Стартстопная система связи

Стартстопная система связи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электро- и радиосвязи и может использоваться в проводных, радио-, радиорелейных и космических системах связи.

Известна стартстопная система связи (З.М.Каневский, В.И.Ледовских "Передача дискретных сообщений по каналам с обратной связью с прерываниями", "Электросвязь", 1970, №8, с.6-8), в которой перед посылкой сообщения передается "зондирующий ключ", представляющий собой амплитудно-манипулированный сигнал, состоящий из нескольких элементов. Однако эта система предназначена специально для каналов с прерываниями (замирающих каналов), имеет низкую помехоустойчивость в общем случае и большой уровень вероятности ложной тревоги.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является стартстопная система связи по пат. РФ 2168867, Н04L 25/00, опубл. 10.06.2001, Бюл. №16, принятая за прототип.

Укрупненная функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:

на передающей стороне:

1 - источник информации;

2 - регистр сдвига;

3 - относительно фазовый манипулятор;

4 - передатчик;

5 - первый генератор тактовых импульсов (ГТИ);

6 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП);

8 - генератор несущей частоты (ГНЧ);

7 - ключ;

на приемной стороне:

9 - приемник;

10 - согласованный фильтр;

11 - синхроблок;

12 - второй генератор тактовых импульсов (ГТИ);

16 - демодулятор;

18 - линия связи;

19 - мультиплексор;

21 - перемножитель;

22 - двоичный счетчик;

23 - запоминающий блок;

24 - линия задержки.

Устройство-прототип содержит на передающей стороне последовательно соединенные источник информации 1, регистр сдвига 2, мультиплексор 19, относительно фазовый манипулятор 3 и передатчик 4. Кроме того, последовательно соединенные первый ГТИ 5, ГПСП 6, перемножитель 21 и двоичный счетчик 22; последовательно соединенные ГНЧ 8 и ключ 7, выход которого соединен с сигнальным входом относительно фазового манипулятора 3. Вход генератора тактовых импульсов 5 соединен с синхровыходом источника информации 1, второй выход первого ГТИ 5 соединен с тактовым входом регистра сдвига 2, а третий выход первого ГТИ 5 - со вторыми входами ГПСП 6 и перемножителя 21, выход которого соединен с управляющими входами блока 3 и ключа 7. Кроме того, первый выход ГТИ 5 соединен с установочным входом двоичного счетчика 22, выходы которого соединены шиной с управляющими входами мультиплексора 19.

На приемной стороне содержит последовательно соединенные приемник 9, согласованный фильтр 10, синхроблок 11, демодулятор 16 и запоминающий блок 23, выход которого является выходом устройства, а также второй ГТИ 12, вход которого соединен с выходом синхроблока 11, первый выход второго ГТИ 12 соединен с первым входом запоминающего блока 23, а второй выход - со вторыми входами демодулятора 16 и запоминающего блока 23. Кроме того, выход согласованного фильтра 10 через линию задержки 24 соединен с третьим входом демодулятора 16. Передающая и приемная стороны соединены посредством линии связи 18.

Синхроблок 11 объединяет блоки 14, 15, 16, 17, 18 и 19 устройства-прототипа, причем нумерация объединенных блоков такая, как принята в описании к патенту на устройство-прототип.

Стартстопная система связи-прототип работает следующим образом.

В случайный момент времени на выходе источника информации 1 создаются n информационных символов («0» или «1») длительности τ.

При t=0 на втором выходе первого ГТИ 5 формируются n тактовых импульсов, равное числу элементов псевдослучайной последовательности (ПСП), которые записывают информационные символы в регистре сдвига 2, на его первом выходе создается короткий импульс, по переднему фронту которого производится начальная установка ГПСП 6 и установка всех разрядов двоичного счетчика 22 в единичное состояние, а на третьем выходе - меандр, состоящий из (n+1+S) импульсов длительности τ/2 (где S - количество переходов уровня ПСП из положительного в отрицательное значение), который в блоке 21 перемножается с псевдослучайной последовательностью той же длины, поступающей с выхода ГПСП 6.

Положительная часть результирующего сигнала, поступающая с выхода блока 21, используется для управления работой блоков 22, 3 и ключа 7. В момент действия переднего фронта его первого импульса блок 22 устанавливается в нулевое состояние, открывается ключ 7, который пропускает колебания несущей частоты в блок 3, а с выхода мультиплексора 19 на вход блока 3 поступает нулевой сигнал. В результате этого на выходе блока 3 формируются колебания несущей частоты с произвольной начальной фазой в течение интервала времени τ/2. При поступлении второго положительного фронта сигнала в счетчике 22 устанавливается двоичное число, равное единице, и мультиплексор 19 считывает из регистра сдвига 2 значение первого информационного символа. При этом начальная фаза несущей частоты на выходе блока 3 остается прежней, если первый символ имеет значение единицы, и изменяется на противоположную - в противном случае. Таким образом, на выходе блока 3 создается относительно фазоманипулированный сигнал длительности Т, в котором первый радиоимпульс информации не несет, а служит опорным для второго уже информационного радиоимпульса.

На приемной стороне относительно фазоманипулированный сигнал после общей фильтрации в приемнике 9 и согласованной - в фильтре 10 для одиночного радиоимпульса длительности τ/2 поступает на синхроблок 11, на выходе которого формируется короткий импульс в момент времени, соответствующий моменту окончания сигнала при приеме Т.

В блоке 16 осуществляется демодуляция поступающего с выхода фильтра 10 и задержанного в линии задержки 24 на время Т сигнала. Если соседние радиоимпульсы имеют одинаковые начальные фазы, то на его выходе формируется символ «1», в противном случае - «0». Начало работы блока 16 определяет импульс, поступающий с синхроблока 11, а моменты сравнения фаз соседних радиоимпульсов - передние фронты импульсов, поступающих со второго выхода генератора 12. По задним фронтам этих импульсов выносится решение о приеме символов и фиксация их в запоминающем блоке 23. Считывание информации с блока 23 на выход системы осуществляется импульсами, поступающими со второго выхода генератора 12.

Недостатками устройства-прототипа являются низкое значение вероятности правильного приема сообщения и сложность в изготовлении.

Для устранения указанных недостатков в стартстопную систему связи, содержащую на передающей стороне последовательно соединенные источник информации и регистр сдвига, последовательно соединенные манипулятор и передатчик, первый генератор тактовых импульсов (ГТИ) и генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП), последовательно соединенные генератор несущей частоты (ГНЧ) и ключ, выход которого подключен к сигнальному входу манипулятора, причем вход первого ГТИ соединен с синхровыходом источника информации, второй выход ГТИ подключен к тактовому входу регистра сдвига, на приемной стороне последовательно соединенные приемник, согласованный фильтр, синхроблок и второй ГТИ, а также демодулятор, причем выход передатчика подключен к входу приемника через линию связи, согласно изобретению введены на передающей стороне у передатчика - второй вход, подключенный к третьему выходу первого ГТИ, выход регистра сдвига соединен с информационным входом манипулятора, выход ГПСП подключен к первому входу ключа, второй вход ГПСП подключен ко второму выходу первого ГТИ; на приемной стороне - решающий блок, последовательно соединенные полосовой фильтр, прерыватель и блок фазовой автоподстройки частоты, выход которого подключен к синхронизирующему входу демодулятора, причем вход полосового фильтра соединен с выходом приемника, управляющий вход прерывателя подключен к выходу синхроблока, сигнальный вход демодулятора соединен с выходом согласованного фильтра, выход демодулятора соединен с первым входом решающего блока, второй вход которого соединен с выходом второго ГТИ, выход решающего блока является выходом устройства.

На фиг.2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:

на передающей стороне:

1 - источник информации;

2 - регистр сдвига (PC);

3 - манипулятор;

4 - передатчик;

5 - первый генератор тактовых импульсов (ГТИ);

6 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП);

7 - ключ;

8 - генератор несущей частоты (ГНЧ);

на приемной стороне:

9 - приемник;

10 - согласованный фильтр (СФ);

11 - синхроблок;

12 - второй ГТИ;

13 - полосовой фильтр (ПФ);

14 - прерыватель;

15 - блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ);

16 - демодулятор;

17 - решающий блок (РБ);

18 - линия связи.

Предлагаемая система связи содержит на передающей стороне последовательно соединенные источник информации 1, PC 2, манипулятор 3 и передатчик 4, последовательно соединенные первый ГТИ 5, ГПСП 6 и ключ 7, выход которого соединен с сигнальным входом манипулятора 3, а второй вход - с выходом ГНЧ 8, причем второй выход первого ГТИ 5 подключен к тактовому входу PC 2 и второму входу ГПСП 6, а третий выход ГТИ 5 - ко второму входу передатчика 4. Кроме того, вход ГТИ 5 подключен к синхровыходу источника информации 1. На приемной стороне содержит последовательно соединенные приемник 9, СФ 10, синхроблок 11 и второй ГТИ 12, последовательно соединенные ПФ 13, прерыватель 14, блок ФАПЧ 15, демодулятор 16 и РБ 17, выход которого является выходом устройства, причем вход ПФ 13 подключен к выходу приемника 9, управляющий вход прерывателя 14 соединен с выходом синхроблока 11, сигнальный вход демодулятора 16 соединен с выходом СФ 10, а второй вход РБ 17 подключен к выходу второго ГТИ 12, при этом передающая и приемная стороны устройства соединены посредством линии связи 18. Манипулятор 3 является фазовым.

Предлагаемая стартстопная система связи работает следующим образом.

В случайный момент времени (например, t=0) на выходе источника информации 1 создаются n (n=30-40) информационных символов (0 или 1) длительности τ, а на первом выходе первого ГТИ 5 формируется короткий импульс, по переднему фронту которого производится начальная установка S символов псевдослучайной последовательности (ПСП) в ГПСП 6 (S<n). В тот же момент времени на втором выходе ГТИ 5 создается последовательность из (n+S+1) коротких импульсов с периодом следования τ, которые поочередно записывают, а затем считывают с задержкой на время Sτ, на выход S-разрядного PC 2 n информационных символов. Те же импульсы считывают на выход ГПСП 6 S-разрядную ПСП (S≥7), представляющую собой инверсный во времени код Баркера или Неймана-Гоффмана (см., например, с.407 в книге Дж.Спилкера «Цифровая спутниковая связь», М.: Связь, 1979). Причем для одного и того же значения S выбирается код, содержащий в начале наибольшее число символов «0». Таким образом, сначала в устройстве создается ПСП, а затем n информационных символов (соответственно, на выходах блоков 6 и 2).

При действии на первый вход ключа 7 символов ПСП «0» он открывается и на сигнальный вход фазового манипулятора 3 поступает несущая частота с выхода ГНЧ 8, а при действии символов «1» не поступает. Так как на интервале времени, равном Sτ, на первом входе блока 3 действует нулевой сигнал, то на его выходе формируется амплитудно-модулированный радиосигнал с одинаковыми начальными фазами импульсов, имеющий в конце радиоимпульс определенной длительности mτ, соответствующий m последним символам ПСП «0» (например, для кода Неймана-Гоффмана при S=10 максимальное значение m равно 5).

После окончания ПСП на сигнальный вход блока 3 несущая частота поступает непрерывно. При действии на первом входе манипулятора 3 информационных символов «0» начальная фаза сигнала на его выходе не изменяется, а при действии символов «1» меняется на π.

На третьем выходе ГТИ 5 при t=0 формируется импульс длительности (n+S)τ, который включает передатчик 4 на время передачи сигнала, сформированного на выходе блока 3.

На приемной стороне полученный сигнал после общей фильтрации в приемнике 9 и согласованной - в фильтре 10 для одиночного радиоимпульса длительности τ поступает на синхроблок 11, на выходе которого формируется короткий импульс в момент времени, соответствующий моменту окончания амплитудно-модулированного посредством ПСП сигнала при приеме Т. Относительно него с задержкой на время τ на выходе второго ГТИ 12 формируется последовательность из n коротких импульсов с периодом следования τ, соответствующих моментам окончания информационных символов при приеме. Сигнал с выхода приемника 9 поступает также на полосовой фильтр 13 с полосой пропускания примерно равной 1,5/mτ и затем через открытый прерыватель 14 - на вход блока ФАПЧ 15, в котором осуществляется подстройка содержащегося в нем генератора по частоте (и фазе) последними m радиоимпульсами амплитудно-модулированного сигнала. После окончания последних импульс с выхода синхроблока 11 запрещает прохождение колебаний через блок 14 на время nτ. Инерционность блока ФАПЧ 15 позволяет получить на его выходе когерентную несущую частоту на интервале времени (30-40)τ, которая используется для фазового детектирования информационного сигнала с выхода СФ 10 в фазовом демодуляторе 16. В решающем блоке 17 в моменты действия импульсов на его втором входе выносятся решения о приеме информационных символов и на выходе формируются соответствующие двоичные символы.

Таким образом, использование предлагаемой системы связи позволяет повысить вероятность правильного приема сообщения и упростить ее изготовление.

В отличие от прототипа, в котором используется относительно-фазовая манипуляция и метод сравнения фаз при приеме, в заявляемом устройстве используется фазовая манипуляция, которая, как известно, обладает более высокой помехоустойчивостью (см., например, рис.4.23 в книге Н.Л.Теплова «Помехоустойчивость систем передачи дискретной информации», M.: Связь, 1964). Сложность устройства значительно снижена за счет исключения из приемной части линии задержки, которая, например, при τ=1 мс и S=10 должна иметь время задержки 10 мс. Изготовить такую линию задержки сложно и, кроме того, она будет весьма громоздкой (см. стр.359 в книге Л.Е.Варакина «Системы связи с шумоподобными сигналами», M.: Радио и связь, 1985). Все блоки, входящие в устройство, являются известными. Например, блок ФАПЧ может быть выполнен по оптимальной или типовой схеме (см. рис.13.3 в книге В.И.Тихонова «Статистическая радиотехника». M.: Сов. радио, 1966).

Стартстопная система связи, содержащая на передающей стороне последовательно соединенные источник информации и регистр сдвига, последовательно соединенные манипулятор и передатчик, последовательно соединенные первый генератор тактовых импульсов (ГТИ) и генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП), последовательно соединенные генератор несущей частоты (ГНЧ) и ключ, выход которого подключен к сигнальному входу манипулятора, причем вход первого ГТИ соединен с синхровыходом источника информации, второй выход ГТИ подключен к тактовому входу регистра сдвига, на приемной стороне последовательно соединенные приемник, согласованный фильтр, синхроблок и второй ГТИ, а также демодулятор, причем выход передатчика подключен к входу приемника через линию связи, отличающаяся тем, что введены на передающей стороне у передатчика - второй вход, подключенный к третьему выходу первого ГТИ, выход регистра сдвига соединен с информационным входом манипулятора, выход ГПСП подключен к первому входу ключа, второй вход ГПСП подключен ко второму выходу первого ГТИ, на приемной стороне - решающий блок, последовательно соединенные полосовой фильтр, прерыватель и блок фазовой автоподстройки частоты, выход которого подключен к синхронизирующему входу демодулятора, причем вход полосового фильтра соединен с выходом приемника, управляющий вход прерывателя подключен к выходу синхроблока, сигнальный вход демодулятора соединен с выходом согласованного фильтра, выход демодулятора соединен с первым входом решающего блока, второй вход которого соединен с выходом второго ГТИ, выход решающего блока является выходом устройства, кроме того, манипулятор и демодулятор выполнены фазовыми.