Патент на изобретение №2371866

(54) УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ ШУМОПОДОБНЫМИ СИГНАЛАМИ В МНОГОЛУЧЕВЫХ КАНАЛАХ С ПЕРЕМЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

(57) Реферат:

Устройство передачи дискретной информации шумоподобными сигналами в многолучевых каналах с переменными параметрами предназначено для использования в модемах систем связи с пилотными шумоподобными сигналами. Достигаемый технический результат – повышение эффективности использования каналов, путем увеличения скорости передачи дискретной информации. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, генераторы псевдослучайных последовательностей, генератор несущей частоты, фазовращатель на 90°, два перемножителя, сумматор, линию задержки, источник информации, фазовый манипулятор, два делителя частоты, формирователь цикловых импульсов, три ключа, дополнительный источник информации, два преобразователя кодов, объединяющее устройство, формирователь информационных сигналов дополнительного источника информации. 4 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в модемах систем связи с пилотными шумоподобными сигналами для увеличения скорости передачи дискретной информации в многолучевых каналах с переменными параметрами.

Известно устройство передачи и приема дискретной информации шумоподобными сигналами по многолучевым каналам с переменными параметрами, в котором информационным параметром на передаче является время задержки между информационным и опорным (пилотным) сигналами [А.М.Семенов, А.А.Сикарев. “Широкополосная радиосвязь”, Воениздат, 1970 г., с.203-207]. Применение метода передачи с пилотными сигналами позволяет уменьшить влияние частотно-селективных замираний на помехоустойчивость приема сигналов.

Недостатком этого устройства является низкая скорость передачи сигналов из-за необходимости ослабления межсимвольных помех за счет введения защитного временного интервала, равного времени многолучевости. Использование ансамбля шумоподобных сигналов (ШПС), в котором одна и та же форма сигналов не повторяется на интервале многолучевости, позволяет уменьшить влияние межсимвольной интерференции на помехоустойчивость приема сигналов путем искусственного введения временных защитных интервалов без снижения скорости передачи сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство передачи и приема дискретной информации с шумоподобными сигналами [В.И.Разумов «Устройство передачи и приема с шумоподобными сигналами». Авторское свидетельство 1821922, приор. от 26 июня 1990 г., Б.И. 22 от 15.06.1993 г., кл. H04B 7/02], принятое за прототип, содержащее на передающей стороне генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к объединенным входам n-генераторов псевдослучайных последовательностей (ПСП), последовательно соединенные генератор несущей частоты, фазовращатель на 90°, первый перемножитель и сумматор, а также линию задержки, выход которой подключен к второму входу первого перемножителя, источник информации и фазовый манипулятор, первый вход которого подключен к выходу генератора несущей частоты, а выход через второй перемножитель, второй вход которого соединен со входом линии задержки, подсоединен ко второму входу сумматора, выход которого является выходом устройства передачи.

Недостатком этого устройства является низкая скорость передачи дискретной информации, что приводит к неполному использованию пропускной способности многолучевого канала с переменными параметрами, т.к. используется только избыточность ШПС и не используются структурные свойства ансамбля таких сигналов.

Задачей, решаемой в данном изобретении, является повышение эффективности использования пропускной способности многолучевого канала с переменными параметрами.

Технический результат – увеличение скорости передачи дискретной информации в многолучевых каналах с переменными параметрами – достигается за счет того, что в устройство передачи дискретной информации ансамблем шумоподобных сигналов, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к объединенным входам n-генераторов псевдослучайных последовательностей, последовательно соединенные генератор несущей частоты, фазовращатель на 90°, первый перемножитель и сумматор, а также линию задержки, выход которой подключен ко второму входу первого перемножителя, источник информации и фазовый манипулятор, первый вход которого подключен к выходу генератора несущей частоты, а выход через второй перемножитель, второй вход которого соединен со входом линии задержки, подсоединен ко второму входу сумматора, выход которого является выходом устройства передачи, дополнительно введены последовательно соединенные первый делитель частоты, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход с первым входом формирователя информационных сигналов дополнительного источника информации (ДИИ), второй делитель частоты и формирователь цикловых импульсов, два выхода которого подсоединены к управляющим входам второго и третьего ключей, дополнительный источник информации, выход которого соединен со вторым входом формирователя информационных сигналов дополнительного источника информации, выход которого соединен со входами второго и третьего ключей, выходы которых соединены с управляющими входами первого и второго преобразователей кодов, выходы которых подсоединены ко входам объединяющего устройства, выход которого соединен со входами линии задержки, второго перемножителя и первого ключа, другой вход которого соединен с выходом источника информации, а выход – со входом фазового манипулятора, выходы n- и m=n-генераторов псевдослучайных последовательностей подсоединены ко входам первого и второго преобразователей кодов соответственно, а объединенные входы m-генераторов псевдослучайных последовательностей – к выходу генератора тактовых импульсов.

Достижение результата осуществляется за счет передачи дискретной двоичной информации от двух независимых источников. Информация от основного источника передается двоичными фазоманипулированными сигналами, а от дополнительного – квазиортогональными сигналами в пакетном режиме, при котором информационным параметром является порядок передачи n – различных ПСП (разного вида ПСП) в каждом пакете.

В преобразователях кодов формируются две чередующиеся группы ПСП сигналов, порядок следования которых в группе и является информационным параметром ДИИ. В обеих группах должны использоваться различные квазиортогональные ПСП.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства передачи шумоподобными сигналами; на фиг.2 – временные диаграммы, поясняющие работу предлагаемого изобретения; на фиг.3 – сигнально-временная диаграмма (матрица) i-й перестановки (i-го четырехразрядного двоичного числа); на фиг.4 – организация ЗУ емкостью 64 бит.

Устройство передачи дискретной информации шумоподобными сигналами в многолучевых каналах с переменными параметрами содержит генератор 1 тактовых импульсов, выход которого подключен к объединенным входам n-генераторов 2 ПСП, последовательно соединенные генератор 4 несущей частоты, фазовращатель 5 на 90°, первый перемножитель 8 и сумматор 10, а также линию задержки 7, выход которой подключен ко второму входу первого перемножителя 8, источник информации 21 и фазовый манипулятор 6, первый вход которого подключен к выходу генератора несущей частоты 4, а выход через второй перемножитель 9, второй вход которого соединен со входом линии задержки 7, подсоединен ко второму входу сумматора 10, выход которого является выходом устройства передачи, последовательно соединенные первый делитель частоты 11, вход которого соединен с выходом генератора 1 тактовых импульсов, а выход – с первым входом формирователя 15 информационных сигналов ДИИ, второй делитель частоты 12 и формирователь 13 цикловых импульсов, два выхода которого подсоединены к управляющим входам второго 16 и третьего 17 ключей, дополнительный источник информации 14 (ДИИ), выход которого соединен со вторым входом формирователя 15 информационных сигналов ДИИ, выход которого соединен со входами второго 16 и третьего 17 ключей, выходы которых соединены с управляющими входами первого 18 и второго 19 преобразователей кодов, выходы которых подсоединены ко входам объединяющего устройства 20, выход которого соединен со входами линии задержки 7, второго перемножителя 9 и первого ключа 22, другой вход которого соединен с выходом источника информации 21, а выход – со входом фазового манипулятора 6, выходы n и m=n-генераторов 2 и 3 ПСП подсоединены ко входам первого 18 и второго 19 преобразователей кодов соответственно, а объединенные входы m-генераторов 3 ПСП – к выходу генератора 1 тактовых импульсов.

Устройство работает следующим образом. Генератор 1 тактовых импульсов вырабатывает синхронизирующие импульсы, необходимые для работы n-генераторов 2 ПСП, m=n-генераторов 3 ПСП и первого делителя частоты 11. На выходе первого делителя частоты 11 образуются импульсы с периодом следования Т_с=mT_ти (фиг.2b), где T_ти – период следования тактовых импульсов, m – число импульсов в периоде ПСП. С помощью импульсов с периодом Т_с в блоке формирователя информационных сигналов ДИИ 15 из информационных символов: 1, 0, 1, 1, 1, от ДИИ (фиг.2а) формируются информационные импульсы: +1, -1, +1, +1, +1, (фиг.2d), которые поступают на информационные входы ключей 16 и 17. На выходе второго делителя 12 образуется последовательность цикловых импульсов с периодом следования Т_ц (фиг.2с). С помощью этих импульсов в формирователе 13 цикловых импульсов образуются цикловые импульсы, управляющие работой ключей 16 и 17 (фиг.2е, f). В преобразователях кодов 18 и 19 формируются две чередующиеся группы ПСП по K сигналов, порядок следования которых в группе и является информационным параметром ДИИ. Значение K выбирается из условия того, чтобы одна и та же ПСП не повторялась на интервале многолучевости L и определяется соотношением K[L/T_c], где [K] – ближайшее большее целое число. В обеих группах должны использоваться различные квазиортогональные ПСП. Т.к. информационным параметром является порядок следования сигналов в группе, а число возможных значений K-разрядного числа равно 2^К, то должно выполняться условие: K!2^K. Минимальное значение K, при котором выполняется это условие, равно четырем. Напряжения с выходов преобразователей кодов 18 соединяются в объединяющем устройстве 20 и образуют непрерывный поток ПСП (фиг.2g для случая K=4). Фиг.2g иллюстрирует лишь общий принцип формирования информационного потока. В действительности же начало этого информационного потока сдвинуто по времени на интервал не менее Т_ц, т.к. в преобразователях кодов 18 и 19 сначала определяются значения K-разрядных двоичных чисел, а уже по ним формируются импульсы длительностью Т_с, управляющие работой ключей, которые и определяют порядок следования различных ПСП (фиг.2h).

На фиг.3 приведена сигнально-временная диаграмма (матрица) одной из возможных перестановок из 4!=24, соответствующая одному из возможных значений 4-х разрядного двоичного числа.

Задачей преобразователя кодов является приведение в соответствие последовательности двоичных сигналов и последовательности поступления ПСП в блоки формирования манипулированных сигналов обоих источников информации.

На сигнальный вход последовательно поступают положительные и отрицательные импульсы +1 и -1 длительностью Т_с. На дополнительные входы поступают ПСП. ПСП генерируются с помощью регистров сдвига с обратными связями и периодически повторяются с периодом Т_с.

Т.к. число различных перестановок превышает число возможных двоичных сигналов, передаваемых за один цикл, то имеется возможность выбора таких из них, которые будут оптимальными в смысле обеспечения наибольшей помехоустойчивости передачи двоичной информации от ДИИ и зафиксировать их в запоминающем устройстве (ЗУ). Структурная организация полупроводниковых ЗУ с 64 позициями для размещения ПСП_i иллюстрируется на фиг.4. В левом столбце приведены все возможные слова. Каждое слово содержит 4 информационных разряда. В правых столбцах ячейки могут быть заполнены произвольно, с учетом приведенных выше соображений, как это для примера показано на фиг.4. При настройке устройства осуществляется запись слов в память. Операция записи – процесс занесения информации в память. В процессе работы устройства осуществляется операция считывания – соответствующая информация извлекается из памяти. Информация в памяти после ее считывания сохраняется. Т.к. имеется доступ к любому слову в памяти в любой момент времени, то такое запоминающее устройство называется ЗУ с произвольной выборкой и может быть реализовано, например микросхемой 7489 [Токхейм Р. Основы цифровой электроники: Пер. с англ. – М.: Мир, 1988, стр.258].

Поступающее на информационный вход преобразователя кода четырехразрядное двоичное число (например, 1 0 1 1) подается на адресные входы микросхемы 7489. При работе устройства в процессе считывания соответствующая последовательность импульсов из 1 и 0 появляется на информационных выходах ЗУ. Эти импульсы поступают на управляющие входы дополнительных ключей. При других значениях разрядности двоичных сигналов соответствующие микросхемы можно выбрать по справочной литературе [Применение интегральных микросхем памяти: А.А.Дерюгин, В.В.Цырлин, В.Е.Красовский и др. / Под ред. А.Ю.Гордона, А.А.Дерюгина. М.: Радио и связь, 1984].

Сформированная ПСП с блока объединяющего устройства 20 поступает на второй вход второго перемножителя 9, на первый вход которого поступает сигнал с выхода фазового манипулятора 6, являющийся колебанием несущей частоты, манипулированным по фазе информационными импульсами, поступающими через открытый первый ключ 22 от источника информации 21. Эта же сформированная ПСП через линию задержки 7 поступает на первый перемножитель 8, на другой вход которого поступает колебание несущей частоты, сдвинутое по фазе в фазовращателе 5 на 90°. Время задержки в линии задержки 7t выбирается из условия: tt, где t – интервал корреляции случайного процесса, описывающего флуктуации фазы сигнала, прошедшего многолучевый канал с переменными параметрами. Одновременно с началом передачи информации от ДИИ начинается передача информационных импульсов от ИИ (после того, как открывается первый ключ 22) поступающими на его управляющий вход сигналами с выхода блока объединяющего устройства.

В предлагаемом устройстве передачи шумоподобными сигналами за счет обеспечения возможности независимой передачи информации от ДИИ и от ИИ возможно увеличение скорости передачи информационных двоичных символов R до двух раз, т.к. в устройстве-прототипе R=V=1/T_c, а в заявляемом устройстве R=2V, т.е. одна информационная посылка несет в себе 2 двоичные единицы информации. При этом не требуется ни дополнительная мощность передатчика, ни дополнительная полоса частот. Выигрыш в скорости обеспечивается за счет использовании избыточности ансамбля ШПС и усложнения технической реализации аппаратуры.

Формула изобретения

Устройство передачи дискретной информации шумоподобными сигналами в многолучевых каналах с переменными параметрами, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к объединенным входам n-генераторов псевдослучайных последовательностей, последовательно соединенные генератор несущей частоты, фазовращатель на 90°, первый перемножитель и сумматор, а также линию задержки, выход которой подключен ко второму входу первого перемножителя, источник информации и фазовый манипулятор, первый вход которого подключен к выходу генератора несущей частоты, а выход – через второй перемножитель, второй вход которого соединен со входом линии задержки, подсоединен ко второму входу сумматора, выход которого является выходом устройства передачи, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные первый делитель частоты, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход – с первым входом формирователя информационных сигналов дополнительного источника информации, второй делитель частоты и формирователь цикловых импульсов, два выхода которого подсоединены к управляющим входам второго и третьего ключей, дополнительный источник информации, выход которого соединен со вторым входом формирователя информационных сигналов дополнительного источника информации, выход которого соединен со входами второго и третьего ключей, выходы которых соответственно соединены с управляющими входами первого и второго преобразователей кодов, выходы которых подсоединены ко входам объединяющего устройства, выход которого соединен со входами линии задержки, второго перемножителя и первого ключа, другой вход которого соединен с выходом источника информации, а выход – со входом фазового манипулятора, выходы n- и m=n-введенных генераторов псевдослучайных последовательностей подсоединены ко входам первого и второго преобразователей кодов соответственно, а объединенные входы m-генераторов псевдослучайных последовательностей – к выходу генератора тактовых импульсов.

РИСУНКИ