Спосіб зв’язку в широкосмугових системах

Реферат: Винахід належить до електрозв'язку. Згідно зі способом формують широкосмуговий шумоподібний сигнал на основі застосування генератора шумоподібного сигналу, при цьому оптимально передспотворюють сигнал на передавальному кінці кожного з каналів системи передачі інформації, передають сформований сигнал паралельно на різних несучих частотах передавачів, причому на виходах приймачів затримують сигнали з різним часом затримки, оптимально коректують затримані сигнали для відтворення їх форми, після фільтрації та детектування адаптивно компенсують зосереджену або імпульсну заваду, при цьому синхронізують детектори приймального тракту від генератора шумоподібного сигналу, а також адаптивно змінюють несучі частоти передавачів у тому разі, коли величина відношення сигналзавада менша заздалегідь заданої порогової величини. Технічним результатом є підвищення заводостійкості широкосмугових систем зв'язку, які функціонують в умовах впливу зосереджених в довгочасних імпульсних завад. UA 104908 C2 (12) UA 104908 C2 UA 104908 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електрозв'язку і призначений для підвищення завадостійкості широкосмугових систем зв'язку, які функціонують в умовах впливу зосереджених і довгочасних імпульсних завад. Відомі аналогічні способи та пристрої підвищення завадостійкості систем зв'язку, в яких підвищення завадостійкості досягається шляхом введення в кожний з паралельних каналів зв'язку часової затримки сигналів таким чином, щоб сигнали на передавальному і приймальному кінцях системи зв'язку були зсунуті на певний час затримки, а загальний час затримки цих сигналів в кожному каналі залишався б однаковим. Відомі також системи багатоканального зв'язку, в яких на приймальному кінці вимірюють величину відношення сигнал-завада в кожному з каналів і вибирають тільки такий канал зв'язку, в якому величина цього відношення не менша ніж заздалегідь вибрана порогова величина (А. с. 544153, МКИ НО4 1 L1/16; Пат. ФРН 2637422, МКИ НО4 К3/00; А. с. 111231, Кл. 21 а 7/01; Пат. США 3268815, Кл. 325-122; А.с. 652722, НО4 L17/02; Пат. 70134А Україна, МПК НО4К 3/00). Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що заявляється, є вибраний як прототип спосіб підвищення завадозахищеності багатоканальних систем зв'язку з повторенням (Пат. 70134А Україна, МПК НО4К3/00), який полягає в тому, що при дії в каналах зв'язку короткочасних імпульсних завад або короткочасної перерви зв'язку в кожен канал системи вводять постійну часову затримку, яка розподіляється між передавальним і приймальним кінцями тракту таким чином, щоб короткочасна імпульсна завада або перерва зв'язку у різних каналах створювала помилки в передачі інформації в різні моменти часу. Ці часові затримки формують за допомогою демультиплексора і мультиплексора. Сигнали з виходів всіх каналів зв'язку багатоканальної системи підключають до входу блока вимірювання відношення сигналзавада і вимірюють цю величину, причому заздалегідь визначають порогове значення відношення та селектують тільки такий канал, в якому величина відношення сигнал-завада не менша порогової. Недоліки цього способу, а також аналогічних способів і пристроїв полягають в наступному: у прототипі та його аналогах підвищення завадостійкості досягається тільки при дії в каналах зв'язку короткочасних імпульсних завад і короткочасних переривань зв'язку; система, що побудована на базі прототипу, є непрацездатною в умовах дії широкосмугових імпульсних завад або при довгочасних перервах зв'язку; у прототипі не реалізується використання переваг широкосмугової системи зв'язку із шумоподібними сигналами, а також не застосовується передспотворення та коректування сигналів, що не сприяє одержанню додаткового виграшу у завадостійкості системи. Таким чином, прототип запропонованого винаходу має відносно низьку завадостійкість при дії в каналах широкосмугових імпульсних і зосереджених завад, а також під час довготривалих перервах зв'язку. В основу винаходу поставлена задача підвищення завадостійкості широкосмугової системи зв'язку шляхом формування на передавальному кінці системи широкосмугового шумоподібного сигналу за допомогою оптимальних передспотворюючих фільтрів та генератора шумоподібного сигналу, а також адаптивної компенсації широкосмугових імпульсних і зосереджених завад на приймальному кінці системи. Крім того, запропоновано ввести синхронізацію детекторів приймального тракту від генератора шумоподібного сигналу, що включений у передавальний тракт. Додатковий виграш у завадостійкості системи зв'язку також забезпечується шляхом адаптивної зміни несучих частот передавачів у кожному з каналів. Розв'язання цієї технічної задачі здійснюється тим, що згідно зі способом, який полягає в тому, що різні часові затримки сигналів у кожному каналі зв'язку на передавальному і приймальному кінцях системи передачі інформації формують за допомогою блока селекції входів мультиплексора, причому сигнали з виходів всіх каналів зв'язку послідовно із різною часовою затримкою підключають до входу блока вимірювання величини відношення сигналзавада і вимірюють величину цього відношення у кожному з каналів зв'язку, при цьому заздалегідь визначають порогове значення величини відношення сигнал-завада, а також селектують тільки такий канал зв'язку, в якому величина відношення сигнал-завада не менша порогової, формують широкосмуговий шумоподібний сигнал на основі застосування генератора шумоподібного сигналу, при цьому оптимально передспотворюють сигнал на передавальному кінці кожного з каналів системи передачі інформації, передають сформований сигнал паралельно на різних несучих частотах передавачів, причому на виходах приймачів затримують сигнали з різним часом затримки, оптимально коректують затримані сигнали для відтворення їх форми, після фільтрації та детектування адаптивно компенсують зосереджену або імпульсну заваду, при цьому синхронізують детектори приймального тракту від генератора шумоподібного сигналу, а також адаптивно змінюють несучі частоти передавачів у тому разі, коли величина відношення сигнал-завада менша заздалегідь заданої порогової величини. 1 UA 104908 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 При порівнянні з прототипом запропонований спосіб забезпечує підвищення завадостійкості системи передачі інформації за рахунок того, що реалізується режим функціонування широкосмугової системи зв'язку з шумоподібними сигналами, а також адаптивна до завадової обстановки зміна несучих частот передавачів і відповідно приймачів кожного з каналів. Це забезпечує заглушення зосереджених і імпульсних завад, які на деяких несучих частотах можуть мати значно менші рівні. Крім того, адаптивна компенсація зосереджених і імпульсних завад у приймальному тракті системи передачі інформації забезпечує додатковий виграш у завадостійкості. Структурна схема системи передачі інформації, що пояснює запропонований спосіб, зображена на фіг. 1. На фіг. 2 наведена спектрограма процесів формування сигналів у передавальному і приймальному трактах системи. Схема (фіг. 1) містить у своєму складі: джерело повідомлення 1, модулятор 2, передспотворюючий фільтр 3, генератор шумоподібного сигналу 4, передавачі 5-1, 5-2,…, 5-n, канали зв'язку 6-1, 6-2,…, 6-n, приймачі 7-1, 7-2,…, 7-n, лінії затримки 8-1, 8-2,…,8-n, коректуючі фільтри 9-1, 9-2,…, 9-n, мультиплексор 10, розстроєні фільтри 11-1, 11-2, детектори 12-1, 12-2, адаптивний фільтр 13, блок віднімання 14, блок селекції 15 входів мультиплексора, перший блок керування 16, другий блок керування 17, канал синхронізації 18, блок вимірювання величини відношення сигнал-завада 19, електронний ключ 20, приймач повідомлення 21, канал зворотного зв'язку 22 і блок визначення порогової величини відношення сигнал-завада 23. Схема (фіг. 1) працює таким чином. Енергетичний спектр повідомлення від джерела повідомлення 1 надходить на перший вхід (Вхід 1) модулятора 2, на другий вхід (Вхід 2) якого подається шумоподібний сигнал з виходу генератора шумоподібного сигналу 4. На виході модулятора формується односмуговий сигнал, наприклад, верхньої бокової смуги частот, який після оптимального передспотворення у передспотворюючому фільтрі 3 одержує рівномірний енергетичний спектр шумоподібного сигналу (фіг. 2). Останній паралельно передається на різних несучих частотах передавачами 5-1, 5-2,…, 5-n. Далі через канали зв'язку 6-1, 6-2,…, 6-n шумоподібні сигнали надходять до приймачів 7-1, 7-2,…, 7-n, на виходах яких вони затримуються на різні часи затримки лініями затримки 8-1, 8-2,…, 8-n (фіг. 2), після чого за допомогою коректуючих фільтрів 9-1, 9-2,…, 9-n відтворюється такий енергетичний спектр сигналів в кожному з каналів, який був до передспотворення у передавальному тракті. На фіг. 2, як приклад, показано, що відносно широкосмугова зосереджена або імпульсна завада майже повністю спотворює сигнал у першому каналі зв'язку, частково потрапляє у другий канал, а в інші канали (третій і четвертий) не потрапляє. Це обумовлено впливом ліній затримки, які мають різні часи затримки. За допомогою блока селекції 15 входів мультиплексора на виході мультиплексора 10 (фіг. 1) послідовно формуються вихідні сигнали кожного із каналів зв'язку. Сигнали цих каналів послідовно надходять до взаємно розстроєних фільтрів 11-1, 11-2. Фільтр 11-1 розрахований для пропускання суміші сигналу і зосередженої або широкосмугової імпульсної завади, а фільтр 11-2 забезпечує зсув цієї суміші на час кореляції широкосмугової зосередженої або імпульсної завади. На перші входи (Вхід 1) детекторів 12-1 і 12-2 надходять вихідні сигнали фільтрів 11-1 і 11-2, а на другі входи (Вхід 2) детекторів через канал синхронізації 18 подається шумоподібний сигнал від генератора шумоподібного сигналу 4. З виходу детектора 12-1 продетектований сигнал надходить до першого входу (Вхід 1) блока віднімання 14, а на другий вхід останнього (Вхід 2) через адаптивний фільтр 13, перший вхід (Вхід 1) якого сполучений з виходом детектора 12-2, подається продетектований сигнал. На виході блока віднімання 14 формується спектр повідомлення, який не містить спотворення, що виникає в результаті дії широкосмугової зосередженої або імпульсної завади достатньо великого протягу. Вихідний сигнал блока віднімання 14 одночасно надходить до другого керуючого входу (Вхід 2) адаптивного фільтра 13, а також до першого керуючого входу (Вхід 1) електронного ключа 20 і до входу блока вимірювання величини відношення сигнал-завада 19. Цей блок відомий і виконаний згідно з А. 4 с. 146367, Кл.21а ,71. Блок 19 послідовно вимірює величину відношення сигнал-завада у кожному з каналів зв'язку і результат вимірювання надається до входу блока визначення порогової величини відношення сигнал-завада 23, а також до входу другого блока керування 17 і до входу канала зворотного зв'язку 22. З виходу останнього керуючий сигнал надходить до входу першого блока керування 16. У тому випадку, коли виміряна величина відношення сигнал-завада не менша порогової, яку задає блок 23, вихід якого сполучений з другим керуючим входом (Вхід 2) електронного ключа 20, ключ замикається (насичується) і підключає вихід одного з каналів зв'язку до приймача повідомлення 21. Якщо величина відношення сигнал-завада менша від порогової, то керуючий сигнал з виходу блока 19 за допомогою першого і другого блоків керування (16 і 17) змінює несучі частоти передавачів та приймачів 2 UA 104908 C2 5 10 15 таким чином, щоб вимірювана блоком 19 величина відношення сигнал-завада була не менша, ніж її порогове значення. Запропонований спосіб забезпечує більшу завадостійкість при порівнянні з прототипом завдяки тому, що в ньому введено оптимальне передспотворення та коректування сигналу, на приймальній стороні застосовується адаптивна компенсація широкосмугових зосереджених та імпульсних завад, а також з метою мінімізації завадової обстановки в каналах зв'язку реалізується адаптивна зміна несучих частот передавачів і приймачів на основі керуючого сигналу на виході блока вимірювання величини відношення сигнал-завада у тому випадку, коли величина цього відношення менша від порогової. Наведемо розрахунок виграшу у завадостійкості, який може бути одержаний від використання запропонованого способу. Припустимо, що згідно з фіг. 2 має місце передача сигналів односмугової модуляції з використанням верхньої бокової смуги частот 0  2 , де 0 - піднесуче коливання, а 2 - верхня гранична частота модулюючого сигналу. Нехай енергетичний спектр широкосмугових зосереджених або імпульсних завад, які діють у каналі зв'язку, рівномірний. Тоді ефективність передспотворення та коректування можна визначити за виразом [Маригодов В.К. Помехоустойчивая обработка информации. - М.: Наука, 1983. - С. 113] Smax  20 a Фa2  0  / 2 ,   Ф a2  0  / 2  2 (1) де a - множник, який характеризує енергетичний спектр на виході джерела повідомлення 1 (фіг. 1), що має експоненціальний закон, тобто G  G0 exp a  1  , (2) де G0 - спектральна щільність потужності повідомлення з рівномірним спектром, 1 - нижня гранична частота спектра повідомлення,   2  1 - ефективна смуга частот канала, 25     x Фx   2 /   exp  t 2 dt - інтеграл імовірності. 0 В використання каналу тональної частоти (передачі телефонії) маємо ,   2  10 рад / с, 2  1     10 рад / с . Тоді за формулою (1) одержуємо Smax  10, Smax  20 дБ . Широкосмугову багатоканальну систему (фіг. 1), в якій використовується частотне рознесення, можна з деяким наближенням вважати еквівалентом системи частотного рознесення з оптимальним лінійним додаванням сигналів. Для такої системи величина відношення сигнал-завада на виході системи (вихід мультиплексора 10) знаходиться за формулою [Зюко А.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. - М.: Связь, 1972. С. 152] a  10 30 разі 4 3 3 35 S n  Si , (3) i 1 40 де n - кількість каналів, S i - величина відношення сигнал-завада в окремих каналах або гілках рознесення. Припустимо, що система має 5 каналів n  5 і в кожному з них Si  2 . Тоді одержуємо за виразом (3) Smax  10 , або S  20 дБ . Таким чином, результуючий виграш у завадостійкості запропонованого способу при порівнянні з прототипом складає Smax  S  20  20  40 дБ . Технічно-економічна ефективність запропонованого способу полягає у виграші в завадостійкості, який складає 40 дБ. 45 3 UA 104908 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 Спосіб зв'язку в широкосмугових системах, який полягає в тому, що рівні часові затримки сигналів у кожному каналі зв'язку на передавальному і приймальному кінцях системи передачі інформації формують за допомогою блока селекції входів мультиплексора, причому сигнали з виходів всіх каналів зв'язку послідовно із різною часовою затримкою підключають до блока вимірювання величини відношення сигнал-завада і вимірюють величину цього відношення у кожному з каналів зв'язку, при цьому заздалегідь визначають порогове значення величини відношення сигнал-завада, а також селектують канал зв'язку, в якому величина відношення сигнал-завада не менша порогової, який відрізняється тим, що формують широкосмуговий шумоподібний сигнал на основі застосування генератора шумоподібного сигналу, при цьому передспотворюють сигнал на передавальному кінці кожного з каналів системи передачі інформації, передають сформований сигнал паралельно на різних несучих частотах передавачів, причому на виходах приймачів затримують сигнали з різним часом затримки, коректують затримані сигнали для відтворення їх форми, після фільтрації та детектування адаптивно компенсують зосереджену або імпульсну заваду, при цьому синхронізують детектори приймального тракту від генератора шумоподібного сигналу, а також адаптивно змінюють несучі частоти передавачів у тому разі, коли величина відношення сигнал-завада менша заздалегідь заданої порогової величини. 4 UA 104908 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5