RU2305368C2 - Система передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системах передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов с ППРЧ при воздействии преднамеренных помех. Технический результат состоит в разработке системы передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов. Для этого система состоит из передающих частей абонентских станций и приемной части центральной станции, причем каждая передающая часть абонентской станции содержит генератор тактовых импульсов, хронизатор, источник информации, формирователь информационного сигнала, формирователь кодированного сигнала, формирователь сигналов двукратной частотной манипуляции, модулятор, передатчик, передающую антенну, синтезатор частот и генератор псевдослучайных чисел, а приемная часть центральной станции содержит приемную антенну, демодулятор, селектор сигналов, блок выделения дополнительных последовательностей, двуканальные согласованные фильтры, вычитатели, первый и второй приемники информации, синтезатор частот, генератор псевдослучайных чисел и генератор тактовых импульсов. 7 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системах передачи и сбора данных с множественным доступом и временным разделением каналов, использующих распространение электромагнитных волн в каналах связи с нестабильными параметрами сигнала (фазой, амплитудой и поляризацией) метрового и декаметрового диапазонов волн с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) при воздействии преднамеренных помех.

Известная система множественного доступа с временным разделением каналов (Борисов В.А. «Радиотехнические системы передачи информации». М.: Радио и связь, 1990, с.227-232), содержит, как и предлагаемая система передачи с множественным доступом и временным разделением каналов, передатчики земных станций и ретранслятор, аналогичные предлагаемой системе. При этом в известной системе каждый корреспондент передает свой информационный сигнал в специально отведенный для него интервал времени работы системы.

Недостатком данной системы множественного доступа с временным разделением каналов является ее малая абонентская емкость, низкая помехозащищенность при воздействии преднамеренных помех при работе на фиксированных частотах и относительно низкая достоверность в каналах связи с нестабильными параметрами сигнала (фазой, амплитудой и поляризацией) метрового и декаметрового диапазонов волн, а также неэффективное использование мощности передатчика, что ограничивает область применения данной системы.

Известная система передачи данных с множественным доступом с временным разделением корреспондентов по патенту РФ №2012143, МПК⁷ Н04В 7/12, заявл. 29.03.91, опубл. 30.04.94, содержит, как и предлагаемая система передачи с множественным доступом и временным разделением каналов, N=2^k (где k≥2 - целое число; j=1, 2, ..., N - номер передающей части абонентской станции) передающих частей абонентских станций, каждая из которых содержит источник информации, формирователь четверично-кодированных последовательностей, передатчик, передающую антенну, хронизатор, тактовый генератор, и приемную часть центральной станции, которая содержит приемную антенну, блок приема четверично-кодированных радиосигналов, приемник информации, аналогичные предлагаемой системе. При этом в известной системе используются для передачи информации четверично-кодированные последовательности (E-коды, коды Велти), не имеющие боковых выбросов в апериодической автокорреляционной функции (АКФ).

Недостатком данной системы передачи данных с множественным доступом с временным разделением корреспондентов является низкая помехозащищенность при воздействии преднамеренных помех при работе на фиксированных частотах и относительно невысокая достоверность в каналах радиосвязи с нестабильными параметрами сигнала (фазой, амплитудой и поляризацией) метрового и декаметрового диапазонов волн, что ограничивает область применения данной системы.

Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям к заявленной системе передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов, аналогом (прототипом) является система передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов (см. патент РФ №2240653, МПК⁷ Н04В 7/12, заявл. 21.04.03, опубл. 20.11.04). Известная система передачи с множественным доступом и временным разделением каналов содержит, как и предлагаемая система передачи с множественным доступом и временным разделением каналов, N передающих частей абонентских станций, каждая из которых содержит генератор тактовых импульсов, хронизатор, источник информации, формирователь информационного сигнала, формирователь кодированного сигнала, формирователь сигналов двукратной частотной манипуляции, модулятор, передатчик, передающую антенну, синтезатор частот, генератор псевдослучайных чисел, и приемную часть центральной станции, которая содержит приемную антенну, демодулятор, селектор сигналов, блок выделения дополнительных последовательностей, первый двухканальный согласованный фильтр, первый вычитатель, первый приемник информации, синтезатор частот, генератор псевдослучайных чисел и генератор тактовых импульсов, аналогичные предлагаемой системе.

При этом в известной системе передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов, как и в предлагаемой системе передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов, в каждой передающей части абонентской станции последовательно соединены источник информации, формирователь информационного сигнала, формирователь кодированного сигнала, формирователь сигналов двукратной частотной манипуляции, модулятор, передатчик и передающая антенна. Выход генератора тактовых импульсов совместно подключен к тактовым входам хронизатора, формирователя информационного сигнала, формирователя кодированного сигнала, формирователя сигналов двукратной частотной манипуляции, генератора псевдослучайных чисел и синтезатора частот. Выход хронизатора совместно подключен к управляющему входу формирователя информационного сигнала и к тактовому входу источника информации. При этом n управляющих выходов генератора псевдослучайных чисел, где n≥2, подключены к соответствующим n управляющим входам синтезатора частот, выход которого подключен к модулирующему входу модулятора. Приемная часть центральной станции, как и предлагаемая система передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов, содержит приемную антенну, выход которой подключен к информационному входу демодулятора. Выход демодулятора подключен к входу селектора сигналов, первый, второй, третий и четвертый информационные выходы которого подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому информационным входам блока выделения дополнительных последовательностей. Первый и второй информационные выходы блока выделения дополнительных последовательностей подключены соответственно к первому и второму информационным входам двухканального согласованного фильтра, первый и второй информационные выходы которого подключены соответственно к первому и второму информационным входам вычитателя. Выход вычитателя подключен к входу приемника информации. Выход генератора тактовых импульсов совместно подключен к тактовым входам синтезатора частот и генератора псевдослучайных чисел. При этом n управляющих выходов генератора псевдослучайных чисел подключены к соответствующим n управляющим входам синтезатора частот, выход которого подключен к модулирующему входу демодулятора.

Система передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов - прототип использует для передачи информационного сигнала четверично-кодированные последовательности (E-коды, коды Велти) с двукратной частотной манипуляцией и ППРЧ, где нечетные элементы четверично-кодированной последовательности передаются на частотах f₃+f_ППРЧ или f₄+f_ППРЧ, а четные элементы четверично-кодированной последовательности передаются на частотах f₁+f_ППРЧ или f₂+f_ППРЧ, то есть номинал частоты определяет номер дополнительной последовательности в четверично-кодированном радиосигнале.

Недостатком данной системы передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов является ее малая абонентская емкость, что ограничивает область применения данной системы. Это обусловлено неэффективностью использования частотного ресурса.

Задачей изобретения является разработка системы передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов, обеспечивающая достижение технического результата, заключающегося в расширении области применения за счет использования разнесенного приема, реализованного на условии выполнения ортогональности по кодовой структуре четверично-кодированных последовательностей с ППРЧ, при свертке которых происходит компенсация взаимных помех, в результате чего увеличивается абонентская емкость системы без расширения частотного ресурса и уменьшения пропускной способности системы, и предназначена для систем передачи данных с кодовым уплотнением сигналов и систем передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов.

Система передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов, содержит N передающих частей абонентских станций, каждая из которых содержит генератор тактовых импульсов, хронизатор, источник информации, формирователь информационного сигнала, формирователь кодированного сигнала, формирователь сигналов двукратной частотной манипуляции, модулятор, передатчик, передающую антенну, синтезатор частот, генератор псевдослучайных чисел, и приемную часть центральной станции, которая содержит приемную антенну, демодулятор, селектор сигналов, блок выделения дополнительных последовательностей, приемник информации, синтезатор частот, генератор псевдослучайных чисел и генератор тактовых импульсов. При этом в каждой передающей части абонентской станции последовательно соединены источник информации, формирователь информационного сигнала, формирователь кодированного сигнала, формирователь сигналов двукратной частотной манипуляции, модулятор, передатчик и передающая антенна. Выход генератора тактовых импульсов совместно подключен к тактовым входам хронизатора, формирователя информационного сигнала, формирователя кодированного сигнала, формирователя сигналов двукратной частотной манипуляции, генератора псевдослучайных чисел и синтезатора частот. Выход хронизатора совместно подключен к управляющим входам формирователя информационного сигнала и источника информации. При этом n управляющих выходов генератора псевдослучайных чисел, где n≥2, подключены к соответствующим n управляющим входам синтезатора частот, выход которого подключен к модулирующему входу модулятора. В приемной части центральной станции выход приемной антенны подключен к информационному входу демодулятора. Выход демодулятора подключен к входу селектора сигналов, первый, второй, третий и четвертый информационные выходы которого подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому информационным входам блока выделения дополнительных последовательностей. Первый и второй информационные выходы блока выделения дополнительных последовательностей подключены соответственно к первому и второму информационным входам первого двухканального согласованного фильтра, первый и второй информационные выходы которого подключены соответственно к первому и второму информационным входам первого вычитателя. Выход первого вычитателя подключен к входу первого приемника информации. Выход генератора тактовых импульсов совместно подключен к тактовым входам синтезатора частот и генератора псевдослучайных чисел. При этом n управляющих выходов генератора псевдослучайных чисел, подключены к соответствующим n управляющим входам синтезатора частот, выход которого подключен к модулирующему входу демодулятора.

Технический результат при осуществлении изобретения - увеличение абонентской емкости системы - достигается введением N=2^k (где j=N+1, N+2, ..., K - номер передающей части абонентской станции; K=2^k+l) передающих частей абонентских станций, а в приемную часть центральной станции введением второго двухканального согласованного фильтра, второго вычитателя и второго приемника информации. При этом в приемной части центральной станции первый и второй информационные выходы блока выделения дополнительных последовательностей подключены соответственно к первому и второму информационным входам второго двухканального согласованного фильтра, первый и второй информационные выходы которого подключены соответственно к первому и второму информационным входам второго вычитателя, выход второго вычитателя подключен к входу второго приемника информации.

Благодаря введению в приемную часть центральной станции второго двухканального согласованного фильтра, настроенного на четверично-кодированную последовательность (ортогональную четверично-кодированной последовательности, на которую настроен первый двухканальный согласованный фильтр), второго вычитателя и второго приемника информации возникает возможность дополнительно ввести в систему передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов N=2^k передающих частей абонентских станций. Увеличение абонентской емкости на N=2^k раз без расширения частотного ресурса и уменьшения пропускной способности достигнуто благодаря разнесенному приему по кодовой структуре четверично-кодированных последовательностей (E-кодов, кодов Велти). В двухканальных согласованных фильтрах осуществляются операции свертки четверично-кодированной информационной последовательности в виде реализации АКФ и взаимокорреляционной функции (ВКФ). При этом АКФ имеет импульсный характер без боковых выбросов (U_АКФ=000000080000000 при N=8), а ВКФ равна нулю (U_ВКФ=000000000000000 при N=8). Использование условия ортогональности по кодовой структуре четверично-кодированных последовательностей позволяет компенсировать в двухканальных согласованных фильтрах взаимные помехи (реализация ВКФ).

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Выбор из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретение критерию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем. Не выявлено влияния преобразований, предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения, на достижение технического результата. В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования: дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений; замену какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены; исключение какой-либо части средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата; увеличение однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов; выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала; создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого объекта и связей между ними; изменение количественных признаков или взаимосвязи признаков, если известен факт влияния каждого из них на технический результат и новые значения признаков или их взаимосвязь могли быть получены из известных зависимостей. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - структурная схема системы передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов; фиг.2 - эпюры, поясняющие принцип формирования информационных сигналов от K передающих частей абонентских станций; фиг.3 - эпюры, поясняющие принцип формирования четверично-кодированных радиосигналов от К передающих частей абонентских станций; фиг.4 - эпюры, поясняющие принцип формирования группового радиосигнала с ППРЧ состоящего из К сложных четверично-кодированных радиосигналов; фиг.5 - эпюры, поясняющие принцип формирования первой и второй дополнительных последовательностей; фиг.6 - эпюры, поясняющие принцип свертки четверично-кодированных информационных последовательностей от j=1, 2, ..., N передающих частей абонентских станций; фиг.7 - эпюры, поясняющие принцип свертки четверично-кодированных информационных последовательностей от j=N+1, N+2, ..., K передающих частей абонентских станций.

Система передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов, представленная на фиг.1, состоит из K=^2k+1 (где j=1, 2, ..., K - номер передающей части абонентской станции) передающих частей абонентских станций и приемной части центральной станции. Причем каждая передающая часть абонентской станции содержит генератор тактовых импульсов 1, хронизатор 2, источник информации 3, формирователь информационного сигнала 4, формирователь кодированного сигнала 5, формирователь сигналов двукратной частотной манипуляции 6, модулятор 7, передатчик 8, передающую антенну 9, синтезатор частот 10 и генератор псевдослучайных чисел 11. В каждой передающей части абонентской станции последовательно соединены источник информации 3, формирователь информационного сигнала 4, формирователь кодированного сигнала 5, формирователь сигналов двукратной частотной манипуляции 6, модулятор 7, передатчик 8 и передающая антенна 9. Выход генератора тактовых импульсов 1 подключен к тактовым входам хронизатора 2, формирователя информационного сигнала 4, формирователя кодированного сигнала 5, формирователя сигналов двукратной частотной манипуляции 6, генератора псевдослучайных чисел 11 и синтезатора частот 10. Выход хронизатора 2 подключен к управляющим входам формирователя информационного сигнала 4 и источника информации 3. При этом n управляющих выходов генератора псевдослучайных чисел 11, где n≥2, подключены к соответствующим n управляющим входам синтезатора частот 10, выход которого подключен к модулирующему входу модулятора 7. Приемная часть центральной станции содержит приемную антенну 12, демодулятор 13, селектор сигналов 14, блок выделения дополнительных последовательностей 15, первый и второй двухканальные согласованные фильтры 16.1-16.2, первый и второй вычитатели 17.1-17.2, первый и второй приемники информации 18.1-18.2, синтезатор частот 19, генератор псевдослучайных чисел 20, генератор тактовых импульсов 21. Выход приемной антенны 12 подключен к информационному входу демодулятора 13. Выход демодулятора 13 подключен к входу селектора сигналов 14, первый, второй, третий и четвертый информационные выходы которого подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому информационным входам блока выделения дополнительных последовательностей 15. Первый и второй информационные выходы блока выделения дополнительных последовательностей 15 подключены соответственно к первому и второму информационным входам первого и второго двухканальных согласованных фильтров 16.1-16.2. Первый и второй информационные выходы первого и второго двухканальных согласованных фильтров 16.1-16.2 подключены соответственно к первому и второму информационным входам первого и второго вычитателей 17.1-17.2. Выходы первого и второго вычитателей 17.1-17.2 соответственно подключены к входам первого и второго приемников информации 18.1-18.2. Выход генератора тактовых импульсов 21 совместно подключен к тактовым входам синтезатора частот 19 и генератора псевдослучайных чисел 20. При этом n управляющих выходов генератора псевдослучайных чисел 20 подключены к соответствующим n управляющим входам синтезатора частот 19, выход которого подключен к модулирующему входу демодулятора 13.

Генераторы тактовых импульсов 1 в передающей части и 21 в приемной части идентичны и предназначены для формирования тактовых импульсов с требуемой частотой f_тг=В (где В - скорость передачи последовательности элементов Е-кода (техническая скорость), она выражается числом посылок, передаваемых за единицу времени, и измеряется в бит/с). Они могут быть реализованы, как описано в книге Л.М.Гольденберг, Ю.Т.Бутыльский, М.Х.Поляк. «Цифровые устройства на интегральных схемах в технике связи» (М.: Связь, 1979, с.72-76, рис.3.14).

Хронизатор 2 предназначен для формирования разрешающих импульсов в заданный интервал времени для каждой конкретной j-й передающей части абонентской станции за цикл

работы системы (где N - число элементов в четверично-кодированной последовательности). В качестве хронизатора может быть использована комбинация элементов, состоящая из последовательно соединенного двоичного счетчика и дешифратора. При этом q-й выход дешифратора (где q=1, 2, ..., N) является выходом хронизатора j-й передающей части абонентской станции в соответствии с выражением

Данная схема может быть реализована, как описано в книге П.Г.Королев, Л.Д.Стащук. «Нелинейные радиотехнические устройства. Ч.2» (М.: Воениздат, 1984, с.267-270, рис.9.12 г).

Источник информации 3 предназначен для формирования информационного сигнала длительностью

в отведенный интервал времени за цикл работы системы. В качестве источника информации может быть использована аппаратура передачи дискретной информации с постоянной технической скоростью передачи.

Формирователь информационного сигнала 4 предназначен для формирования удлиненного информационного сигнала длительностью Nτ. Его схема известна и описана в патенте РФ №2240653, МПК⁷ Н04В 7/12, заявл. 21.04.03, опубл. 20.11.04.

Формирователь кодированного сигнала 5 предназначен для формирования четверично-кодированного информационного сигнала длительностью Nτ. Его схема известна и описана в патенте РФ №2240653, МПК⁷ Н04В 7/12, заявл. 21.04.03, опубл. 20.11.04.

Формирователь сигналов двукратной частотной манипуляции 6 предназначен для формирования четверично-кодированного радиосигнала. Он может быть реализован, как описано в книге Н.Л.Теплов, Е.Н.Куделин, О.П.Лежнюк. «Нелинейные радиотехнические устройства. Ч.1» (М.: Воениздат, 1982, с.342-344, рис.8.42).

Модулятор 7 предназначен для псевдослучайной перестройки рабочей частоты в пределах выделенного частотного ресурса Δf=f_max-f_min (где f_max - максимальное значение выделенного частотного диапазона; f_min - минимальное значение выделенного частотного диапазона). Он может быть реализован, как описано в книге Н.Л.Теплов, Е.Н.Куделин, О.П.Лежнюк. «Нелинейные радиотехнические устройства. Ч.1» (М.: Воениздат, 1982, с.130-137, рис.4.29).

Передатчик 8 предназначен для усиления четверично-кодированного радиосигнала до требуемой мощности. В качестве передатчика может быть использован любой выпускаемой промышленностью передатчик, например передатчик, входящий в комплект радиостанции Р-161А2М.

Передающая антенна 9 предназначена для преобразования энергии высокочастотных токов в антенно-фидерном тракте в энергию свободно распространяющихся электромагнитных волн. В качестве передающей антенны может быть использована любая передающая антенна, входящая в комплект радиостанции Р-161А2М.

Синтезаторы частот 10 в передающей части и 19 в приемной части идентичны и предназначены для формирования псевдослучайного гармонического колебания с номиналом частоты Δf_ППРЧ=4lf_тг (где l=1, 2, ..., L; L=2ⁿ-1 - максимальное значение псевдослучайного числа в десятичном коде, n≥2 - число управляемых входов синтезатора частот). Их схема известна и описана в патенте РФ №2240653, МПК⁷ Н04В 7/12, заявл. 21.04.03, опубл. 20.11.04 или в патенте РФ №2208915, МПК⁷ Н04K 3/00, заявл. 04.11.02, опубл. 20.07.03.

Генераторы псевдослучайных чисел 11 в передающей части и 20 в приемной части идентичны и предназначены для формирования псевдослучайных чисел l=1, 2, ..., L в двоичном коде, где максимальное псевдослучайное число L зависит от выделенного частотного ресурса Δf и определяется в десятичном коде по следующему выражению:

(где n≥1 - число управляющих выходов генератора псевдослучайных чисел; ΔF_c=4B - эффективная ширина спектра четверично-кодированного радиосигнала; ]x[ - меньшее целое число). Они могут быть реализованы, как описано в книге У.Тице, К.Шенк. «Полупроводниковая схемотехника» (М.: Мир, 1982, с.356-359, рис.20.20).

Приемная антенна 12 предназначена для преобразования энергии свободно распространяющихся электромагнитных волн в энергию высокочастотных токов. В качестве приемной антенны может быть использована любая приемная антенна, входящая в комплект радиостанции Р-161А2М.

Демодулятор 13 предназначен для устранения псевдослучайной перестройки рабочей частоты в пределах выделенного частотного ресурса. Он может быть реализован, как описано в книге Н.Л.Теплов, Е.Н.Куделин, О.П.Лежнюк. «Нелинейные радиотехнические устройства. Ч.1» (М.: Воениздат, 1982, с.130-137, рис.4.29).

Селектор сигналов 14 предназначен для селекции четверично-кодированного радиосигнала. Его схема известна и описана в патенте РФ №2240653, МПК⁷ Н04В 7/12, заявл. 21.04.03, опубл. 20.11.04 или в патенте РФ №2188516, МПК⁷ Н04L 27/26, заявл. 21.05.01, опубл. 27.08.02.

Блок выделения дополнительных последовательностей 15 предназначен для выделения первой дополнительной последовательности из нечетных элементов четверично-кодированной последовательности (выделение элементов α, β) и выделения второй дополнительной последовательности из четных элементов четверично-кодированной последовательности (выделение элементов γ, δ). Его схема известна и описана в патенте РФ №2240653, МПК⁷ Н04В 7/12, заявл. 21.04.03, опубл. 20.11.04 или в патенте РФ №2188516, МПК⁷ Н04L 27/26, заявл. 21.05.01, опубл. 27.08.02.

Двухканальные согласованные фильтры 16.1-16.2 предназначены для свертки первой и второй дополнительных последовательностей до длительности одного элемента четверично-кодированной последовательности. При этом двухканальные согласованные фильтры настроены на ортогональные четверично-кодированные последовательности. Их схема известна и описана в А.с. №1721837 СССР, МПК⁶ Н04L 27/26, заявл. 08.01.90, опубл. 23.03.92.

Вычитатели 17.1-17.2 предназначены для вычитания импульсов свернутой второй дополнительной последовательности, поступающих на его второй вход из импульсов свернутой первой дополнительной последовательности, поступающих на его первый вход, и формирования свернутой четверично-кодированной информационной последовательности. Они могут быть реализованы, как описано в книге У.Тице, К.Шенк. «Полупроводниковая схемотехника» (М.: Мир, 1982, с. 137-138, рис.11.2).

Приемники информации 18.1-18.2 предназначены для разделения свернутой четверично-кодированной информационной последовательности (группового сигнала с временным уплотнением, состоящего из N информационных последовательностей) на отдельные N информационные последовательности. При этом первый приемник информации 18.1 разделяет свернутую четверично-кодированную информационную последовательность на N информационных последовательностей, переданных с первой группы j=1, 2, ..., N передающих абонентских станций, а второй приемник информации 18.2 разделяет свернутую четверично-кодированную информационную последовательность на N информационных последовательностей, переданных со второй группы j=N+1, N+2, ..., K передающих абонентских станций. Они могут быть реализованы, как описано в книге М.В.Гитлиц, А.В.Лев. «Теоретические основы многоканальной связи» (М.: Радио и связь, 1985, с.156-159, рис.7.9).

Система передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов, представленная на фиг.1, работает следующим образом.

При включении в j-й передающей части абонентской станции (где j=1, 2, ..., K - номер передающей части абонентской станции; K=2^k+l; k≥2 - целое число) генератор тактовых импульсов 1 с частотой f_тг формирует последовательность тактовых импульсов со скважностью, равной двум. Каждый элемент этой последовательности с высоким уровнем "1" будем считать нечетным, а с низким уровнем "0" - четным. В остальных передающих частях абонентских станций формирование последовательности тактовых импульсов в генераторе тактовых импульсов 1 будет задержано на s тактов в соответствии с выражением

До начала передачи данных в системе передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов тактовые генераторы 1 всех K передающих частей абонентских станций синхронизируются по тактам, а хронизаторы 2 синхронизируются по тактам так, чтобы они выдавали разрешающие импульсы на управляющие входы источников информации 3 в заданные для конкретной j-й передающей части абонентской станции интервалы времени. При этом разрешающие импульсы с хронизатора 2 поступают на вход источника информации 3 с периодом

. Тогда при передаче двоичной информации на выходе источника информации 3 каждой j-й передающей части абонентской станции информационный импульс длительностью

будет появляться за цикл T_ц=Nτ работы системы передачи с множественным доступом и временным разделением каналов в строго определенном по времени месте. При этом на выходах источников информации 3 двух передающих частей абонентских станций (на 1-й и N+1-й, 2-й и N+2-й и т.д.) информационные импульсы длительностью τ формируются одновременно. В качестве примера на фиг.2 а, ..., п представлены эпюры информационных последовательностей от K=16 передающих частей абонентских станций соответственно (где цифрами (1, 2, 3) показан порядковый номер информационных импульсов).

Информационный импульс длительностью τ с выхода источника информации 3 (фиг.2 а, ..., п) поступает на первый информационный вход формирователя информационного сигнала 4. На управляющий вход формирователя информационного сигнала 4 поступает синхроимпульс с синхронизатора 2. На тактовый вход формирователя информационного сигнала 4 с выхода генератора тактовых импульсов 1 поступает последовательность тактовых импульсов с частотой f_тг. На выходе формирователя информационного сигнала 4 формируется удлиненный информационный сигнал длительностью Nτ. Эпюры удлиненных информационных сигналов от K=16 передающих абонентских станций представлены на фиг.2 р, ..., я соответственно.

Таким образом, при поступлении информационного импульса, - соответствующего логической "1", с выхода источника информации 3 на информационный вход формирователя информационного сигнала 4 на его выходе будет формироваться удлиненный информационный сигнал, соответствующий логической "1", - с длительностью импульса, равной Nτ, a при поступлении информационного импульса, - соответствующего логическому "0", с выхода источника информации 3 на информационный вход формирователя информационного сигнала 4 на его выходе будет формироваться удлиненный информационный сигнал, соответствующий логическому "0", - с длительностью импульса, равной Nτ.

Сформированный удлиненный информационный сигнал длительностью Nτ (фиг.2 р, ..., я) с выхода формирователя информационного сигнала 4 поступает на информационный вход формирователя кодированного сигнала 5. На тактовый вход формирователя кодированного сигнала 5 с выхода генератора тактовых импульсов 1 поступает последовательность тактовых импульсов с частотой f_тг. В формирователе кодированного сигнала 5 происходит формирование и цикловая реализация четверично-кодированной последовательности с периодом N=2^k, например, кодов Велти или E-кодов.

При этом в передающих частях j=1, 2, ..., N и j=N+1, N+2, ..., K абонентских станций в формирователях кодированных сигналов 5 происходит формирование и цикловая реализация соответствующих четверично-кодированных последовательностей с периодом N=2^k, выполняющих условие ортогональности по кодовой структуре, которые не имеют боковых выбросов в ВКФ в соответствии с выражением

где

- время анализа ВКФ; i - номер четверично-кодированной последовательности E_i(t) (Е-кода), формируемой в передающих частях j=1, 2, ..., N абонентских станций в формирователях кодированных сигналов 5, i=1, 2, ..., M; r - номер четверично-кодированной последовательности E_r(t) (E-кода), формируемой в передающих частях j=N+1, N+2, ..., K абонентских станций в формирователях кодированных сигналов 5, r=1, 2, ..., M; M - число четверично-кодированных последовательностей (Е-кодов) М=N.

Например, при N=8 полное число четверично-кодированных последовательностей (E-кодов) представлено в виде матрицы

Номер i первой четверично-кодированной последовательности, формируемой в передающих частях j=1, 2, ..., N абонентских станций, в формирователях кодированных сигналов 5 связан с номером r второй четверично-кодированной последовательности, формируемой в передающих частях j=N+1, N+2, ..., K абонентских станций, в формирователях кодированных сигналов 5 следующим соотношением:

На выходе формирователя кодированного сигнала 5 формируется четверично-кодированный информационный сигнал длительностью Nτ.

В качестве примера на эпюрах фиг.3 а,..., з показана реализация в передающих частях j=1, 2, ..., N абонентских станций в формирователях кодированных сигналов 5 первой четверично-кодированной последовательности αγασαγβγ (i=1), а на эпюрах фиг.3 и, ..., п показана реализация в передающих частях j=N+1, N+2, ..., K абонентских станций в формирователях кодированных сигналов 5 второй четверично-кодированной последовательности (ортогональной первой (i=1)) αγαδβδαδ (r=5) при числе элементов N=8. При этом в первой и второй четверично-кодированной последовательности α=-β, γ=-δ. В четверично-кодированном информационном сигнале элементы α, β первой и второй четверично-кодированных последовательностей передают нечетные элементы - E-кода, а элементы γ,δ четверично-кодированных последовательностей - четные элементы E-кода.

При этом под действием логической "1" на информационный вход формирователя кодированного сигнала 5 на его выходе формируется неинвертируемый четверично-кодированный информационный сигнал, а под действием логического "0" на информационный вход формирователя кодированного сигнала 5 на его выходе формируется инвертированный четверично-кодированный информационный сигнал.

С выхода формирователя кодированного сигнала 5 четверично-кодированный информационный сигнал (фиг.3а, ..., з) поступает на информационный вход формирователя сигналов двукратной частотной манипуляции 6, а на тактовый вход формирователя сигналов двукратной частотной манипуляции 6 с выхода генератора тактовых импульсов 1 поступает последовательность тактовых импульсов с частотой f_тг. В формирователе сигналов двукратной частотной манипуляции 6 четверично-кодированный информационный сигнал длительностью Nτ преобразуется в четверично-кодированный радиосигнал. Эпюры четверично-кодированных радиосигналов от K=16 передающих абонентских станций соответственно представлены на фиг.3 р, ..., я. Причем элементы четверично-кодированных радиосигналов α, β, γ и δ выполняют условие ортогональности по частоте.

Изменение высокочастотного колебания четверично-кодированного радиосигнала, сформированного в формирователе сигналов двукратной частотной манипуляции 6, можно описать так, как представлено таблице.

Элементы четверично-кодированной последовательности	Вход №1 блока 6 (с блока №5)	Вход №2 блока 6 (с блока №1)	Частота четверично-кодированного радиосигнала
δ	0	0	f1
γ	0	1	f2
β	1	0	f3
α	1	1	f4

где f₁<f₂<f₃<f₄ или f₁>f₂>f₃>f₄ - частотная зависимость частотных каналов четверично-кодированного радиосигнала; Δf₁=|f₁-f₂|, Δf₂=|f₂-f₃|, Δf₃=|f₃-f₄| - частотный сдвиг между частотными каналами четверично-кодированного радиосигнала; Δf₁=хВ, Δf₂=mB, Δf₃=zB; х=1, 2, ... - целое число; m=1, 2, ... - целое число; z=1, 2, ... - целое число; x, m, z - коэффициенты, управляющие изменением частотного сдвига между частотными каналами четверично-кодированного радиосигнала.

Четверично-кодированный радиосигнал, сформированный в формирователе двукратной частотной манипуляции 6, поступает на информационный вход модулятора 7.

На тактовый вход генератора псевдослучайных чисел 11 с генератора тактовых импульсов 1 поступает последовательность тактовых импульсов с частотой f_тг. В генераторе псевдослучайных чисел 11 последовательность тактовых импульсов преобразуется в псевдослучайную последовательность, которая поступает на n управляющие выходы генератора псевдослучайных чисел 11 с временным сдвигом на один такт на каждом выходе генератора псевдослучайных чисел 11 в двоичном коде. Генератор псевдослучайных чисел 11 имеет разрядность L=2"-1 в зависимости от выделенного частотного ресурса Δf. Генераторы псевдослучайных чисел 11 всех передающих частей абонентский станций формируют одинаковую псевдослучайную последовательность.

Псевдослучайная последовательность в двоичном коде с n управляющих выходов поступает соответственно на n управляющие входы синтезатора частот 10. На тактовый вход синтезатора часто 10 с выхода генератора тактовых импульсов 1 поступает последовательность тактовых импульсов с частотой f_тг. В синтезаторе частот 10 формируется псевдослучайное гармоническое колебание Δf_ППРЧ с номиналом частоты в зависимости от выделенного частотного ресурса Δf.

Сформированное псевдослучайное гармоническое колебание с номиналом Δf_ППРЧ поступает на модулирующий вход модулятора 7. Эпюры псевдослучайного гармонического колебания при L=4 представлены на фиг.4 а. На выходе модулятора 7 при x=m=z=1, Δf₁=Δf₂=Δf₃ и f₁<f₂<f₃<f₄ формируются четверично-кодированные радиосигналы с ППРЧ в пределах выделенного частотного ресурса Δf.

Четверично-кодированный радиосигнал с выхода модулятора 7 поступает на вход передатчика 8, в котором радиосигнал усиливается, а затем поступает на вход передающей антенны 9. Передающая антенна 9 преобразует энергию высокочастотных токов в антенно-фидерном тракте в энергию свободно распространяющихся электромагнитных волн.

Частотно-временная матрица четверично-кодированных радиосигналов с ППРЧ (группового радиосигнала) при L=4, N=8 и К=16 представлена на фиг.4 б (где цифрами (1, 2, 3, 4 и т.д.) показано наличие и значение амплитуды элемента группового сигнала).

На приемную антенну 12 приемной части центральной станции поступает совокупность четверично-кодированных радиосигналов от всех К передающих абонентских станций (групповой радиосигнал фиг.4 б). Приемная антенна 12 преобразует энергию свободно распространяющихся электромагнитных волн в энергию высокочастотных токов. С выхода приемной антенны 12 совокупность четверично-кодированных радиосигналов от всех K передающих частей абонентских станций поступает на вход демодулятора 13.

Генератор тактовых импульсов 21, генератор псевдослучайных чисел 20 и синтезатор частот 19 приемной части центральной станции работают и формируют псевдослучайное гармоническое колебание с номиналом Δf_ППРЧ аналогично, как в передающих частях абонентских станций. Следовательно, на выходе синтезатора частот 19 формируется псевдослучайное гармоническое колебание с номиналом Δf_ППРЧ, аналогичное псевдослучайному гармоническому колебанию, формируемому в передающих частях абонентских станций (фиг.4 а). Сформированное псевдослучайное гармоническое колебание поступает на модулирующий вход демодулятора 13.

В демодуляторе 13 за счет синтезатора частот 19, управляемого генератором псевдослучайных чисел 20, скачки рабочей частоты Δf_ППРЧ устраняются, в результате четверично-кодированный радиосигнал переносится на первоначально выбранные частоты (f₁, f₂, f₃ и f₄).

С выхода демодулятора четверично-кодированный радиосигнал поступает на вход селектора сигналов 14, который осуществляет частотную селекцию строго определенных высокочастотных элементов четверично-кодированного радиосигнала. На первом, втором, третьем и четвертом выходах селектора сигналов 14 соответственно формируются первый, второй, третий и четвертый высокочастотные радиосигналы. Эпюры первого, второго, третьего и четвертого высокочастотных радиосигналов представлены на фиг.5 а, ..., г соответственно.

Первый, второй, третий и четвертый высокочастотные радиосигналы (фиг. 5 а, ..., г) с выходов селектора сигналов 14 соответственно поступают на первый, второй, третий и четвертый входы блока выделения дополнительных последовательностей 15.

На первом и втором информационных выходах блока выделения дополнительных последовательностей 15 соответственно формируются первая и вторая дополнительные последовательности. Эпюры первой и второй дополнительных последовательностей представлены на фиг.5 д, е соответственно. При этом первая дополнительная последовательность формируется из нечетных элементов четверично-кодированной последовательности (выделение элементов α, β), а вторая дополнительная последовательность - из четных элементов четверично-кодированной последовательности (выделение элементов γ, δ).

Первая дополнительная последовательность (фиг.5 д) поступает на первые информационные входы первого и второго двухканальных согласованных фильтров 16.1-16.2, вторая дополнительная последовательность (фиг.5 е) поступает на вторые информационные входы первого и второго двухканальных согласованных фильтров 16.1-16.2. При этом первый двухканальный согласованный фильтр 16.1 настроен на первую четверично-кодированную последовательность αγαδαγβγ (i=1), a второй двухканальный согласованный фильтр 16.2 настроен на вторую четверично-кодированную последовательность αγαδβδαδ (i=5).

В первом двухканальном согласованном фильтре 16.1 первая и вторая дополнительные последовательности (фиг.5 д, е) сворачиваются до длительности одного элемента четверично-кодированной последовательности. Эпюры свернутых первой и второй дополнительных последовательностей представлены на фиг.6 а, б соответственно. Свернутые первая и вторая дополнительные последовательности (фиг.6 а, б) поступают на первый и второй информационные входы первого вычитателя 17.1 соответственно.

В первом вычитателе 17.1 обеспечивается вычитание импульсов второй свернутой дополнительной последовательности (фиг.6 б), поступающей на второй информационный вход первого вычитателя 17.1 из импульсов первой свернутой дополнительной последовательности (фиг.6 а), поступающей на первый информационный вход первого вычитателя 17.1. На выходе первого вычитателя 17.1 будут формироваться информационные импульсы от j=1, 2, ..., N передающих абонентских станций с амплитудой в N=2^k раз больше амплитуды элемента четверично-кодированной последовательности. Эпюра свернутых четверично-кодированных информационных последовательностей от j=1, 2, ..., N передающих абонентских станций представлена на фиг.6 в.

Во втором двухканальном согласованном фильтре 16.2 и во втором вычитателе 17.2 свертка первой и второй дополнительных последовательностей (фиг.5 д, е) и формирование информационных импульсов от j=N+1, N+2, ..., K передающих абонентских станций происходит аналогично. Эпюры свернутых первой и второй дополнительных последовательностей (фиг.5 д, е) представлены на фиг.7 а, б, а эпюра свернутых четверично-кодированных информационных последовательностей от j=N+1, N+2, ..., K передающих абонентских станций представлена на фиг.7 в.

В результате осуществляется одновременная, независимая свертка четверично-кодированных информационных последовательностей (кодов Велти или E-кодов) от j=1, 2, ..., N (фиг.6 в) и j=N+1, N+2, ..., K (фиг.7 в) передающих абонентских станций, отличающихся тем, что они не имеют боковых выбросов в апериодической АКФ и ВКФ. Свернутые четверично-кодированные информационные последовательности (фиг.6 в и фиг.7 в) (свернутый групповой сигнал) приобретают вид, как в системе передачи с множественным доступом и временным разделением каналов (прототипе) и также задерживаются на время (Т_ц-τ).

Свернутые четверично-кодированные информационные последовательности (фиг.6 в и фиг.7 в) с выхода первого и второго вычитателей 17.1-17.2 соответственно поступают на входы первого и второго приемников информации 18.1-18.2, при этом сигналы j=1, 2, ..., N и j=N+1, N+2, ..., K передающих абонентских станций вследствие импульсного вида АКФ четверично-кодированной информационной последовательности и их временного сдвига в приемниках информации 18.1-18.2 соответственно разделяются по времени.

В заявленной системе передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов предлагается информационный сигнал с первой группы (j=1, 2, ..., N) и второй группы (j=N+1, N+2, ..., K) передающих частей абонентских станций передавать соответствующими ортогональными четверично-кодированными последовательностями (E-кодами). При этом передача сложных сигналов (четверично-кодированных последовательностей) осуществляется попарно (с 1-й и N+1-й, 2-й и N+2-й передающих частей абонентских станций и т.д.) и при одинаковой величине ППРЧ Δf_ППРЧ, а между собой в группе они сдвинуты на время, кратное τ. Следовательно, j=1, 2, ..., N и j=N+1, N+2, ..., K передающие части абонентских станций попарно начинают излучать в строго определенном временном интервале в цикле T_ц работы системы. На центральной приемной станции используется одно и то же оборудование для обработки группового сигнала, так как радиосигналы от всех абонентских передающих станций одинаковы по форме и имеют одинаковую величину ППРЧ Δf_ППРЧ. После устранения ППРЧ и формирования первой и второй дополнительных последовательностей осуществляются одновременная независимая корреляционная свертка сложного сигнала и восстановление информационных последовательностей от j=1, 2, ..., N и j=N+1, N+2, ..., K передающих частей абонентских станций. Компенсация взаимных помех осуществляется за счет применения разнесенного приема по кодовой структуре, реализованного на условии выполнения ортогональности между двумя четверично-кодированными последовательностями (E-кодами) не имеющих боковых выбросов в апериодической АКФ и ВКФ.

Таким образом, предлагаемая система передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов обеспечивает возможность расширения области применения благодаря увеличению абонентской емкости системы за счет применения разнесенного приема при условии применения ортогональных по кодовой структуре четверично-кодированных последовательностей без расширения частотного ресурса и уменьшения пропускной способности системы и предназначена для систем передачи данных с кодовым уплотнением сигналов и систем передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в системах передачи и сбора данных с множественным доступом и временным разделением каналов;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Таким образом, заявленное изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Claims (1)

1. Система передачи данных с множественным доступом и временным разделением каналов, содержащая N=2^k (где k≥2 - целое число; j=1, 2, ..., N - номер передающей части абонентской станции) передающих частей абонентских станций и приемную часть центральной станции, при этом в каждой передающей части абонентской станции последовательно соединены источник информации, формирователь информационного сигнала, формирователь кодированного сигнала, формирователь сигналов двукратной частотной манипуляции, модулятор, передатчик и передающая антенна, выход генератора тактовых импульсов совместно подключен к тактовым входам хронизатора, формирователя информационного сигнала, формирователя кодированного сигнала, формирователя сигналов двукратной частотной манипуляции, генератора псевдослучайных чисел и синтезатора частот, выход хронизатора совместно подключен к управляющим входам формирователя информационного сигнала и источника информации, n управляющих выходов генератора псевдослучайных чисел, где n≥2, подключены к соответствующим n управляющим входам синтезатора частот, выход которого подключен к модулирующему входу модулятора, а приемная часть центральной станции содержит приемную антенну, выход которой подключен к информационному входу демодулятора, выход демодулятора подключен к входу селектора сигналов, первый, второй, третий и четвертый информационные выходы которого подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому информационным входам блока выделения дополнительных последовательностей, первый и второй информационные выходы блока выделения дополнительных последовательностей подключены соответственно к первому и второму информационным входам первого двухканального согласованного фильтра, первый и второй информационные выходы которого подключены соответственно к первому и второму информационным входам первого вычитателя, выход первого вычитателя подключен к входу первого приемника информации, выход генератора тактовых импульсов совместно подключен к тактовым входам синтезатора частот и генератора псевдослучайных чисел, n управляющих выходов генератора псевдослучайных чисел, подключены к соответствующим n управляющим входам синтезатора частот, выход которого подключен к модулирующему входу демодулятора, отличающаяся тем, что дополнительно введены N=2^k (где j=N+1, N+2, ..., K - номер передающей части абонентской станции; K=2^k+1) передающих частей абонентских станций, в которых генератор тактовых импульсов формирует последовательности тактовых импульсов с задержкой на соответствующее количество тактов, а в приемную часть центральной станции дополнительно введены второй двухканальный согласованный фильтр, настроенный на четверично-кодированную последовательность, ортогональную четверично-кодированной последовательности первого двухканального согласованного фильтра, второй вычитатель и второй приемник информации, при этом первый и второй информационные выходы блока выделения дополнительных последовательностей подключены соответственно к первому и второму информационным входам второго согласованного фильтра, первый и второй информационные выходы которого подключены соответственно к первому и второму информационным входам второго вычитателя, выход второго вычитателя подключен к входу второго приемника информации.

Images