RU2221330C2 - Широкополосная система радиосвязи кв-диапазона - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области передачи широкополосных (шумоподобных) сигналов (ШПС) с повышенной скоростью в коротковолновом (КВ) диапазоне частот и может быть использовано в системе КВ-связи, а также в других системах связи, в которых наблюдается многолучевое распространение радиоволн. Технический результат - повышение помехоустойчивости приема информационного сигнала. Для повышения помехоустойчивости приема информационных импульсов сигнала в широкополосной системе радиосвязи КВ-диапазона, состоящей из n (n≥2) радиостанций, в каждую радиостанцию введены последовательно соединенные обнаружитель преамбулы, генератор временного интервала, обнаружитель информационного сигнала и декодер многозначного кода, последовательно соединенные кодер многозначного кода 17 и блок управления, а также генератор преамбулы. 1 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к области передачи широкополосных (ШПС) (шумоподобных) сигналов с повышенной скоростью в коротковолновом (KB) диапазоне частот и может быть использовано в системах KB-связи, а также в других системах связи, в которых наблюдается многолучевое распространение радиоволн.

Такие системы описаны, например, в работах: Методы цифровой реализации алгоритмов многочастотных модемов. - Электросвязь, 1976, 12, авторы Байдан И. Н. , Гинзбург В.В., Лутовинов С.И., Рахович Л.M.; Помехоустойчивость модемов типа МС. - Электросвязь, 1976, авторы Гинзбург В,В., Гиршов B.C., Кустов О.В., Лутовинов С.И., Окунев Ю.Б.

Сущность подхода проста: вместо одного канала одновременно передаются М аналогичных каналов. Например, в полосе от 300 до 3400 Гц можно организовать 30 гармонических колебаний с нарезкой частот через 100 Гц, причем каждая из них может использоваться, как несущая частота для отдельного низкоскоростного канала со скоростью 100 бит/с. В этом случае общая. скорость будет 3000 бит/с. Однако, имеется и существенный недостаток метода - ограничение максимальной скорости величиной около 3 кбит/с. Другим недостатком является пик-фактор группового сигнала, обусловленный очень большим количеством гармонических составляющих, что требует от передатчика значительной мощности при сравнительно небольшой средней мощности излучения.

Методы передачи многочастотного сигнала или, так называемой частотно-временной матрицы известны и рассматриваются как один из видов ШПС: Варакин Л.Е. Теория сложных сигналов. - М.: Советское радио, 1970, с. 166; Зюко А.Г. , Кловский Д. Д. , Назаров М.В., Финк Л.М. Теория передачи сигналов. - М.: Связь, 1960, с.288; Коржик В.И., Финк Л.М., Щелкунов К.Н. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. - M.: Радио и связь, 1981.

Суть метода состоит в следующем: ШПС передается последовательно по времени на N различных частотах. На приемном конце эти N частот выбираются свободными от помех. Так как сигнал широкополосный и занимает полосу частот от 0,1 до 1,2 МГц, то скорость передачи сообщений может быть увеличена принципиально в десятки раз. Препятствием для такого увеличения являются особенности распространения в KB-диапазоне и помехи работе радиостанциям с традиционными методами передачи.

Наиболее близкой к предлагаемой является система радиосвязи KB, описанная в СНЕSS A New Reliable High Speed HF Radio. Dr. David L. Herrik, Dr. Poulk Lee. Sanders. A Lock hed Martin Company, Nashua, IEE, 8. IEEE, 8, 1996, принятая за прототип.

Функциональная схема прототипа приведена на фиг.2, где обозначено:
1 - радиотракт высокой частоты (ВЧ);
2 - блок цифровой обработки;
3 - входной тракт приемника;
4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
5 - усилитель мощности;
6 - цифроаналоговый преобразователь;
7 - цифровой приемник;
8 - блок центрального процессора;
9 - цифровой возбудитель,
Дальнейшая детализация системы связи - прототипа происходит путем раскрытия блоков общей функциональной схемы с помощью функциональных схем, приведенных на рис. 6-9 и подробного описания их работы в указанном выше источнике информации. Для удобства дальнейшего изложения и, не нарушая принципа работы системы, окончательная функциональная схема системы связи, совмещающая в себе общие свойства функциональной схемы на фиг.2 и свойства блоков на рис.6-9, имеет вид, приведенный на фиг.3, где обозначено:
1 - радиотракт ВЧ;
2 - блок цифровой обработки;
3 - входной тракт приемника;
4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
5 - усилитель мощности;
6 - быстродействующий синтезатор;
7 - цифровой приемник;
8 - блок центрального процессора;
9 - цифровой возбудитель;
10 - параллельный анализатор спектра;
11 - обнаружитель сигнала;
12 - обнаружитель информационных символов;
13 - обнаружитель преамбулы;
14 - генератор информационных символов;
15 - генератор преамбулы.

Система связи - прототип содержит последовательно соединенные входной тракт приемника 3, аналого-цифровой преобразователь 4, параллельный анализатор спектра 10, обнаружитель сигнала 11, обнаружитель информационных символов 12, выход которого соединен с первым входом блока центрального процессора 8, первый выход которого является информационным выходом радиостанции. При этом выход обнаружителя сигнала 11 соединен со входом обнаружителя преамбулы 13, выход которого соединен со вторым входом обнаружителя информационных символов 12.

Кроме того, второй выход блока центрального процессора 8 соединен со входами генератора информационных символов 14 и генератора преамбулы 15, выходы которых соединены и подключены к входу быстродействующего синтезатора 6, выход которого соединен со входом усилителя мощности 5, выход которого является ВЧ-выходом передатчика и соединен с антенной, к которой подсоединен ВЧ-вход приемника, являющийся входом входного тракта приемника 3. Причем, второй вход блока центрального процессора 8 является информационным входом.

Система радиосвязи - прототип работает следующим образом.

Эта система радиосвязи состоит минимум из двух радиостанций, связь происходит следующим образом. С одной стороны радиостанция включается в режим передачи, а с другой - в режим приема. На стороне передачи по команде блока центрального процессора 8 генератор преамбулы 15 вырабатывает команды на заданную последовательность скачков по частоте для быстродействующего синтезатора 6, который генерирует последовательный во времени набор из N гармонических колебаний и подает на усилитель мощности 5, который усиливает эти колебания и подводит их к антенне. Таким образом преамбула излучает.

После излучения преамбулы по команде блока центрального процессора 8 начинает работать генератор информационных символов 14, который в соответствии с передаваемой информацией (двоичным числом в h разрядов h=log₂N ) вырабатывает команду на заданную частоту из N возможных для быстродействующего синтезатора 6. Быстродействующий синтезатор 6 генерирует гармоническое колебание с этой частотой и передает его на усилитель мощности 5. Усиленное гармоническое колебание излучается антенной. Следующие h разрядов передаются аналогично. Передача информации длится определенное время, например, как представлено на фиг.2а.

Взаимно однозначное соответствие между числом из h разрядов и частотой гармонического колебания может быть установлено постоянно, фиксирование, или может меняться, например, в зависимости от преамбулы или времени суток, типа передаваемого сообщения и т.д.

На стороне приема радиостанция работает следующим образом.

Сигнал, принятый антенной, после усиления и преобразования по частоте радиотрактом ВЧ 3, подается на АЦП 4, с выхода которого в цифровой форме передается на параллельный анализатор спектра 10, в котором производится селекция и детектирование N, заранее заданных частот из всех имеющихся на выходе блока. 3. Обнаружитель сигнала 11, на основании известной, предполагаемой формы огибающей сигнала, ширины спектра, его уровня определяет наличие скачка и передает сигнал о наличии, если оно имеет место, на вход обнаружителя преамбулы 13. Если последовательность из N скачков по частоте выработанная обнаружителем сигнала 11 и одной из преамбул в обнаружителе преамбул 13 совпадут, то обнаружитель преамбул 13 выработает команду на обнаружитель информационных символов 12.

Обнаружитель информационных символов 12, по сигналам об обнаружении скачка от обнаружителя сигнала 11 и по синхроимпульсам от обнаружителя преамбул 13, выделяет последовательность скачков по N частотам. Соответствующее каждому скачку число от 1 до N формирует цифровой сигнал, соответствующий принятой информации, и передает его в блок центрального процессора 8. В блоке центрального процессора 8 происходит окончательная обработка принятого сигнала: декодирование с целью коррекции и обнаружения ошибок, формирование выходного информационного сигнала в форме, необходимой для работы оконечного оборудования, формирование сигналов индикации начала, окончания передачи сообщения, качества канала связи и т.д.

Следует отметить, что в прототипе возможна передача скачков на частотах, необязательно образующих гребенку с равномерным шагом. Учитывая сильную загрузку KB-диапазона мощными радиопередатчиками, передачу целесообразно осуществлять на частотах, свободных от помех. Это решение требует дополнительного расширения полосы частот передатчика и приемника.

Пусть на входе приемника присутствуют сигналы, изображенные на фиг.4, пусть по оси Y отложено отношение амплитуды сигнала к среднеквадратичному напряжению шума. Пусть происходит передача на 16 частотных каналах, и, следовательно, преамбула состоит из 16 символов.

Сначала предположим, что существует только один луч, и в этих условиях оценим работу системы связи. Для определения сигнала необходимо в заданный временной момент выбрать максимум из сигналов присутствующих на N частотах, в качестве примера будем рассматривать случай N=16. Пусть шумы, присутствующие во всех каналах равны и имеют среднеквадратичное значение σ, пусть сигнал и шум присутствуют в 16-м канале и сигнал имеет нормированную к σ амплитуду Е_м.

Известно, что по закону распределения амплитуды шума (распределения Релея):
p(x>a) = exp(-x²/2σ²).

Не меняя общности положим σ=1, тогда
р(x>a)=exp(-x²/2).

Вероятность события, состоящего в том, что напряжения во всех 15 каналах меньше "а",
p(x>a)=1-[1-p(x>a)]¹⁵.

На фиг. 5 приведены зависимости p(x>a) и P(x>a) от "а". Из фиг.5 видно, что закон распределения максимальной величины амплитуды из 15 амплитуд, распределенных по закону Релея с дисперсией σ² близок к нормальному распределению со средним значением 2,5σ и дисперсией 0,2σ². Напряжение в частотном канале, в котором присутствует полезный сигнал, представляет собой также случайную величину со средним значением Е_м и дисперсией σ². Для определения максимума эти величины необходимо сравнить. Вероятность ошибки будет определяться отношением
λ = (E_м-2,5σ)/1,1σ.

Коэффициент 1,1=(1+0,2)^0,5 обусловлен действием двух случайных составляющих с дисперсией σ² и 0,2σ² соответственно. Таким образом, для обеспечения ошибки в приеме символа Р_ош=10^-2 необходимо обеспечить равенство
(Е_м-2,5σ)/1,1σ=2,3, или E_м=5,03σ.

Для обеспечения P_ош=10^-3
(Е_мσ-2,5σ)/1,1σ=3,1, или Е_м=5,91.

Рассмотрим обнаружение преамбулы. Поиск преамбулы происходит следующим образом: имеется N(N=16) копий известной преамбулы, которые сдвинуты по времени Т, 2Т, 3Т...16Т. Смесь сигнала и шумов перемножается на эти копии, интегрируется на отрезке времени, равном длительности преамбулы, то есть 16T.

Пусть на входе только шум мощностью σ², тогда после суммирования 16-ти выборок и деления суммы на 16, получим среднее значение Е_o=1,25σ, а среднеквадратичное отклонение σ_o = 0,65σ/v 16, или σ_o = 0,16σ, при этом закон распределения будет близок к нормальному. Если задаться вероятностью ложного обнаружения преамбулы Р_лт= 10^-4, то, учитывая наличие 16-ти параллельных каналов, пороговое напряжение будет
E_пор = E_o+λ₁σ_o,
квантиль λ₁ определяется из вероятности ложной тревоги 10^-4/16,
Е_пор=Е_о+4,4•0,16σ.

Если учесть, что было принято σ=1, то
Е_пор=(1,25+0,7)=1,95.

Таким образом, при отсутствии сигнала нами определен порог, обеспечивающий заданную величину ложной тревоги. Если задать вероятность пропуска сигнала Р_пс, например Р_пс=10^-4, то можно найти величину сигнала. Для Р_пс= 10^-4 необходим входной сигнал
Е_с=Е_пор+3,7•0,25, или Е_с=2,9.

Расчет определения точности положения на временной оси с заданной достоверностью изложен в книгах: Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. - М.: Советское радио, 1977; Журавлев В.И. Поиск и синхронизация в широкополосных системах. - М.: Радио и связь, 1986; в статьях: Бокк О. Ф. Анализ отношения с/п временного дискриминатора при последовательном накоплении. - Техника радиосвязи, 1982, вып.4; Бокк О.Ф., Саввинов А.М., Колесниченко Г.Д. Анализ работы временного дискриминатора сложного сигнала. - Радиотехника, 1984, 8.

Для нашего случая можно показать, что точность определения положения максимума корреляционной функции на временной оси с достоверностью 0,9 и 0,99:
(Т/2)•1,4σ•1,3/Е_м и
(Т/2)•1,4σ•2,3/Е_м,
конкретно
(Т/2)•1,4•0,5•1,3/2,9=0,079Т и
(Т/2)•1,4•0,25•2,3/2,9=0,139Т.

Ошибка по временному положению мала.

Отметим, что выше была определена величина сигнала с точки зрения ошибки в принимаемой информации. Эта величина больше, чем требуется с точки зрения синхронизации. Таким образом, параметры в режиме синхронизации будут определяться амплитудой сигнала, превосходящего рассчитанную величину примерно вдвое. Очевидно, такое увеличение приведет к значительному улучшению параметров: вероятность пропуска снизится до 10^-125, а ошибка в определении временного положения уменьшится еще вдвое, то есть будет около 5%.

Однако работа системы связи существенно меняется при возникновении нескольких лучей в распространении сигнала. На фиг.4 приведен пример сигнала на входе приемника на пяти частотах, первый луч на частоте F₁ приходит в момент времени Т, на частоте F₂ в момент времени 2T, на частоте F₃ в момент времени 3T, на частоте F₄ в момент времени 4T и т.д. Самой большой амплитудой обладает сигнал, приходящий с вторым лучом, который отстает от первого на 2,4Т, максимум его приходится для частоты F₁ на 3,4T, на частоте F₂ в момент времени 4,4Т, на частоте F₃ в момент времени 5,4Т и т.д. Будем считать, что при приеме преамбулы синхронизация произошла по максимальному сигналу и временное положение максимума определено с высокой точностью.

Предположим, что на фиг. 4 по оси Y отложен уровень сигнала, нормированного к среднеквадратичному значению шума. Исходя из этого предположения максимальный сигнал E_м=5,5, что обеспечивает требуемую выше вероятность ошибки для случая отсутствия других лучей, кроме максимального. Предположение о наличии только одного луча близко к реальному для сигнала на частоте F₁ в момент времени 3,4Т и для сигнала на частоте F₃ в момент времени 4,4Т, так как во всех других частотных каналах присутствует только нормальный шум.

Однако для сигнала на частоте F₃ в момент времени 5,4Т существует "конкурирующий" сигнал на частоте F₁, В момент 6,4 полезный сигнал будет на частоте F₄, а конкурирующий на F₂ и т.д. Разность максимального сигнала на частоте F₃ и третьего луча на частоте F₁ согласно фиг.4 составит
E_м(F₃,5,4)-E_м(F₁,5,4)=1.

Что приведет к вероятности ошибки
Р_ош=0,5-Ф_с(х),
где х=E_м(F₃,5,4)-E_м(F₁,5,4)/1,4.

Коэффициент 1,4 определяется действием шума в двух каналах одновременно. Тогда Р_ош=0,184. Таким образом, вероятность ошибки возросла с 10^-2 до 0,184, более чем на порядок. Для обеспечения вероятности ошибки, равной 10^-2, необходимо увеличить разность E_м(F₃,5,4)-E_м(F₁,5,4) до 2,3•1,4=3,22.

Таким образом, для рассматриваемого примера потери составит более 10 дБ. Если разность напряжений между максимальными лучами одной частоты будет меньше, то потери возрастут, а если больше, то уменьшатся. Влиянием всех лучей, кроме наибольшего, можно пренебречь, если они будут ослаблены так, что для вероятности ошибки Р_ош=10^-2
E_м(F₃,5,4)-E_м(F₁,5,4)>3,1•1,4
и для вероятности ошибки Р_ош=10^-3
E_м(F₃,5,4)-E_м(F₁,5,4)>3,1•1,4.

Если учесть полученное выше значение E_м=5,03 для достижения Р_ош=10^-2 и E_м= 5,91 для достижения Р_ош= 10^-3, получим требуемую величину ослабления второго по величине луча
E_м(F₁,5,4)<5,03(1-0,66)=5,03•0,34,
E_м(F₁,5,4)<5,91(1-0,74)=5,91•0,26,
ослабление составляет 1/0,34 и 1/0,26 раз. Таким образом, этот способ, осуществляемый в прототипе, применим только в случае, когда максимальный луч превосходит все другие более чем на (10-12) дБ или, другими словами, помехи, вызванные многолучевостью, невелики.

Учитывая сильную загрузку КВ-диапазона мощными радиопередатчиками, передачу целесообразно осуществлять на частотах, свободных от помех. Это решение требует дополнительного расширения полосы частот передатчика и приемника.

Однако изложенное выше решение имеет существенный недостаток: низкую помехоустойчивость приема информационных импульсов сигнала. Причинами низкой помехоустойчивости являются ошибки в определении частоты передаваемого импульса в заданный момент времени, что обусловлено шумами, присутствующими в канале связи, и многолучевостью распространения в KB-диапазоне.

Нами предлагается широкополосная система радиосвязи КВ-диапазона, свободная от этого недостатка, работающая, при любом уровне помех, вызванных многолучевостью.

Для этого в широкополосной системе радиосвязи KB-диапазона, состоящей из n(n≥2) радиостанций, каждая из которых содержит последовательно соединенные входной тракт приемника, аналого-цифровой преобразователь, параллельный анализатор спектра и обнаружитель сигнала, последовательно соединенные быстродействующий синтезатор и усилитель мощности, выход которого является высокочастотным выходом радиостанции и соединен с антенной и входом входного тракта приемника, а также блок центрального процессора, первый выход которого является информационным выходом радиостанции, а второй выход соединен с входом генератора преамбулы, в каждую из n радиостанций введены последовательно соединенные обнаружитель преамбулы, генератор временного интервала, обнаружитель информационного сигнала и декодер многозначного кода, последовательно соединенные кодер многозначного кода и блок управления.

При этом выход обнаружителя сигналов соединен с входом обнаружителя преамбулы, выход параллельного анализатора спектра соединен с другим входом обнаружителя информационного сигнала, выход декодера многозначного кода соединен с входом блока центрального процессора, второй выход которого соединен с входом кодера многозначного кода, выход генератора преамбулы соединен с выходом блока управления и входом быстродействующего синтезатора.

Функциональная схема предлагаемой широкополосной системы связи KB-диапазона аналогична прототипу и соответствует представленной на фиг.1.

Функциональная схема одной из n радиостанций представлена на фиг.6, где обозначено:
1 - радиотракт высокой частоты (ВЧ);
2 - блок цифровой обработки;
3 - входной тракт приемника;
4 - аналого-цифровой преобразователь (AЦП);
5 - усилитель мощности;
6 - быстродействующий синтезатор;
7 - цифровой приемник;
8 - блок центрального процессора;
9 - цифровой возбудитель;
10 - параллельный анализатор спектра;
11 - обнаружитель сигнала;
12 - обнаружитель информационного сигнала;
13 - обнаружитель преамбулы;
14 - генератор преамбулы;
15 - генератор временного интервала;
16 - декодер многозначного кода;
17 - кодер многозначного кода;
18 - блок управления.

Предлагаемая широкополосная система радиосвязи KB-диапазона состоит из n(n≥2) радиостанций, каждая из которых содержит последовательно соединенные входной тракт приемника 3, АЦП 4, параллельный анализатор спектра 10, обнаружитель сигнала 11, обнаружитель преамбулы 13, генератор временных интервалов 15, обнаружитель информационных сигналов 12, декодер многозначного кода 16 и блок центрального процессора 8, первый выход которого является информационным выходом радиостанции.

Кроме того, содержит последовательно соединенные кодер многозначного кода 17, блок управления 18, быстродействующий синтезатор 6 и усилитель мощности 5, выход которого является ВЧ-выходом радиостанции и соединен с антенной и входом входного тракта приемника 3. Причем, второй выход блока центрального процессора 8 соединен с входами кодера многозначного кода 17 и генератора преамбулы 14, выход которого соединен с входом быстродействующего синтезатора 6. При этом выход параллельного анализатора спектра 10 соединен с другим входом обнаружителя информационных сигналов.

Работает предлагаемая система связи следующим образом.

С одной стороны станция включается в режим передачи, а с другой - в режим приема. На стороне передачи по команде блока центрального процессора 8 генератор преамбулы 14 вырабатывает команды на заданную последовательность скачков по частоте для быстродействующего синтезатора 6. Быстродействующий синтезатор 6 генерирует последовательный во времени набор из N гармонических колебаний и подает на усилитель мощности 5, который усиливает эти колебания и поводит их к антенне. Таким образом преамбула излучается.

После излучения преамбулы по команде блока центрального процессора 8 начинает работать кодер многозначного кода 17, который в соответствии с передаваемой информацией вырабатывает такое сочетание из 2N по N, которое соответствует передаваемой информации. Так как каждому из 2N чисел соответствует определенная частота, то при выборе N из 2N фактически выбирается N частот, которые будут излучаться. Эта информация передается на блок управления 18, который вырабатывает команды на управление быстродействующим синтезатором частот 6, таким образом, чтобы все N частот были последовательно по времени выработаны синтезатором и поданы на усилитель мощности 5, который усиливает гармонические колебания и передает их в антенну.

Передача информации длится определенное время и состоит, например, как представлено на фиг.2а из фреймов, начало которых выделено преамбулой. Часть фрейма, за исключением преамбулы, делится на слоты длительностью NT, в каждом из которых передается N частот из 2N возможных. Последовательность передачи может быть любая, так как информация определяется только наличием частоты, но не ее положением на оси времени. На самом деле, удобно передавать частоты по какому-либо закону, например, в порядке возрастания.

На стороне приема радиостанция работает следующим образом.

Сигнал, принятый антенной, после усиления и преобразования по частоте радиотрактом ВЧ 3, подается на АЦП 4, с выхода которого в цифровой форме передается на параллельный анализатор спектра 10, в котором производится селекция и детектирование заранее заданных частот из всех имеющихся на выходе блока 3. В режиме обнаружения преамбулы предложенная ШПС KB-диапазона работает также, как прототип. Обнаружитель сигнала 11, на основании предполагаемой формы огибающей сигнала, ширины его спектра и его уровня определяет наличие скачка и передает сигнал о наличии, если оно имеет место, на вход обнаружителя преамбулы 13.

Если последовательность из N скачков по частоте, выработанная обнаружителем сигнала 11 и одной из преамбул в обнаружителе преамбул 13 совпадут, то приемное устройство переходит в режим выделения информации. Следует отметить, что режим выделения преамбулы может отличаться от прототипа. Важно, чтобы он обеспечивал необходимую временную синхронизацию.

В режиме выделения информации сигналы параллельного анализатора спектра 10 поступают на обнаружитель информационных сигналов 12, на второй вход которого от обнаружителя преамбулы через генератор временного интервала 15 поступает сигнал, во время действия которого могут приниматься сигналы на N частотах. Набор порядковых номеров частот, на которых обнаружены сигналы, передается на декодер многозначного кода 16. Декодер преобразует информацию из исчисления с основанием (2N!)/(N!N!) в традиционную форму, например в двоичную, и передает ее на вход блока центрального процессора 8. Центральный процессор производит вторичную обработку информации, декодирование, исправление ошибок и согласование с оконечной аппаратурой.

Поясним подробнее работу вновь введенных блоков 12, 15, 16, 17, 18. Обнаружитель сигналов на заданном отрезке времени выбирает N частот из набора 2N, на которых мощность сигнала максимальна и сообщает эти номера в декодер 16 по окончании этого отрезка. Работа обнаружителя сигналов 11 физически может быть представлена как одновременное независимое детектирование в 2N параллельных частотных каналах, сравнение результата с заданным пороговым напряжением и накопление (интегрирование) превышений на заданном отрезке времени, выбор N частот из набора 2N, на которых мощность сигнала максимальна и передача этих номеров в декодер 16 по окончании заданного отрезка.

Генератор временного интервала 15 из импульсов тактовой частоты посылок импульсов формирует сигнал длительностью N 0,2 мс. Сигнал может быть несколько больше, если требуется временной зазор между сигналами. Технически генератор временного интервала 15 может быть реализован как делитель на N тактовой частоты посылок импульсов, запускаемый в момент обнаружения преамбулы. Декодер многозначного кода 16 должен иметь таблицу сочетаний из 2N по N, в которой каждому сочетанию поставлено в однозначное соответствие число от 0 до максимального. При получении номеров переданных частот от обнаружителя информационных сигналов 12 должен быть проведен поиск соответствующего сочетания из таблицы и определено переданное число. Кодер 17 содержит таблицу сочетаний из 2N по N и выполняет действия в обратном порядке.

Реализация блоков системы СНЕSS принципиально известна. Линейный тракт приемника 3, АЦП 4, усилитель мощности 5 не требуют даже пояснений. Построение параллельного анализатора спектра 10 на основе конвейерной обработки сигнала в двух блоках быстрого преобразования Фурье подробно описано в указанном выше источнике информации, описывающем прототип. На основе гребенки фильтров аналогичные блоки рассмотрены, например, в работах: В.И. Коржик, Л. М. Финк, Н.Н. Щелкунов. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. Справочник. - М.: Радио и связь, 1981; Бокк О.Ф. Обнаружение сигнала на фоне окрашенного шума. Ч.1: Техника, средств связи. Сер. Техника радиосвязи, 1989, вып.3; Бокк О.Ф. Обнаружение сигнала на фоне окрашенного шума. Ч. 3: Техника средств связи. Сер. Техника радиосвязи, 1989, вып.7 и др.

Обнаружитель преамбулы 13 представляет собой коррелятор (многоканальный коррелятор), генератор копии сигнала с тактовым генератором, решающую схему (схему сравнения с порогом). См., например, В.И. Коржик, Л.М. Финк, Н.Н. Щелкунов. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. Справочник. - М.: Радио и связь, 1981; Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. Под ред. Пестрякова В.Б. Авторы В.Б. Пестряков, В.П. Афанасьев, В.Л. Гурвиц и др. - М.: Советское радио, 1973.

Обнаружитель сигнала 11 описан в литературе, например, Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. Под ред. Пестрикова В.Б. Авторы В.Б. Пестряков, В. П. Афанасьев, В.Л. Гурвиц и др. - М.: Советское радио, 1973. Представляет собой схему выбора максимума сигнала на выходах параллельного анализатора спектра и сравнения его с порогом. Величина порога определяет вероятность ложной тревоги, а величина превышения порога сигналом вероятность пропуска.

Обнаружитель информационного сигнала 12 в простейшем случае может представлять собой ключ, на вход которого подается напряжение, превысившее порог от схемы обнаружения сигнала, на управляющий вход - тактовые импульсы от генератора тактовой частоты обнаружителя преамбулы. Таким образом, если превышение порога наблюдается в моменты, синхронные с тактовыми импульсами, то это - информация.

Реализация кодера 17 и декодера 16 является обычной инженерной задачей и может быть выполнена, например, в соответствии с книгой: Кларк Дж., мл., Кейм Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1987.

Реализация генератора временного интервала 15 является обычной инженерной задачей. Блок 15 может быть выполнен, например, как генератор последовательности из n импульсов в соответствии с книгой: П.Хорвиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. Пер. с англ. М.: Мир, 1993, т.2, с.166.

Блок управления 18 может быть реализован так, как показано на фиг.7, где 18.1 - мультиплексор, 18.2 - счетчик, 18.3 - генератор тактовых импульсов.

Вход блока управления 18 является входом для кодов частот, составляющих передаваемый сигнал и является первым входом мультиплексора 18.1, на второй вход которого через счетчик 18.2 с генератора тактовых импульсов 18.3 поступают тактовые импульсы.

Остановимся на выигрыше предложенной системы связи по сравнению с прототипом.

Радиостанция осуществляет передачу информации, как и в прототипе, фреймами, начало которых определяется преамбулой. Фрейм разбивается на дополнительные временные интервалы - слоты, информация в которых определяется набором, сочетанием передаваемых частот независимо от времени приема сигнала на любой частоте в течение Т_сл. Такой подход позволяет выделять сигнал не в заданный момент времени, а на интервале, превышающем длительность одиночной посылки на полтора-два порядка.

Пусть имеется набор из 2N частот, пусть информация заключается в сочетании из N переданных и N не переданных на интервале Т_сл частот, тогда за Т_сл передается число до C_2 N ^N=(2N)!/(N! N!). При этом длительность слота Т_сл= ТN, где, как и выше, интервал Т - время излучения на одной частоте. Такой подход снижает требования к точности синхронизации, позволяет накапливать энергию отдельных лучей на отрезке Т_сл и, главное, исключает ошибки за счет определения последовательности прихода сигнала на различных частотах, за счет "конкуренции" полезных сигналов в моменты считывания. Как следует из изложенного выше примера, выигрыш предложенной системы большой, до 10-12 дБ.

Однако в отсутствие многолучевости прототип принципиально должен обладать более высокой скоростью передачи. Рассмотрим это явление количественно. За время Т_сл в предлагаемой системе связи можно передать C_2 N ^N=(2N)!/(N! N!) символов. В прототипе за это же время будет передано N^N символов. Определим уменьшение скорости, например, при N=16, C_2 N ^N=6,011•10⁸. Прототип за Т_сл может осуществить 16 прыжков по 16 частотам и передать 16^N=1,845•10¹⁹ символов. Таким образом, скорость передачи снижается в h=log₂(16^N)/log₂(C_2 N ^N), h= 2,289. В таблице в конце описания приведены зависимости h от N.

В соответствии с таблицей снижение скорости передачи может быть от 2 до 3 раз. Однако при более внимательном рассмотрении замечаем, что в прототипе для обеспечения временного зазора между импульсами интервал передачи составляет 0,2 мс, а длительность импульса по уровню 3 дБ составляет 0,1 мс, то есть передача ведется со скважностью 2.

В предлагаемой системе передача может быть осуществлена без временных зазоров, так как различать импульсы по времени прихода не требуется, и, следовательно, скорость передачи возрастет в два раза. Итак, предлагаемая система связи повышает помехоустойчивость на 10-12 дБ практически без снижения скорости.

Claims (2)

1. Широкополосная система радиосвязи KB диапазона, состоящая из n (n>2) радиостанций, каждая из которых содержит последовательно соединенные входной тракт приемника, аналого-цифровой преобразователь, параллельный анализатор спектра, обнаружитель сигнала, обнаружитель преамбулы, обнаружитель информационных сигналов, кроме того, последовательно соединенные быстродействующий синтезатор и усилитель мощности, выход которого является высокочастотным выходом радиостанции и соединен с антенной и входом входного тракта приемника, а также блок центрального процессора, первый выход которого является информационным выходом радиостанции, а второй выход соединен с входом генератора преамбулы, отличающаяся тем, что в систему радиосвязи в каждую из n радиостанций введены генератор временного интервала и декодер многозначного кода, выход которого соединен с входом блока центрального процессора, последовательно соединенные кодер многозначного кода и блок управления, выход которого соединен с входом быстродействующего синтезатора и выходом генератора преамбулы, второй выход блока центрального процессора соединен с входом кодера многозначного кода, при этом выход параллельного анализатора спектра соединен с другим входом обнаружителя информационного сигнала, выход обнаружителя сигнала соединен с входом обнаружителя преамбулы.

2. Широкополосная система радиосвязи KB-диапазона по п.1, отличающаяся тем, что блок управления содержит мультиплексор, счетчик, генератор тактовых импульсов, причем вход блока управления является первым входом мультиплексора, второй вход которого через счетчик соединен с генератором тактовых импульсов.

Images