RU2295195C1 - Digital device for data transfer and protection in communication lines - Google Patents

Digital device for data transfer and protection in communication lines Download PDF

Info

Publication number
RU2295195C1
RU2295195C1 RU2005120039/09A RU2005120039A RU2295195C1 RU 2295195 C1 RU2295195 C1 RU 2295195C1 RU 2005120039/09 A RU2005120039/09 A RU 2005120039/09A RU 2005120039 A RU2005120039 A RU 2005120039A RU 2295195 C1 RU2295195 C1 RU 2295195C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
digital
input
arithmetic
output
adder
Prior art date
Application number
RU2005120039/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Андреевич Тимошенков (RU)
Юрий Андреевич Тимошенков
Петр Дмитриевич Калинин (RU)
Петр Дмитриевич Калинин
Михаил Борисович Пименов (RU)
Михаил Борисович Пименов
Михаил Владимирович Комаров (RU)
Михаил Владимирович Комаров
Александр Николаевич Пузанов (RU)
Александр Николаевич Пузанов
Original Assignee
Государственное учреждение Научно-производственное объединение "Специальная техника и связь" МВД России
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное учреждение Научно-производственное объединение "Специальная техника и связь" МВД России filed Critical Государственное учреждение Научно-производственное объединение "Специальная техника и связь" МВД России
Priority to RU2005120039/09A priority Critical patent/RU2295195C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2295195C1 publication Critical patent/RU2295195C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: digital communications engineering.
SUBSTANCE: proposed device has data input unit as well as clock sync pulse shaper, input data encoding, modulation signal selecting, control signal shaping, initial phase selecting, and modulation signal frequency selecting units integrated into microprocessor set, multichannel digital pulse generator, modulation units made in the form of multichannel digital partial-frequency orthogonal signal generator, multiplexer, adder, matched infinite impulse response filter quasi-optimal with respect to speed, two delay units, reset unit, digital-to-analog converter, amplifier, and matching unit with communication channel, as well as relevant interconnections between them.
EFFECT: enhanced data transfer speed over communication channel.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технологии и технике связи.The invention relates to communication technology and technology.

Известны, например, устройства для одновременного использования каналов связи при передаче аудиоинформации и передаче телемеханической информации, например в электрических каналах связи [1. "Теоретические основы информационной техники" Ф.Е.Темников, В.А.Афонин, В.И.Дмитриев. - М.: Энергия, 1979, с.315-330].Known, for example, devices for the simultaneous use of communication channels in the transmission of audio information and the transmission of telemechanical information, for example in electrical communication channels [1. "Theoretical Foundations of Information Technology" F.E. Temnikov, V.A. Afonin, V.I. Dmitriev. - M .: Energy, 1979, S. 315-330].

Необходимость в формировании одновременно существующих нескольких гармонических колебаний разных частот, связанных внутренней когерентностью с фазой колебаний общего опорного источника, возникает, например, при создании систем связи на основе сверхширокополосных сигналов, при ретрансляции нескольких частотных полос и т.д. [2. "Синтезаторы частот и сигналов" Л.А.Белов. - М.: САЙНС-ПРЕСС, 2002 г., с.70-71]. Однако одновременное усиление нескольких квазигармонических колебаний может приводить к перекрестным искажениям из-за возникновения пиковых мгновенных значений. В зависимости от выбора значений канальных частот и их начальных фаз в суммарном сигнале могут возникнуть периодические изменения огибающей, даже если канальные сигналы не имеют амплитудной модуляции. В цифровых каналах связи, в том числе и радиоканалах, широко используется корреляционный способ разделения. Так, например, в цифровых устройствах с частотным и фазовым разделением используется носитель с функциями COS kwt и SIN kwt.The need to simultaneously generate several harmonic oscillations of different frequencies associated with internal coherence with the phase of oscillations of a common reference source arises, for example, when creating communication systems based on ultra-wideband signals, when relaying several frequency bands, etc. [2. "Synthesizers of frequencies and signals" L.A. Belov. - M .: SAYNS-PRESS, 2002, p.70-71]. However, the simultaneous amplification of several quasi-harmonic oscillations can lead to crosstalk due to the appearance of peak instantaneous values. Depending on the choice of the values of the channel frequencies and their initial phases, periodic changes in the envelope may occur in the total signal, even if the channel signals do not have amplitude modulation. In digital communication channels, including radio channels, the correlation separation method is widely used. For example, in digital devices with frequency and phase separation, a carrier with the functions COS kwt and SIN kwt is used.

Наиболее близким к предлагаемому решением является устройство [3. Патент РФ 2132593 "Многоканальное устройство для передачи речевых сигналов", Н 04 В 3/00, H 04 J 3/00, 13.05.98], содержащее блок ввода информации, формирователь тактовых синхроимпульсов, блок выбора модуляционных сигналов, формирователь управляющих сигналов, блоки модуляции, сумматор, первый и второй блоки задержки, блок сброса, причем первый выход первого блока задержки соединен с входом второго блока задержки, а второй выход с входом блока сброса, усилитель и блок согласования с каналом связи. Количество блоков модуляции и количество усилителей в нем равно количеству каналов.Closest to the proposed solution is a device [3. RF patent 2132593 "Multichannel device for transmitting speech signals", N 04 B 3/00, H 04 J 3/00, 05/13/98], containing an information input unit, a clock synchronizer, a modulation signal selection block, a control signal shaper, blocks modulation, adder, first and second delay units, a reset unit, the first output of the first delay unit connected to the input of the second delay unit, and the second output with the input of the reset unit, amplifier and matching unit with the communication channel. The number of modulation units and the number of amplifiers in it is equal to the number of channels.

К недостаткам этого устройства относится низкая помехоустойчивость к внешним помехам в канале связи, и особенно к межсимвольным помехам. Это приводит к нерациональному использованию частотного диапазона тональных сигналов коммутируемого канала связи, который может быть гибридным, например, радиоудлинитель плюс телефонная сеть общего пользования. Многочастотный широкополосный сигнал, проходя по коммутируемым аналоговым каналам связи, искажается, так как различные частотные составляющие запаздывают на разное время, зависящее от параметров коммутируемого канала связи и частоты исследуемого сигнала. Техническая реализация осложняется высоким уровнем шумов с неопределенным законом распределения и нестационарностью параметров каналов передачи информации в технологии и технике связи. Поэтому для передачи и помехоустойчивого приема и защиты информации в тональном диапазоне частот в реальном масштабе времени необходимо применять оптимальные по помехоустойчивости адаптивные цифровые фильтры.The disadvantages of this device include low noise immunity to external noise in the communication channel, and especially to intersymbol interference. This leads to irrational use of the frequency range of tones of the switched communication channel, which can be hybrid, for example, a radio extension plus a public telephone network. A multi-frequency broadband signal passing through switched analog communication channels is distorted, since different frequency components are delayed for different times, depending on the parameters of the switched communication channel and the frequency of the signal under study. Technical implementation is complicated by a high noise level with an undefined distribution law and non-stationary parameters of information transmission channels in communication technology and technology. Therefore, for the transmission and noise-free reception and protection of information in the tonal frequency range in real time, it is necessary to apply adaptive digital filters that are optimal in noise immunity.

Настоящее изобретение направлено на увеличение скорости передачи информации в канале связи в тональном диапазоне частот применением многочастотных ортогональных сигналов парциальных частот с уменьшенным пик-фактором. Технический результат, достигаемый при решении этой задачи, состоит в оптимальном использовании коммутируемого канала связи на физическом уровне.The present invention is directed to increasing the transmission speed of information in a communication channel in the tonal frequency range by using multi-frequency orthogonal partial frequency signals with a reduced peak factor. The technical result achieved in solving this problem is the optimal use of a switched communication channel at the physical level.

Это достигается тем, что в известное устройство, содержащее блок ввода информации, формирователь тактовых синхроимпульсов, блок выбора модуляционных сигналов, формирователь управляющих сигналов, блоки модуляции, сумматор, первый и второй блоки задержки, блок сброса, причем первый выход первого блока задержки соединен с входом второго блока задержки, а второй выход с входом блока сброса, усилитель и блок согласования с каналом связи, введены блоки кодирования входной информации, выбора начальных фаз и выбора частоты модуляционных сигналов, многоканальный генератор цифровых импульсов, мультиплексор, квазиоптимальный по быстродействию цифровой согласованный БИХ-фильтр и цифроаналоговый преобразователь, блоки модуляции выполнены в виде цифрового многоканального генератора ортогональных сигналов парциальных частот, а формирователь тактовых синхроимпульсов, блок кодирования входной информации, блок выбора модуляционных сигналов, блок формирования управляющих сигналов, блок выбора начальных фаз и блок выбора частоты модуляционых сигналов объединены в микропроцессорный комплект, причем информационный вход блока кодирования входной информации соединен с выходом блока ввода информации, а выход с первым входом блока выбора модуляционных сигналов, первый выход которого соединен с блоком выбора начальных фаз, выход которого соединен с соответствующими входами многоканального генератора цифровых импульсов, а второй выход блока выбора модуляционных сигналов - с входом блока выбора частоты модуляционных сигналов, N выходов которого подключены к соответствующим управляющим входам цифрового многоканального генератора ортогональных сигналов парциальных частот, возбуждающие входы которого соединены с соответствующими N выходами многоканального генератора цифровых импульсов, a 2N выходов цифрового многоканального генератора ортогональных сигналов парциальных частот соединены с соответствующими входами сумматора через мультиплексор, выход сумматора соединен с информационным входом квазиоптимального по быстродействию согласованного цифрового БИХ-фильтра, выход которого через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, усилитель и блок согласования подключен к каналу связи, причем первый, второй и четвертый управляющие входы квазиоптимального по быстродействию согласованного цифрового БИХ-фильтра соединены через формирователь управляющих сигналов с соответствующими выходами блока выбора модуляционных сигналов, третий и пятый управляющие входы подключены к соответствующим выходам блока сброса, а входы синхронизации всех блоков и микропроцессорного комплекта подключены к соответствующим выходам формирователя тактовых синхроимпульсов. Предпочтительный вариант выполнения состоит также в том, что многоканальный генератор ортогональных сигналов парциальных частот содержит N адаптивных резонансных узкополосных цифровых фильтров, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных в параллельном коде первого арифметического умножителя, первый вход которого подключен к соответствующему выходу многоканального генератора цифровых импульсов, арифметического сумматора-вычитателя и двух цифровых интеграторов, первый из которых состоит из последовательно соединенных второго арифметического умножителя и первого арифметического сумматора-накопителя, а второй цифровой интегратор - из последовательно соединенных третьего арифметического умножителя и второго арифметического сумматора-накопителя, причем выход второго цифрового интегратора соединен со вторым входом арифметического сумматора-вычитателя и одновременно является первым выходом фильтра, выход первого цифрового интегратора является вторым выходом фильтра, второй вход первого арифметического умножителя и объединенные вторые входы второго и третьего арифметических умножителей присоединены к соответствующим управляющим выходам блока выбора частоты модуляционных сигналов, а входы сброса цифровых интеграторов соединены с соответствующими выходами микропроцессорного комплекта. Предлагается также выполнить квазиоптимальный по быстродействию согласованный цифровой БИХ-фильтр содержащим последовательно соединенные в параллельном коде первый арифметический умножитель, первый вход которого является информационным входом фильтра, первый арифметический сумматор-вычитатель и два цифровых интегратора, первый из которых состоит из последовательно соединенных второго арифметического умножителя и первого арифметического сумматора-накопителя, а второй цифровой интегратор - из последовательно соединенных третьего арифметического умножителя и второго арифметического сумматора-накопителя, причем выход второго интегратора через первый вход второго арифметического сумматора-вычитателя соединен с вторым входом первого арифметического сумматора-вычитателя, а выход первого интегратора через буферный регистр соединен со вторым входом второго арифметического сумматора-вычитателя, второй вход первого арифметического умножителя является первым управляющим входом фильтра, вторые входы второго и третьего умножителей являются вторым управляющим входом фильтра, вторые управляющие входы первого и второго арифметических сумматоров-накопителей подключены к соответствующим выходам блока сброса, а выход буферного регистра одновременно является выходом фильтра и подключен к информационному входу цифроаналогового преобразователя.This is achieved by the fact that in a known device containing an information input unit, a clock generator, a modulation signal selection unit, a control signal generator, modulation units, an adder, a first and second delay unit, a reset unit, the first output of the first delay unit is connected to the input the second delay unit, and the second output with the input of the reset unit, an amplifier and a matching unit with a communication channel, input information coding units, initial phase selection, and modulation signal frequency selection are introduced c, a multi-channel digital pulse generator, a multiplexer, a quasi-optimal digital matched IIR filter and a digital-to-analog converter, modulation blocks are made in the form of a digital multi-channel generator of orthogonal partial frequency signals, and a clock generator, input information encoding block, modulation signal selection block, block forming control signals, a block for selecting the initial phases and a block for selecting the frequency of modulation signals are combined into a microprocessor a complete set, wherein the information input of the input information encoding block is connected to the output of the information input block, and the output is with the first input of the modulation signal selection block, the first output of which is connected to the initial phase selection block, the output of which is connected to the corresponding inputs of the multi-channel digital pulse generator, and the second the output of the modulation signal selection block - with the input of the modulation signal frequency selection block, N outputs of which are connected to the corresponding control inputs of the digital multi-channel of a partial frequency orthogonal signal generator, the exciting inputs of which are connected to the corresponding N outputs of a multi-channel digital pulse generator, and 2N of the digital multi-channel partial frequency orthogonal signal generator is connected to the corresponding inputs of the adder via a multiplexer, the output of the adder is connected to a quasi-optimal matched digital IIR information input filter, the output of which through a series-connected digital-to-analogue conversion The atelier, amplifier, and matching unit are connected to the communication channel, the first, second, and fourth control inputs of the quasi-optimal matched digital IIR filter being connected through the driver to the corresponding outputs of the modulation signal selection block, the third and fifth control inputs are connected to the corresponding outputs of the block reset, and the synchronization inputs of all blocks and the microprocessor set are connected to the corresponding outputs of the clock generator. The preferred embodiment also consists in the fact that the multi-channel generator of orthogonal partial frequency signals contains N adaptive resonant narrow-band digital filters, each of which is made in the form of a first arithmetic multiplier connected in series in parallel code, the first input of which is connected to the corresponding output of the multi-channel digital pulse generator, arithmetic adder-subtractor and two digital integrators, the first of which consists of sequentially connected the second arithmetic multiplier and the first arithmetic accumulator-accumulator, and the second digital integrator - from a series of the third arithmetic multiplier and the second arithmetic accumulator-accumulator, the output of the second digital integrator connected to the second input of the arithmetic adder-subtractor and at the same time is the first output of the filter, the output the first digital integrator is the second output of the filter, the second input of the first arithmetic multiplier and the combined second inputs s second and third arithmetic multipliers coupled to corresponding control outputs of the selection frequency modulation block signals, and the reset inputs of digital integrators connected to respective outputs of the microprocessor package. It is also proposed to perform a quasi-optimal matched-speed IIR digital filter containing the first arithmetic multiplier connected in series in parallel code, the first input of which is the filter information input, the first arithmetic adder-subtractor and two digital integrators, the first of which consists of a second arithmetic multiplier and the first arithmetic accumulator adder, and the second digital integrator - from the third in series about an arithmetic multiplier and a second arithmetic accumulator-adder, and the output of the second integrator through the first input of the second arithmetic adder-subtractor connected to the second input of the first arithmetic adder-subtracter, and the output of the first integrator through the buffer register connected to the second input of the second arithmetic adder-subtractor, the second the input of the first arithmetic multiplier is the first control input of the filter, the second inputs of the second and third multipliers are the second control input filter house, the second control inputs of the first and second arithmetic adders drives are connected to respective outputs of the reset unit, and an output buffer register simultaneously the filter output and is connected to the data input of the digital to analog converter.

На фиг.1 показана схема выполнения предлагаемого цифрового устройства для передачи и защиты информации в сетях связи;Figure 1 shows a diagram of the proposed digital device for transmitting and protecting information in communication networks;

фиг.2 - схема выполнения многоканального генератора ортогональных сигналов парциальных частот;figure 2 - execution diagram of a multi-channel generator of orthogonal signals of partial frequencies;

фиг.3 - схема выполнения квазиоптимального по быстродействию согласованного цифрового БИХ-фильтра.figure 3 is a diagram of a quasi-optimal performance matched digital IIR filter.

Предлагаемое устройство (см. фиг.1) содержит блок ввода информации 1, объединенные в микропроцессорный комплект 2 формирователь тактовых синхроимпульсов 3, цифровой блок кодирования входной информации 4, блок выбора модуляционных сигналов 5, формирователь управляющих сигналов 6, блок выбора начальных фаз 7 и блок выбора частоты модуляционных сигналов 8, многоканальный генератор цифровых импульсов 9, цифровой многоканальный генератор ортогональных сигналов парциальных частот 10, мультиплексор 11 и арифметический сумматор 12, квазиоптимальный по быстродействию цифровой согласованный БИХ-фильтр 13, первый блок задержки 14 и второй блок задержки 15, блок сброса 16, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 17, усилитель 18 и блок согласования с каналом связи 19.The proposed device (see Fig. 1) contains an information input unit 1 combined in a microprocessor set 2, a clock synchronizer 3, a digital input information encoding unit 4, a modulation signal selection block 5, a control signal shaper 6, an initial phase selection block 7, and a block frequency selection modulation signals 8, a multi-channel digital pulse generator 9, a digital multi-channel generator of orthogonal partial frequency signals 10, a multiplexer 11 and an arithmetic adder 12, quasi-optimal in terms of speed, a digital matched IIR filter 13, a first delay unit 14 and a second delay unit 15, a reset unit 16, a digital-to-analog converter (DAC) 17, an amplifier 18, and a matching unit with a communication channel 19.

Предпочтительный вариант исполнения одного канала цифрового многоканального генератора ортогональных сигналов парциальных частот в виде адаптивного резонансного узкополосного цифрового фильтра представлен на фиг.2. Этот цифровой фильтр содержит первый арифметический умножитель 20, арифметический сумматор-вычитатель 21, первый цифровой интегратор 22 и второй цифровой интегратор 23, второй арифметический умножитель 24 и первый арифметический сумматор-накопитель 25, третий арифметический умножитель 26 и второй арифметический сумматор-накопитель 27.A preferred embodiment of a single channel digital multi-channel orthogonal partial frequency signal generator in the form of an adaptive resonant narrow-band digital filter is shown in FIG. 2. This digital filter contains a first arithmetic multiplier 20, an arithmetic adder-subtractor 21, a first digital integrator 22 and a second digital integrator 23, a second arithmetic multiplier 24 and a first arithmetic adder 25, a third arithmetic multiplier 26 and a second arithmetic adder 27.

Квазиоптимальный по быстродействию согласованный цифровой БИХ-фильтр (см. фиг.3) содержит первый арифметический умножитель 28, первый арифметический сумматор-вычитатель 29, первый цифровой интегратор 30 и второй цифровой интегратор 31, второй умножитель 32 и первый арифметический сумматор-накопитель 33, третий арифметический умножитель 34 и второй арифметический сумматор-накопитель 35, буферный регистр 36 и второй арифметический сумматор-вычитатель 37.Quasi-optimal matched digital IIR filter (see FIG. 3) contains the first arithmetic multiplier 28, the first arithmetic adder-subtractor 29, the first digital integrator 30 and the second digital integrator 31, the second multiplier 32 and the first arithmetic adder 33 an arithmetic multiplier 34 and a second arithmetic adder-accumulator 35, a buffer register 36 and a second arithmetic adder-subtracter 37.

Цифровое устройство для передачи и защиты информации в сетях связи работает следующим образом. На фиг.1 приведена схема передатчика сигналов с время-импульсной модуляцией. Входная информация в цифровом виде (например, аудиоинформация или аналоговые сигналы телеметрических датчиков после аналого-цифрового преобразования (АЦП) в реальном масштабе времени, голосовая почта с буферной памятью, текстовая информация, записанная в цифровом виде и т.д.) через блок ввода информации 1 в параллельном коде поступает в микропроцессорный комплект 2. Синхронизацию ввода информации осуществляет прецизионный формирователь тактовых синхроимпульсов 3, первым выходом соединенный с управляющим входом цифрового блока кодирования входной информации 4, который в соответствии с кодовой таблицей символов входных данных и частотами сигналов в коммутируемом канале связи, например, в тональном диапазоне частот, осуществляет выбор варианта время-импульсной модуляции передатчика. Информационный выход цифрового блока кодирования входной информации 4 соединен с блоком выбора модуляционных сигналов 5, который первым и вторым информационными выходами в реальном масштабе времени управляет блоком выбора начальных фаз 7 и блоком выбора частоты модуляционных сигналов 8. Тактовая синхронизация этих блоков осуществляется формирователем управляющих сигналов 6, который подключен к прецизионному формирователю тактовых синхроимпульсов 3. Для повышения точности когерентного формирования многочастотных сигналов парциальных частот в тональном диапазоне частот необходимо использовать в формирователе управляющих сигналов делитель частоты (например, 100 МГц / 10 МГц / 1 МГц / 100 кГц / 10 кГц), причем нижний предел 10 кГц можно использовать для АЦП при вводе информации в реальном масштабе времени. Синтез многочастотных ортогональных сигналов парциальных частот выполняется с помощью многоканального генератора цифровых импульсов 9 и цифрового многоканального генератора ортогональных сигналов парциальных частот с более высокой частотой (например, на два порядка выше, 1 МГц). Это позволяет значительно повысить точность аппроксимации гармонических сигналов на выходе цифрового многоканального генератора ортогональных сигналов парциальных частот, который выполнен в виде N параллельно работающих адаптивных цифровых резонансных узкополосных фильтров (см. фиг.2). К основным достоинствам этого варианта синтеза ортогональных гармонических сигналов с помощью порождающей динамической системы, описываемой дифференциальным уравнением второго порядка, относятся:A digital device for transmitting and protecting information in communication networks works as follows. Figure 1 shows a diagram of a signal transmitter with time-pulse modulation. Digital input information (for example, audio information or analog signals from telemetry sensors after analog-to-digital conversion (ADC) in real time, voice mail with buffer memory, text information recorded in digital form, etc.) through the information input unit 1 in a parallel code enters the microprocessor set 2. The input of information is synchronized by a precision clock generator 3, the first output connected to the control input of the digital block of encoders Nia input data 4 which, in accordance with the code table of input data symbols and signal frequencies in the switched communication channel, for example, in the tone frequencies, selects time-variant impulse transmitter modulation. The information output of the digital input information encoding unit 4 is connected to the modulation signal selection block 5, which first and second real-time information outputs controls the initial phase selection block 7 and the modulation signal frequency selection block 8. The clock synchronization of these blocks is carried out by the control signal generator 6, which is connected to a precision clock driver 3. To increase the accuracy of coherent formation of multi-frequency signals, partial x frequencies in the tonal frequency range, it is necessary to use a frequency divider in the driver of control signals (for example, 100 MHz / 10 MHz / 1 MHz / 100 kHz / 10 kHz), and the lower limit of 10 kHz can be used for ADCs when entering information in real time. The synthesis of multi-frequency orthogonal partial frequency signals is performed using a multi-channel digital pulse generator 9 and a digital multi-channel generator of orthogonal partial frequency signals with a higher frequency (for example, two orders of magnitude higher, 1 MHz). This can significantly improve the accuracy of approximation of harmonic signals at the output of a digital multi-channel generator of orthogonal partial frequency signals, which is made in the form of N parallel adaptive digital resonant narrow-band filters (see figure 2). The main advantages of this version of the synthesis of orthogonal harmonic signals using a generating dynamic system described by a second-order differential equation include:

- возможность адаптивно управлять в цифровой форме одназначно определенными параметрами «амплитуда», «фаза» и «частота»;- the ability to adaptively control in digital form one-by-one defined parameters “amplitude”, “phase” and “frequency”;

- минимальное число арифметических операций, которые необходимо выполнять на каждом такте синхронизации в конвейерном режиме цифровой обработки сигналов;- the minimum number of arithmetic operations that must be performed on each clock cycle in the pipelined mode of digital signal processing;

- быстродействие изменения и перестройки параметров, например частоты.- the speed of changing and tuning parameters, such as frequency.

С целью передачи и приема многочастотных сигналов с уменьшенным пик-фактором следует выбирать номинальные значения частот Fn и шаг сетки d Fij таким образом, чтобы отношение любой из частот сетки к величине шага не было небольшим целым числом. Возможность использования неравномерной сетки частот упрощает решение этой задачи. Необходимо выбрать такое распределение начальных фаз по каналам, чтобы за период повторения [1/d Fij] никогда одновременно все векторы парциальных каналов не имели одинаковые угловые коэффициенты. В качестве начального приближения к оптимальному распределению можно выбрать квадратичную пропорциональность значений начальных фаз парциальным частотам каналов (огибающая ЛЧМ-сигнала с таким фазовым спектром постоянна). Начальные фазы с высокой степенью когерентности при нулевых начальных условиях обеспечивает многоканальный генератор цифровых импульсов 9 по каждой из N парциальных частот. Так, например, относительная погрешность установки номинальных значений частоты в соответствии с требованиями равномерно темперированного строя должна быть не более 10-3 в диапазоне частот порядка октавы. Количественной оценкой допустимой нестабильности частоты генератора ортогональных гармонических сигналов обычно называют величину паразитного отклонения частоты за время порядка 1 с (нижняя частота FH=1 Гц, верхняя частота FВ>1 МГц). В качестве примера можно привести синтезатор стабильной сетки частот на основе интегральной микросхемы ADF4113 фирмы Analog Devices, которая работает по однокольцевой схеме ФАПЧ с дробным делителем частоты с переменным коэффициентом деления (ДДПКД). Процесс перехода на другую частоту сетки занимает не более 200 мкс. Спектральная плотность фазовых шумов на выходе не более - 89 дБс/Гц, дискретные компоненты ПСС не более - 70 дБ. Предлагаемое устройство позволяет закончить переход на другую парциальную частоту практически за два такта формирователя тактовых синхроимпульсов 3 (например, 2×10-8 с). Погрешность установки начальных фаз (например, в диапазоне одной октавы от 2000 Гц до 4000 Гц) не превысит 0,01 градуса. Частотная модуляция помехоустойчива, поскольку искажению при передаче информации в канале связи и наличии индустриальных помех подвергается в основном амплитуда сигнала, а не частота. Необходимая для этого вида модуляции ширина спектра сигнала может быть значительно уже всей полосы пропускания канала связи.In order to transmit and receive multi-frequency signals with a reduced peak factor, one should select the nominal frequency values F n and the grid spacing d F ij so that the ratio of any of the grid frequencies to the step size is not a small integer. The possibility of using an uneven frequency grid simplifies the solution to this problem. It is necessary to choose such a distribution of the initial phases over the channels so that for the repetition period [1 / d F ij ] never simultaneously all the vectors of the partial channels have the same angular coefficients. As an initial approximation to the optimal distribution, one can choose the quadratic proportionality of the initial phases to the partial frequencies of the channels (the envelope of the LFM signal with such a phase spectrum is constant). The initial phases with a high degree of coherence under zero initial conditions are provided by a multi-channel digital pulse generator 9 for each of N partial frequencies. So, for example, the relative error in setting the nominal frequency values in accordance with the requirements of a uniformly temperamental system should be no more than 10 -3 in the frequency range of the order of an octave. A quantitative estimate of the permissible frequency instability of the generator of orthogonal harmonic signals is usually called the value of the parasitic frequency deviation for a time of the order of 1 s (lower frequency F H = 1 Hz, upper frequency F B > 1 MHz). An example is a synthesizer of a stable frequency grid based on an analog chip ADF4113 by Analog Devices, which operates on a single-ring PLL with a fractional frequency divider with a variable division ratio (DPCD). The process of switching to another grid frequency takes no more than 200 μs. The spectral density of phase noise at the output is not more than 89 dBc / Hz, the discrete components of the MSS are not more than 70 dB. The proposed device allows you to complete the transition to another partial frequency in almost two cycles of the clock shaper 3 (for example, 2 × 10 -8 s). The error in setting the initial phases (for example, in the range of one octave from 2000 Hz to 4000 Hz) will not exceed 0.01 degrees. Frequency modulation is noise-resistant, since distortion during the transmission of information in the communication channel and the presence of industrial interference is mainly affected by the signal amplitude, not the frequency. The signal spectrum necessary for this type of modulation can be significantly narrower than the entire bandwidth of the communication channel.

Эффективная длительность генерируемых ортогональных гармонических сигналов на выходе цифрового многоканального генератора 10 прецизионно регулируется многоканальным генератором цифровых импульсов 9 и соответствующим управляющим сигналом с выхода формирователя управляющих сигналов 6. Непрерывно генерируемые 2N сигналов через мультиплексор 11 поступают на соответствующие входы арифметического сумматора 12. Суммарный многочастотный сигнал ограниченной длительности в параллельном коде с выхода арифметического сумматора 12 в реальном масштабе времени поступает на информационный вход квазиоптимального по быстродействию цифрового согласованного БИХ-фильтра 13, подробная схема технической реализации которого приведена на фиг.3. Этот цифровой БИХ-фильтр, адаптивно настраиваемый на полосу частот и управляемый соответствующими сигналами от блока выбора модуляционных сигналов 5 через формирователь управляющих сигналов 6, входящих в микропроцессорный комплект 2, производит оптимальную фильтрацию многочастотного сигнала перед подачей его на информационный вход ЦАП 17, причем дополнительное стробирование эффективной длительности кадра передачи информации осуществляют первый 14 и второй 15 блоки задержки, выходы которых через блок сброса 16 соединены с соответствующими управляющими входами цифрового согласованного БИХ-фильтра (см. фиг.3). Далее многочастотный сигнал через усилитель 18 и блок согласования с каналом связи 19 поступает в канал связи в виде ограниченного по длительности в реальном масштабе времени информационного кадра, который передается получателю информации и декодируется.The effective duration of the generated orthogonal harmonic signals at the output of the digital multi-channel generator 10 is precisely controlled by the multi-channel digital pulse generator 9 and the corresponding control signal from the output of the driver of the control signals 6. The continuously generated 2N signals through the multiplexer 11 are fed to the corresponding inputs of the arithmetic adder 12. The total multi-frequency signal of limited duration in parallel code from the output of the arithmetic adder 12 in real m the time scale is fed to the information input of a digitally matched IIR filter 13, which is quasi-optimal in speed, a detailed diagram of the technical implementation of which is shown in FIG. 3. This digital IIR filter, adaptively tuned to the frequency band and controlled by the corresponding signals from the modulation signal selection block 5 through the control signal generator 6 included in the microprocessor set 2, optimally filters the multi-frequency signal before applying it to the information input of the DAC 17, with additional gating the effective duration of the information transmission frame is carried out by the first 14 and second 15 delay units, the outputs of which are connected through a reset unit 16 to the corresponding mi control inputs digital matched IIR filter (see figure 3). Next, the multi-frequency signal through the amplifier 18 and the matching unit with the communication channel 19 enters the communication channel in the form of a limited-duration real-time information frame, which is transmitted to the recipient of information and decoded.

Важной характеристикой многочастотного сигнала является коэффициент его пик-фактора kpмаксср, где Рмакс - пиковая колебательная мощность, а Рср - средняя мощность суммарного колебания. Экспериментальная проверка макета предлагаемого цифрового устройства передачи информации при умеренных требованиях к быстродействию микропроцессорного комплекта показала уменьшение на порядок коэффициента пик-фактора при оптимальном начальном фазировании. Для сравнения можно привести известные результаты передачи и идентификации сигналов тонального набора (DTMF): 0, 1...9, *, #, А, В, С, D (так называемый код "2 из 6"); минимальная длительность генерации и адекватной идентификации отдельного тона составляет 32 мс. Предлагаемое устройство позволяет генерировать и соответственно идентифицировать на приемной стороне 10 отдельных тонов в одной октаве тонального диапазона частот за более короткий интервал времени, например 10 мс.An important characteristic of a multi-frequency signal is the coefficient of its peak factor k p = P max / P cf , where P max is the peak vibrational power, and P cp is the average power of the total oscillation. Experimental verification of the layout of the proposed digital information transfer device with moderate performance requirements for the microprocessor set showed a decrease by an order of magnitude of the peak factor with optimal initial phasing. For comparison, we can cite the known results of the transmission and identification of tone dialing signals (DTMF): 0, 1 ... 9, *, #, A, B, C, D (the so-called code "2 of 6"); the minimum generation time and adequate identification of a single tone is 32 ms. The proposed device allows you to generate and accordingly identify on the receiving side 10 individual tones in one octave of the tonal frequency range for a shorter time interval, for example 10 ms.

Claims (3)

1. Цифровое устройство для передачи и защиты информации в сетях связи, содержащее блок ввода информации, формирователь тактовых синхроимпульсов, блок выбора модуляционных сигналов, формирователь управляющих сигналов, блоки модуляции, сумматор, первый и второй блоки задержки, блок сброса, причем первый выход первого блока задержки соединен с входом второго блока задержки, а второй выход - с входом блока сброса, усилитель и блок согласования - с каналом связи, отличающееся тем, что оно содержит блоки кодирования входной информации, выбора начальных фаз и выбора частоты модуляционных сигналов, многоканальный генератор цифровых импульсов, мультиплексор, квазиоптимальный по быстродействию цифровой согласованный БИХ-фильтр и цифроаналоговый преобразователь, блоки модуляции выполнены в виде цифрового многоканального генератора ортогональных сигналов парциальных частот, а формирователь тактовых синхроимпульсов, блок кодирования входной информации, блок выбора модуляционных сигналов, блок формирования управляющих сигналов, блок выбора начальных фаз и блок выбора частоты модуляционных сигналов объединены в микропроцессорный комплект, причем информационный вход блока кодирования входной информации соединен с выходом блока ввода информации, а выход - с первым входом блока выбора модуляционных сигналов, первый выход которого соединен с блоком выбора начальных фаз, выход которого соединен с соответствующими входами многоканального генератора цифровых импульсов, а второй выход блока выбора модуляционных сигналов - с входом блока выбора частоты модуляционных сигналов, N выходов которого подключены к соответствующим управляющим входам цифрового многоканального генератора ортогональных сигналов парциальных частот, возбуждающие входы которого соединены с соответствующими N выходами многоканального генератора цифровых импульсов, a 2N выходов цифрового многоканального генератора ортогональных сигналов парциальных частот соединены с соответствующими входами сумматора через мультиплексор, выход сумматора соединен с информационным входом квазиоптимального по быстродействию согласованного цифрового БИХ-фильтра, выход которого через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, усилитель и блок согласования подключен к каналу связи, причем первый, второй и четвертый управляющие входы квазиоптимального по быстродействию согласованного цифрового БИХ-фильтра соединены через формирователь управляющих сигналов с соответствующими выходами блока выбора модуляционных сигналов, третий и пятый управляющие входы подключены к соответствующим выходам блока сброса, а входы синхронизации всех блоков и микропроцессорного комплекта подключены к соответствующим выходам формирователя тактовых синхроимпульсов.1. A digital device for transmitting and protecting information in communication networks, comprising an information input unit, a clock synchronizer, a modulation signal selection unit, a control signal generator, modulation units, an adder, a first and second delay unit, a reset unit, and a first output of the first unit the delay is connected to the input of the second delay unit, and the second output to the input of the reset unit, the amplifier and the matching unit to the communication channel, characterized in that it contains blocks for encoding input information, select phase and frequency selection of modulation signals, a multi-channel digital pulse generator, a multiplexer, a quasi-optimal digitally matched IIR filter and a digital-to-analog converter, modulation blocks are made in the form of a digital multi-channel generator of orthogonal partial frequency signals, and a clock generator, an input information encoding unit, modulation signal selection block, control signal generation block, initial phase selection block and frequency selection block m modulation signals are combined into a microprocessor set, the information input of the input information coding block connected to the output of the information input block, and the output to the first input of the modulation signal selection block, the first output of which is connected to the initial phase selection block, the output of which is connected to the corresponding inputs of the multi-channel generator digital pulses, and the second output of the modulation signal selection block - with the input of the modulation signal frequency selection block, N outputs of which are connected to the control inputs of a digital multichannel orthogonal partial frequency signal generator, the exciting inputs of which are connected to the corresponding N outputs of the multichannel digital pulse generator, and 2N outputs of a digital multichannel orthogonal partial frequency signal generator are connected to the corresponding inputs of the adder via a multiplexer, the output of the adder is connected to a quasi-optimal information input performance of an agreed-upon digital IIR filter, whose output through the last the digitally-analog converter, amplifier, and matching unit are connected to the communication channel, the first, second, and fourth control inputs of a quasi-optimal matched digital IIR filter connected through a driver of control signals to the corresponding outputs of the modulation signal selection block, the third and fifth control inputs are connected to the corresponding outputs of the reset unit, and the synchronization inputs of all units and the microprocessor set are connected to the corresponding Exit serial clock generator. 2. Цифровое устройство для передачи и защиты информации в сетях связи по п.1, отличающееся тем, что многоканальный генератор ортогональных сигналов парциальных частот содержит N адаптивных резонансных узкополосных цифровых фильтров, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных в параллельном коде первого арифметического умножителя, первый вход которого подключен к соответствующему выходу многоканального генератора цифровых импульсов, арифметического сумматора-вычитателя и двух цифровых интеграторов, первый из которых состоит из последовательно соединенных второго арифметического умножителя и первого арифметического сумматора-накопителя, а второй цифровой интегратор - из последовательно соединенных третьего арифметического умножителя и второго арифметического сумматора-накопителя, причем выход второго цифрового интегратора соединен со вторым входом арифметического сумматора-вычитателя и одновременно является первым выходом фильтра, выход первого цифрового интегратора является вторым выходом фильтра, второй вход первого арифметического умножителя и объединенные вторые входы второго и третьего арифметических умножителей присоединены к соответствующим управляющим выходам блока выбора частоты модуляционных сигналов, а входы сброса цифровых интеграторов соединены с соответствующими выходами микропроцессорного комплекта.2. A digital device for transmitting and protecting information in communication networks according to claim 1, characterized in that the multi-channel generator of orthogonal signals of partial frequencies contains N adaptive resonant narrow-band digital filters, each of which is made in the form of a first arithmetic multiplier connected in parallel in parallel code, the first input of which is connected to the corresponding output of a multi-channel digital pulse generator, an arithmetic adder-subtractor and two digital integrators, the first of which of the second consists of a third arithmetic multiplier and a first arithmetic accumulator-accumulator, and a second digital integrator of a third arithmetic multiplier and a second arithmetic accumulator-sequentially connected, the output of the second digital integrator connected to the second input of the arithmetic adder-subtractor and simultaneously being the first filter output, the output of the first digital integrator is the second output of the filter, the second input of the first arithmetic mind the cutter and the combined second inputs of the second and third arithmetic multipliers are connected to the corresponding control outputs of the modulation signal frequency selection unit, and the reset inputs of the digital integrators are connected to the corresponding outputs of the microprocessor set. 3. Цифровое устройство для передачи и защиты информации в сетях связи по п.1, отличающееся тем, что квазиоптимальный по быстродействию согласованный цифровой БИХ-фильтр содержит последовательно соединенные в параллельном коде первый арифметический умножитель, первый вход которого является информационным входом фильтра, первый арифметический сумматор-вычитатель и два цифровых интегратора, первый из которых состоит из последовательно соединенных второго арифметического умножителя и первого арифметического сумматора-накопителя, а второй цифровой интегратор - из последовательно соединенных третьего арифметического умножителя и второго арифметического сумматора-накопителя, причем выход второго интегратора через первый вход второго арифметического сумматора-вычитателя соединен с вторым входом первого арифметического сумматора-вычитателя, а выход первого интегратора через буферный регистр соединен со вторым входом второго арифметического сумматора-вычитателя, второй вход первого арифметического умножителя является первым управляющим входом фильтра, вторые входы второго и третьего умножителей являются вторым управляющим входом фильтра, вторые управляющие входы первого и второго арифметических сумматоров-накопителей подключены к соответствующим выходам блока сброса, а выход буферного регистра одновременно является выходом фильтра и подключен к информационному входу цифроаналогового преобразователя.3. A digital device for transmitting and protecting information in communication networks according to claim 1, characterized in that the matched quasi-optimal speed IIR digital filter contains a first arithmetic multiplier connected in parallel in code, the first input of which is a filter information input, the first arithmetic adder a subtractor and two digital integrators, the first of which consists of a second arithmetic multiplier and a first arithmetic accumulator-accumulator connected in series, and the second the second digital integrator is from the third arithmetic multiplier and the second arithmetic accumulator-accumulator connected in series, the output of the second integrator through the first input of the second arithmetic adder-subtractor connected to the second input of the first arithmetic adder-subtracter, and the output of the first integrator through the buffer register connected to the second input the second arithmetic adder-subtractor, the second input of the first arithmetic multiplier is the first control input of the filter, the second input The second and third multipliers are the second control input of the filter, the second control inputs of the first and second arithmetic accumulators are connected to the corresponding outputs of the reset unit, and the output of the buffer register is simultaneously the output of the filter and connected to the information input of the digital-to-analog converter.
RU2005120039/09A 2005-06-29 2005-06-29 Digital device for data transfer and protection in communication lines RU2295195C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005120039/09A RU2295195C1 (en) 2005-06-29 2005-06-29 Digital device for data transfer and protection in communication lines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005120039/09A RU2295195C1 (en) 2005-06-29 2005-06-29 Digital device for data transfer and protection in communication lines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2295195C1 true RU2295195C1 (en) 2007-03-10

Family

ID=37992594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005120039/09A RU2295195C1 (en) 2005-06-29 2005-06-29 Digital device for data transfer and protection in communication lines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2295195C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7206356B2 (en) Wireless transmitter with reduced power consumption
TW200308159A (en) Systems and methods to provide wideband magnitude and phase imbalance calibration and compensation in quadrature receivers
US10181862B1 (en) Parameterizable bandpass delta-sigma modulator
US20030012307A1 (en) Receiver with improved digital intermediate to base band demodulator
US6778106B2 (en) Digital sample sequence conversion device
RU2295195C1 (en) Digital device for data transfer and protection in communication lines
US5517433A (en) Parallel digital data communications
GB2331645A (en) Analog signal sampling
AU641473B2 (en) Communication apparatus for speech signal
US5952876A (en) Filter device
CN210839639U (en) Parallel digital synthesis circuit of FM modulation signal
WO1996004740A1 (en) Fsk permutation modulation
RU2001107610A (en) DATA TRANSFER METHOD AND SYSTEM FOR IMPLEMENTING THE METHOD
US20040196937A1 (en) Apparatus and method for clock adjustment in receiver of communication system
JP3977809B2 (en) Information transmission method
US3968448A (en) Electrical filters
RU2221284C2 (en) Coded speech transmission and reception method
US20020015453A1 (en) Receiver and method of receiving for an FDMA/TDMA radio system
RU2207737C1 (en) Procedure of information transmission and converter of sequence of digital readings
JPH07225273A (en) Transmitting-receiving apparatus of sonar
RU2064222C1 (en) Device for transmission of analog information
RU2207733C1 (en) Method of signal classification and device for its implementation
RU2251212C2 (en) Method and device for phase-structure transformation of signals
RU2113069C1 (en) Method and device for converting electric signals into sound waves
RU2289885C2 (en) Method for multi-channel receiving system channels flattening(variants)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080630