Пристрій для передачі і приймання інформації

Винахід має відношення до електрозв'язку і призначений для підвищення завадостійкості систем передачі інформації. Відомі аналогічні пристрої для передачі і приймання інформації, в яких підвищення завадостійкості в умовах дії флуктуаційних адитивних завад забезпечується шляхом введення керуємого передспотворення передаваємого сигналу і керуємого коректування його на прийомі, де в якості керуючого виділяють сигнал миттєвого енергетичного спектра, з допомогою якого керують ступенем передспотворення сигналу на передачі та ступенем його коректування в приймачі (А. с. 1314466, МКИ Н04 В1/62; А. с. 1555868, МКИ Н04 В1/62). Найбільш близьким за технічною суттю до пристрою, який заявляється, є вибраний в якості прототипу пристрій для передачі і приймання інформації (А. с. 1443183, МКИ Н04 В1/62), які містять джерело інформації, перший передспотворюючий фільтр, перший канал зв'язку, перший коректуючий фільтр і приймач інформації. Недолік цього пристрою, а також аналогічних пристроїв полягає в тому, що у випадку достатньо великого динамічного діапазону і різноманітних передаваємих сигналів аналізатор спектра передспотвореного сигналу повинен мати складну структур у, в яку входять дуже багато вузькосмугових фільтрів, перемножувачів і фільтрів нижніх частот. Аналізатор спектра завади, яка може бути флуктуаційною або імпульсною, також відрізняється досить великими труднощами реалізації (наприклад, за А. с. 146367, Класс 21a4, 71). Крім того, в прототипі необхідно забезпечити завадостійкість прямого і зворотного каналів керування, що також потребує додаткових досить складних інженерних і наукових рішень. Треба, крім того, відмітити й те, що побудова адаптивних передспотворюючого і коректуючого фільтрів з достатньо широким динамічним діапазоном регулювання їх АЧХ призводить до значного зниження ефективності функціонування пристрою для передачі і приймання інформації, тобто прототипу. Таким чином, прототип запропонованого винаходу має низьку завадостійкість в умовах передачі різноманітних класів сигналів, що мають великий динамічний діапазон, а також у випадку дії в каналі зв'язку різних видів флуктуаційних і імпульсних завад або їх суміші. При низький завадостійкості навіть може бути те, що настане перерва в передачі інформації по каналу зв'язку. В основу винаходу поставлено задачу підвищення завадостійкості системи передачі інформації шляхом забезпечення ефективної працездатності системи в умовах різноманітних класів сигналів з великим динамічним діапазоном і різних видів флуктуаційних та імпульсних завад, які можуть мати більший рівень, ніж сигнал, що передається по каналу зв'язку. Розв'язання цієї технічної задачі здійснюється тим, що в пристрої, який має в своєму складі джерело інформації, перший передсповторюючий фільтр, перший канал зв'язку, перший коректуючий фільтр і приймач інформації, введені другий, третій і т. д. та n-й передсповторюючі фільтри, другий, третій и т. д. та n-й канали зв'язку, другий, третій і т. д. та n-й коректуючі фільтри, мультиплексор, блок вимірювання відношення сигнал-завада і електронний ключ, причому послідовно сполучені джерело інформації, передсповторюючі фільтри, канали зв'язку, коректуючі фільтри, мультиплексор, електронний ключ і приймач інформації, при цьому виходи всіх п коректуючи х фільтрів підключені до входу мультиплексора, вихід якого підключено до входу блока вимірювання відношення сигнал-завада, а також до інформаційного входу електронного ключа, керуючий вхід останнього з'єднаний з виходом блока вимірювання відношення сигнал-завада, при цьому вихід електронного ключа сполучений зі входом приймача інформації, крім цього в нього замість п каналів зв'язку введено один канал з одним передавачем і приймачем сигналів, причому в цьому каналі застосовано частотне ущільнення передаваємого сигналу з передспотворюючими і коректуючими фільтрами, які функціонують на піднесучих частота х кожного з субканалів. При порівнянні з прототипом запропонований пристрій забезпечує підвищення завадостійкості передачі інформації у випадку дії в каналах зв'язку флуктуаційних, імпульсних завад або їх суміші за рахунок того, що в запропонованому пристрої використовується принцип багатоканальної системи передачі інформації з повторенням, причому в кожному з окремих каналів закон передспотворення передаваємого сигналу вибирається різним, тобто кожен з канальних передспотворюючих фільтрів має власну специфічну форму АЧХ. При цьому форми АЧХ передспотворюючих канальних фільтрів і АЧХ коректуючи х канальних фільтрів вибираються в кожному з каналів взаємнооберненими. Останнє потрібно для того, щоб форма передаваємого по кожному окремому каналу сигналів не спотворювалась. Блок вимірювання відношення сигнал-завада, який розташовано на виході мультиплексора, з допомогою електронного ключа підключає до входу приймача інформації тільки такий сигнал, який має найбільшу завадозахищеність. Та обставина, що запропонований пристрій має п каналів зв'язку, тобто стільки ж передавачів і приймачів інформації, є недоліком, бо схема системи передачі інформації ускладнюється. Проте, такий недолік компенсується тим, що в кожному з каналів можна забезпечити роботу на різних несучих частота х. Останнє сприятиме додатковому виграшу в завадостійкості системи. В таких ситуаціях, коли необхідно мати економію щодо кількості передавачів і приймачів, можна використовувати лише один передавач і приймач з застосуванням частотного ущільнення та введенні передспотворень на піднесучих частотах кожного з субканалів. Коректування сигналів на приймальному кінці тракту також виконується на піднесучих частотах після фільтрації частотно ущільнених сигналів в кожному з субканалів. Структурна схема запропонованого пристрою зображена на фіг. 1. На фіг. 2 наведено структурну схему реалізації блока 6 - блока вимірювання відношення сигнал-завада. Пристрій для передачі і приймання інформації (фіг. 1) містить: джерело інформації 1, передспотворюючі фільтри 2, 2-1, 2-2,..., 2-n, канали зв'язку 3, 3-1, 3-2,..., 3-n, коректуючі фільтри 4, 4-1, 42,..., 4-n, мультиплексор 5, блок вимірювання відношення сигнал-завада 6, електронний ключ 7 і приймач інформації 8, при цьому вихід джерела інформації 1 розпаралелено і підключено до входів передспотворюючих фільтрів 2, 2-1, 2-2,..., 2-n, ви ходи яких сполучені зі входами каналів зв'язку 3, 3-1, 32,..., 3-n, а ви ходи цих каналів підключені відповідно до входів коректуючи х фільтрів 4, 4-1, 4-2,..., 4-n, крім цього виходи останніх сполучені зі входами мультиплексора 5, а вихід мультиплексора з'єднаний зі входом блока вимірювання відношення сигнал-завада 6 і з першим інформаційним входом електронного ключа 7, а вихід блока вимірювання відношення сигнал-завада сполучений з другим (керуючим) входом ключа 7, вихід якого з'єднаний зі входом приймача інформації 8. Блок вимірювання відношення сигнал-завада 6 виконано згідно з А. с. 146367, Класс 21а4, 71 (фіг. 2). Він містить: широкосмугову селективну систему (підсилювач) 9; нелінійний елемент 10; вузькосмугові фільтри 11, 12; лінійні детектори 13, 14 і блок відіймання 15. Пристрій працює таким чином. З виходу джерела інформації 1 інформаційний сигнал паралельно надходить до кожного з передспотворюючих фільтрів 2, 2-1, 2-2,..., 2-n, які мають різні АЧХ для створення різних видів передспотворення сигналу. З виходів кожного з передспотворюючих фільтрів через канали зв'язку 3, 3-1, 3-2,..., 3-n передспотворені сигнали паралельно надходять до входів коректуючи х фільтрів 4, 4-1, 4-2,..., 4-n, які для кожного каналу мають взаємнообернені АЧХ по відношенню до відповідних АЧХ передспотворюючих фільтрів. Останнє необхідно для того, щоб на ви хода х коректуючи х фільтрів відтворювалась така форма інформаційного сигналу, яка мала місце на виході джерела інформації 1. З виходів канальних коректуючи х фільтрів сигнали надходять до входів мультиплексора 5, з допомогою якого згідно з сигналом селекції входів, який міститься в схемі мультиплексора, вхідні сигнали останнього послідовно надходять до виходу м ультиплексора. При цьому сигнали з виходу мультиплексора подаються на вхід блока вимірювання відношення сигнал-завада 6, структурна схема якого зображена на фіг. 2. З допомогою широкосмугової селективної системи 9 на її виході формується група гармонік сигналу разом із завадою, яка діє в кожному з каналів зв'язку. Ця гр упа подається до нелінійного елемента 10, на виході якого буде діяти новий сигнал, що є складним продуктом взаємодії усіх гармонічних складових сигналу і завади. В новому сигналі розподіл спектральних щільностей такий, що дозволяє виділити з допомогою вузькосмугових фільтрів 11 і 12 два сигнали, причому відсотний зміст сигналу в одному з них завжди менше, ніж у другому, в той же час, як завади приблизно однакові. Виділені вузькосмуговими фільтрами сигнали детектуються лінійними детекторами 13 і 14, причому детектування виконується різнополярним, а далі подаються у блок відіймання 15, де одержані у результаті детектування постійні складові віднімаються одна з другої. Таким чином, забезпечується компенсація гармонік корисного сигналу і на виході блока 6 формується сигнал постійного струму, величина якого приблизно пропорційна значенню відношення сигнал-завада. Інформаційний сигнал з виходу мультиплексора 5 або зі входу блока вимірювання відношення сигналзавада 6 надходить до інформаційного входу електронного ключа 7, керуючий вхід якого з'єднаний з виходом блока 6. На вхід приймача інформації 8 інформаційний сигнал подається лише в тому випадку, коли величина відношення сигнал-завада в одному з паралельних каналів має найбільше значення, що забезпечується величиною керуючого сигналу з виходу блока 6. Таким чином, електронний ключ 7 насичується (замикається) тільки тоді, коли величина відношення сигнал-завада гарантує достатньо високу завадозахищеність передаваємого інформаційного сигналу. Запропонований пристрій забезпечує більшу завадостійкість при порівнянні з прототипом тому, що одноканальна структура прототипу має низьку ефективність у випадку, коли рівень завади значно перевищує рівень передаваємого сигналу. При цьому така ж завада у каналах керування і зворотного зв'язку призведе до неспроможності адаптації системи передачі інформації в таких умовах. Багатоканальність і забезпечення різних законів передспотворення сигналів у запропонованому пристрої дає змогу вибору такого з каналів, в якому забезпечується найбільша завадостійкість. Крім того, динамічний діапазон регулювання АЧХ передспотворюючих і коректуючих фільтрів не впливає на працездатність системи. В запропонованому пристрої відсутні канали керування і зворотного зв'язку, а також складні схеми аналізаторів спектра сигналу і завади, що також дає значні переваги. Наведемо розрахунок виграшу в завадостійкості, який має бути одержаним від використання запропонованого пристрою. Згідно з енергетичним критерієм оцінки, ефективність застосування передспотворення та коректування оцінюється виразом [Штейн В. М. О расчёте линейных предыскажающих и корректирующи х устройств//Радиотехника. - 1956. - Т. 11. - №2. - С. 60-63] Dw ò Dw G(w)dw × 0 , (1) 2 æ Dw ö ç ÷ G(w)N(w )dw ÷ ç ç ÷ è 0 ø G(w ),N( w) - спектральні щільності потужності відповідно сигналу до передспотворення та адитивної де завади, яка діє в каналі зв'язку; D ω - ефективна смуга пропускання каналу. Припустимо, що інформаційний сигнал на виході джерела інформації має енергетичний спектр, який моделюється білим шумом, що прийшов через RLC коливальний контур високої добротності, тобто Smax = 0 ò N(w)dw ò G(w) = 2as2 c , ( 2) a 2 + w2 де s 2 - дисперсія сигналу; a - коефіцієнт, який характеризує швидкість експоненційного спаду c автокореляційної функції сигналу; a - часто та. Нехай в каналі зв'язку прототипу або в кожному з каналів запропонованого пристрою діє адитивна завада, енергетичний спектр якої моделюється послідовністю некорелованих прямокутних імпульсів протягом t 0 і періодом повторення Т0, тобто N(w) = 2t2s2 sin2 (pt 0 ) 0 з , (3 ) T0 (pt 0 ) де s з - дисперсія завади. Оскільки в прототипі на вході коректуючого фільтра маємо адитивну суміш відбіленої завади і сигналу з рівномірнім спектром, тобто G(w) = G0 = const, N(w) = N0 = const, то при будь-яких відношеннях G0 /N0 за формулою (1) матимемо Smax=1. Це пояснюється тим, що чисельник і знаменник в (1) відповідають нерівності Буняковського-Коші. Таким чином, і при низький (N0>>G0) завадостійкості, і при великій (G0>>N0) ефективність прототипу невелика, бо Smax=1. Крім того, слід відмітити, що при регулюванні АЧХ відбілюючого фільтру в прототипі задача одержання рівномірного спектра для завади (3) є дуже складною. Оцінимо ефективність запропонованого пристрою. Якщо підставити спектри сигналу (2) і завади (3) у формулу (1), то одержимо [Маригодов В. К. Помехоустойчивая обработка информации: методы оптимального линейного предыскажения и корректирования. - М.: Наука, 1983. - с. 107] Smax = C0a / 2[1 - exp( - C0 a )], (4) де C0 = t0 / 2. Припустимо, що імпульсна завада у три рази за потужністю перевищує корисний сигнал, тобто s 2 = 3s2 , а також С0=10-3с, a = 10 4 c- 1. з с -3 4 -1 При цьому за формулою (4) одержуємо Smax » 5, або DSmax » 6,94дБ. При С0=10 с, a = 10 c , Smax » 50, DSmax » 16,9дБ. Таким чином, запропонований пристрій має значно більшу завадостійкість в умовах дії імпульсних завад. Останнє можна пояснити тим, що в запропонованому пристрої в деяких з каналів передспотворюючі та коректуючи фільтри можуть бути реалізовані на основі взаємнообернених гребінкових фільтрів, які мають ”гребені” АЧХ відповідно до розташування окремих імпульсів завади.