителей i·K+1, i·K+2, …, (i+1)·K и со вторыми входами умножителей K+i, 2·K+i, …, K2+i. Каждый выход k-го умножителя (k=K+l, K+2,..., К2+К) подключен ко входу k-го сумматора. Выход каждого из них связан с входом вычислителя собственных векторов, выходы которого являются выходами формирователя собственных векторов.
Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых показаны:
на фиг.1 - общая структурная схема системы передачи информации;
на фиг.2 - структурная схема формирователя собственных векторов;
на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие работу системы.
Система передачи информации с помощью несущих, ортогональных на входе и выходе канала связи, показанная на фиг.1, содержит генераторы тактовых импульсов
11, 12, формирователи собственных векторов 21, 22, ключи 31 - 32N, умножители 41 - 42N, источники информации 51 - 5N, сумматор 6, генератор дельта-импульсов 7, канал связи 8, анализатор импульсной характеристики 9, канал обратной связи 10, имитаторы канала связи 111 - 11N, интеграторы 121 - 12N, приемники информации 131 - 13N.
Формирователь собственных векторов 2, показанный на фиг.2, состоит из умножителей 2-11 - 2-1K 2 +K, выделителей импульсов 2-21 - 2-2K, сумматоров 2-31 - 2-3K 2 +K и вычислителя собственных векторов 2-4.
В качестве генераторов тактовых импульсов 11, 12 и генератора дельта-импульсов 7 могут быть использованы генераторы типа Г5-62. Умножители 2-11 - 2-1K 2 +K, выделители импульсов 2-21 - 2-2K, сумматоры 2-31 - 2-3K 2 +K и вычислители собственных векторов 2-4 формирователей собственных векторов 21, 22, ключи 31 - 32N, умножители 41 - 42N, сумматор 6, имитаторы канала связи 111 - 11N, интеграторы 121 - 12N могут быть выполнены на процессорах цифровой обработки сигналов фирмы Analog Devices. В качестве анализатора импульсной характеристики 9 может быть использован цифровой запоминающий осциллограф типа С9-28. В качестве канала обратной связи может быть использовано устройство, описанное в [2].
Система передачи информации с помощью несущих, ортогональных на входе и выходе канала связи, работает следующим образом.
Генератор дельта-импульсов 7 (см. фиг.1) формирует видеоимпульс малой длительности, подающийся на вход канала связи 8. С его выхода образующийся сигнал поступает в анализатор импульсной характеристики 9, который формирует отсчеты импульсной характеристики U3 (см. фиг.3), поступающие на передающую сторону через канал обратной связи 10 на второй вход формирователя собственных векторов 21 и на приемную сторону непосредственно на второй вход формирователя собственных векторов 22. На передающей и приемной сторонах генераторы тактовых импульсов 11, 12 формируют меандры U1 (см. фиг.3) длительностью Т и числом интервалов однополярности К, подающиеся на первые входы формирователей собственных векторов 21, 22 соответственно. Отсчеты импульсной характеристики в формирователях собственных векторов 21, 22 поступают на первые входы умножителей 2-11 - 2-1K, а меандр - на первые входы выделителей импульсов 2-21 - 2-2K. Каждый выделитель импульсов 2-2i (i=1, 2, …, К) формирует на выходе i-й видеоимпульс U2 (см. фиг.3) длительностью, совпадающей с интервалом однополярности меандра Т/К, и моментом появления (i·T)/K. Каждый такой i-й импульс поступает на второй вход умножителя 2-1i, где перемножается с отсчетами импульсной характеристики U3 и подается на вход сумматора 2-3i. Таким образом, на его выходе формируются отсчеты U4 (см. фиг.3), соответствующие i-му элементу вектора, определяемого как первое либо второе (они идентичны) интегральное выражение, находящееся внутри фигурной скобки формулы (7). Далее с выхода сумматора 2-3i эти отсчеты передаются на первые входы умножителей 2-1i·K+1 - 2-1(i+1)·K и второй вход умножителя 2-1i·K+i. Каждый образующийся вектор коэффициентов с выхода умножителей 2-1i·K+1 - 2-1K 2 +K поступает на вход сумматоров 2-3i·K+1 - 2-3K 2 +K соответственно, где формируются элементы матрицы (3). Они поступают на вход вычислителя собственных векторов 2-4, где с помощью методов Крылова, исключения и решения системы однородных линейных уравнений формируются собственные вектора. Эти вектора передаются c j-го выхода (j=1, 2, …, N) вычислителя собственных векторов 2-4 формирователя собственных векторов 21 на вход ключа 3j, а с j-го выхода вычислителя собственных векторов 2-4 формирователя собственных векторов 22 на вход ключа 3N+j. Каждый ключ 3j подключает со знаком, соответствующим мгновенному значению меандра (первый вход), коэффициенты собственного вектора (второй вход), образуя несущие колебания. Несущие с выходов ключей 31 - 3N поступают на вход умножителей 41 - 4N, где перемножаются с данными от источников информации 51 - 5N. Результирующие сигналы поступают на вход сумматора 6, с выхода которого передаются по каналу связи 8. С выхода канала сигнал поступает на первые входы умножителей 4N+1 - 42N. С выходов ключей 3N+1 - 32N несущие колебания поступают на имитаторы канала связи 111 - 11N, на второй вход которого приходят отсчеты импульсной характеристики с выхода анализатора импульсной характеристики 9. Имитаторы канала связи 111 - 11N формируют несущие колебания на приеме согласно (6), поступающие на вторые входы умножителей 4N+1 - 42N. Результирующий сигнал передается на интеграторы 121 - 12N, с выхода которых поступает на входы приемников информации 131 - 13N.
На фиг.3 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования отсчетов на выходе первых К умножителей формирователей собственных векторов.
На диаграммах показано временное состояние:
а) выхода тактового генератора 11 или 12;
б) выхода выделителя тактовых импульсов 2-2i, i=1, 2, … К;
в) выхода анализатора импульсной характеристики 9;
г) выхода умножителя 2-1i, i=1, 2, … К формирователя собственных векторов 21 или 22.
Таким образом, информация передается по каналу связи с помощью несущих, образующих подканалы, независимые друг от друга, как на его входе, так и на выходе.
Источники информации
1. Патент США 2006/0250942 A1, 09.11.2006.
2. Патент РФ 2025901 C1, 30.12.1994.
3. Теория электрической связи: Учебник для ВУЗов / Под ред. Д.Д.Кловского. - М.: Радио и связь, 1999. - 432 с.
4. Галлагер Р. Теория информации и надежная связь. Пер. с англ., под ред. М.С.Пинскера и Б.С.Цыбакова. - М.: Советское радио, 1974. - 720 с.
5. Васильева А.Б., Тихонов Н.А. Интегральные уравнения. - 2-е изд. стереот. - М.: Физматлит, 2002. - 160 с.
6. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. - М.: Наука, 1966. - 576 с.
Система передачи информации с помощью несущих, ортогональных на входе и выходе канала связи, содержащая источники информации, умножители, сумматор, тактовые генераторы, ключи, интеграторы и приемники информации, выходы первых N ключей связаны с первыми входами первых N умножителей, выходы источников информации подключены ко вторым входам первых N умножителей, выходы которых соединены со входами сумматора, выходы последних N умножителей соединены со входами интеграторов, выходы которых связаны со входами приемников информации, отличающаяся тем, что дополнительно введены два формирователя собственных векторов, генератор дельта-импульсов, канал связи, канал обратной связи, анализатор импульсной характеристики и имитаторы канала связи, выходы тактовых генераторов подключены к первым входам формирователей собственных векторов и первым входам ключей, вторые входы которых соединены с выходами формирователя собственных векторов, выходы последних N ключей связаны со входами имитаторов канала связи, выход сумматора связан с первым входом канала связи, второй вход которого соединен с выходом генератора дельта-импульсов, выход канала связи связан со входом анализатора импульсной характеристики и первыми входами последних N умножителей, выход анализатора импульсной характеристики подключен ко входу канала обратной связи, второму входу второго формирователя собственных векторов и вторым входам имитаторов канала связи, выходы которых связаны со вторыми входами последних N умножителей, выход канала обратной связи подключен ко второму входу первого формирователя собственных векторов, второй вход формирователя собственных векторов является первыми входами i-х умножителей, где i=1, 2…K, а первый - входами выделителей импульсов, выход каждого i-го выделителя импульсов, где i=1, 2…K, подключен ко второму входу i-го умножителя, а его выход соединен со входом i-го сумматора, где i=1, 2,…,K, выход каждого i-го сумматора соединен с первыми входами умножителей i·K+1, i·K+2, … (i+1)·K и со вторыми входами умножителей K+i, 2·K+i, …, K2+i, каждый выход k-го умножителя, где k=K+1, K+2, … K2+K, подключен ко входу k-го сумматора, выход каждого из них связан с входом вычислителя собственных векторов, выходы которого являются выходами формирователя собственных векторов.
