Спосіб передавання цифрової інформації тропосферною лінією спеціального зв’язку

Реферат: Спосіб передавання цифрової інформації тропосферною лінією спеціального зв'язку з використанням надлишкового кодування, причому цифрова первинна інформаційна послідовність символів, до якої у передавальному тракті застосоване завадостійке (турбокод, код Ріда-Соломона, перемежування, згортковий код) та широкосмугове (псевдовипадкова Мпослідовність) кодування, випромінюється у вигляді фазоманіпульованого сигналу, у приймальному тракті детектується узгодженими фільтрами, вихідний сигнал (відгук) яких декодується завадостійким декодером (турбодекодер, декодери Вітербі, перемежування, РідаСоломона), при цьому синхронізувальні тактові імпульси для детектування фазомодульованого сигналу формуються шляхом накопичення вихідних відгуків узгоджених фільтрів. UA 119898 U (12) UA 119898 U UA 119898 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі дальнього тропосферного радіорелейного зв'язку і може бути використана при створенні засобів зв'язку спеціального призначення. Відомо спосіб автоматичного вибору оптимальної робочої частоти, реалізований фірмою "Моторола" при створенні станції тропосферного зв'язку AN/TRC-105WX. Згідно з цим способом, забезпечується автоматичний періодичний аналіз умов поширення радіосигналу у робочому діапазоні частот та вибір частоти з мінімальним згасанням. На вибраній частоті забезпечується передавання інформаційного пакета, а потім цикл вибору робочої частоти повторюється. Це дає можливість обійтися однією антеною, одним передавачем і одним приймачем. Недоліком цього способу є те, що термін аналізу спектра частот та переходу на оптимальну частоту знижує швидкість передавання інформації. Відомо також спосіб передавання інформації тропосферною лінією зв'язку з частотним рознесенням. Згідно з цим способом застосовується паралельна робота двох передавачів (робочі частоти яких відрізняються) на одну антену, але мають спільний модулятор, на який подається груповий сигнал від каналоутворювальної апаратури. Приймальна станція також має одну антену, до якої через диплексор підключені два приймачі, налаштовані на відповідні частоти передавачів. При певному рознесенні між частотами передавачів завмирання радіосигналів на входах приймачів виявляються практично некорельованими. Завдяки цьому забезпечується істотне зниження впливу швидких завмирань сигналу на якість приймання. Таке рознесення між двома частотами (двократне частотне рознесення) дозволяє обійтися однією антеною. Недоліком цього способу є необхідність використання двох передавачів і двох приймачів. Крім цього, до недоліків можна віднести значне ускладнення приймально-передавальних пристроїв для подальшого підвищення завадостійкості, зважаючи на необхідність забезпечення R-кратного (R>2) частотного рознесення, з використанням R передавачів і R приймачів. Найбільш близьким до заявленої моделі є спосіб передавання і приймання цифрової інформації тропосферною лінією зв'язку, оснований на частотному рознесенні сигналів [патент РФ № 2475962, МПК Н04В 7/22. Способ передачи и приема цифровой информации в тропосферных линиях связи // Опуб. 20.02.2013]. За цим способом у каналі передавача використовуються сигнали з лінійною частотною модуляцією (ЛЧМ), які мають затримки, що залежать від складових бінарного інформаційного сигналу. При цьому сигнал, що приймається, обробляється узгодженими фільтрами, які забезпечують виділення корисної інформації шляхом її стиснення з використанням селектувальних стробів і тактових імпульсів. Недоліком зазначеного способу є те, що випромінювання сигналів з ЛЧМ здійснюється не безперервно, а з деяким часовим інтервалом (із затримкою, залежною від складових бінарного інформаційного сигналу). Це, по-перше, знижує максимально можливу швидкість передавання інформації, а, по-друге, визначає імпульсний режим роботи передавача, який характеризується енергетичними втратами у моменти перехідного процесу. До недоліків цього способу також можна віднести певне зниження швидкості передавання інформації при використанні ЛЧМ пілот-сигналу та велику ймовірність перехоплення повідомлень, у разі несанкціонованого визначення частот сигналів передавача. Крім цього, цей спосіб не передбачає будь-яких додаткових засобів для боротьби з міжсимвольною інтерференцією інформаційного сигналу. Задачею корисної моделі, що заявляється, є зниження впливу міжсимвольної інтерференції та селективного федінгу (завмирань) на якість передавання цифрової інформації тропосферною лінією спеціального зв'язку, підвищення її стійкості до штучно створених завад, а також спрощення апаратної реалізації її приймально-передавальних пристроїв. Поставлена задача вирішується запровадженням завадостійкого та псевдовипадкового канального кодування первинного цифрового інформаційного сигналу (шляхом введення до його складу великого обсягу надлишкової інформації). При цьому на передавальному кінці тропосферної радіолінії у навколишній простір випромінюється широкосмуговий сигнал із смугою частот набагато більшою від смуги частот первинного інформаційного сигналу. На приймальному кінці виконуються операції щодо детектування отриманого широкосмугового сигналу, декодування і виділення первинного цифрового інформаційного сигналу з корекцією помилок, які утворилися у результаті дії несприятливих факторів при розповсюдженні сигналу через тропосферну радіолінію. У результаті забезпечується зменшення впливу: міжсимвольної інтерференції - завадостійким кодуванням у вигляді поблокового кодування, наприклад, турбокодами чи кодами Ріда-Соломона з наступним перемежуванням (зміна порядку символів інформаційного сигналу) та згортковим кодуванням (коди з автоматичною корекцією одиничних помилок), що дає можливість забезпечити виявлення та часткову корекцію групових помилок, а також перетворення групових помилок у одиничні та подальшу їх корекцію; 1 UA 119898 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 селективного федінгу, природних та штучно створених завад - кодуванням псевдовипадковими кодами, наприклад кодами максимальної довжини (М-послідовностями). При реалізації методу пріоритетним є використання широкосмугових сигналів для фазової маніпуляції частоти-носія та їх детектування шляхом стиснення узгодженими фільтрами з формуванням синхронізувальної тактової послідовності при накопиченні вихідних відгуків узгоджених фільтрів. Необхідним також є використання завадостійкого кодування первинного інформаційного сигналу та його декодування з автоматичною корекцією помилок. На фіг. 1 представлена структурна схема передавального тракту пристрою, що реалізує запропонований спосіб, на фіг. 2 представлена структурна схема приймального тракту цього пристрою, на фіг. 3 представлені: а) - вихідний сигнал кодера згорткового коду, б) - вихідний сигнал кодера псевдовипадкової М-послідовності, в) - вихідний сигнал передавального тракту, г), д), e) та є) - вихідні сигнали узгоджених фільтрів при прийманні М-послідовностей для різних кодових комбінацій, ж) - об'єднаний у часі вихідний сигнал узгоджених фільтрів, з) - вихідний сигнал приймального тракту. Передавальний тракт пристрою містить кодери Ріда-Соломона з поблоковим перемежуванням 1, згорткового коду 2 та псевдовипадкової М-послідовності 3, генератор частоти-носія з фазовим маніпулятором 4 та модуль синхронізації передавача 5. Приймальний тракт пристрою містить перетворювач частоти 7, модуль узгоджених фільтрів 8, модуль виділення інформаційних сигналів 9, декодери згорткового коду за алгоритмом Вітербі 10 та Ріда-Соломона з поблоковим перемежуванням 11, суматор 12, накопичувач 13, модуль синхронізації приймача 14. Запропонований спосіб полягає у наступному. У передавальному тракті пристрою забезпечується каскадне завадозахищене кодування інформаційного сигналу з тактовою частотою Т0 для підвищення достовірності передавання інформації при наявності у радіолінії завад у вигляді міжсимвольної інтерференції та селективного федінгу. Спочатку інформаційний сигнал І0-ПРД(t) подається на кодер РідаСоломона з поблоковим перемежуванням 1, вихідним сигналом якого є кодова послідовність І1ПРД(t). Кодування Ріда-Соломона забезпечує надлишкове кодування кодових слів (блоків) інформаційного сигналу І0-ПРД(t) і використовується для виправлення у приймальному тракті пристрою залишкових помилок після використання згорткових кодів за алгоритмом Вітербі, способів послідовного чи решітчастого кодування або турбокодів. Здатність кодів РідаСоломона до виправлення помилок залежить від кількості використаних надлишкових байтів інформації та має порогову властивість, яка залежить від його параметрів. Перемежування інформаційних блоків, яке використовується у кодах Ріда-Соломона, полягає у змішуванні блоків таким чином, що потік помилок розподіляється серед певної кількості кодових слів, покращуючи характеристики щодо виправлення помилок. Далі кодова послідовність І1-ПРД(t) надходить на кодер згорткового коду 2, в якому, для боротьби з одиничними помилками, кожний символ вхідної інформації, який складається із певної кількості біт, перетворюється у символ вихідної інформації І2-ПРД(t) з більшою кількістю біт. Вихідний сигнал І2-ПРД(t) кодера згорткового коду 2 подається на кодер псевдовипадкової Мпослідовності 3, в якому кожним к символам кодованої послідовності І2-ПРД(t) ставиться у відповідність т символів псевдовипадкової двійкової М-послідовності І3-ПРД(t). При цьому псевдовипадкова М-послідовність є спеціально підібраною за критеріями максимальної автокореляційної та взаємокореляційної функцій та мінімального рівня їх бокових пелюстків. Кодова послідовність І2-ПРД(t) кодера згорткового коду 2 подається на вхід кодера псевдовипадкової М-послідовності 3, вихідний сигнал І3-ПРД(t) якого отримано шляхом заміщення кожної комбінації двох сусідніх символів кодової послідовності І2-ПРД(t) ("00", "10", "01" та "11") псевдовипадковою М-послідовністю із спеціально підібраного набору кодових послідовностей (у наведеному випадку набір складається із чотирьох псевдовипадкових М-послідовностей). Тривалість періоду М-послідовності Т=m*Т0, де m - кількість символів псевдовипадкової двійкової М-послідовності (у вибраному прикладі - 31), а Т0 - період тактової частоти Мпослідовності. Вихідний сигнал І3-ПРД(t) кодера псевдовипадкової М-послідовності 3 подається на генератор частоти-носія з фазовим маніпулятором 4 для перенесення його спектра на частоту-носій шляхом використання фазової маніпуляції. Отриманий вихідний сигнал І4-ПРД(t), після відповідного підсилення) через антенну систему випромінюється у простір. При цьому формування синхронізувальних сигналів для узгодженої роботи складових частин передавального тракту забезпечується модулем синхронізації передавача 5. Обвідна спектра випромінюваного сигналу обумовлюється використаними кодовими послідовностями і має форму у вигляді кривої (sinx)/x. При швидкості передавання інформації 2 UA 119898 U 5 10 15 20 25 30 35 більше 2 Мбіт/сек. ширина основного пелюстка обвідної на рівні 3 дБ при довжині Мпослідовності більше 10 розрядів буде складати десятки мегагерц. У результаті, вихідний сигнал І4-ПРД(t) має суттєве (у десятки разів) надлишкове кодування і, відповідно, у десятки разів розширений спектр, що є ефективним засобом боротьби з селективним федингом. Таке каскадне завадозахищене кодування забезпечує максимально можливу корекцію як пакетних помилок певної кратності, так і незалежних одиничних помилок. Кожний з кодерів при одній і тій же смузі частот передавача знижує швидкість передавання інформації, тому для її збільшення у кодері Ріда-Соломона з поблоковим перемежуванням 1 може застосовуватися тільки перемежування. У приймальному тракті прийнятий сигнал перетворювачем частоти 7 переноситься на частоту проміжної частоти, яка відповідає центральній частоті узгоджених фільтрів, розміщених у модулі узгоджених фільтрів 8. Кожний з узгоджених фільтрів налаштований на притаманну тільки йому кодову комбінацію М-послідовності, тому при її проходженні на виході фільтра заявляється стиснутий відгук тривалістю, що дорівнює періоду Т 0 тактової частоти Мпослідовності. Вихідні сигнали ІУФ-00 - ІУФ-11 узгоджених фільтрів при прийманні М-послідовностей відповідають комбінаціям "00", "01", "10" та "11" сигналу І2-ПРД(t). Вихідний сигнал ІУФ- суматора 12, який є сумою об'єднаних у часі вихідних сигналів узгоджених фільтрів, подається на накопичувач 13. Накопичений за декілька десятків періодів Т М-послідовності сигнал використовується модулем синхронізації приймача 14 для формування сітки тактових частот приймача. Крім цього, вихідні сигнали модуля узгоджених фільтрів 8 надходять на модуль виділення інформаційних сигналів 9, де формується інформаційний сигнал І2-ПРМ(t) (у вигляді комбінації "00", "10", "01" та "11"), відповідно до того, на якому із узгоджених фільтрів заявляється максимальний, порівняно з іншими узгодженими фільтрами, стиснутий відгук. Прийнята кодова послідовність І2-ПРМ(t) маючи зсув у часі на один період псевдовипадкової послідовності Т (що не впливає на якість приймання інформації), з виходу модуля виділення інформаційних сигналів 9 надходить спочатку на декодер згорткових кодів за алгоритмом Вітербі (декодер Вітербі) 10, а потім - на декодер Ріда-Соломона з поблоковим перемежуванням 11. Якщо використовується режим роботи без кодування кодами Ріда-Соломона, то вихідний сигнал декодера згорткових кодів 10 декодується згідно з алгоритмом перемежування передавача. Запропонований спосіб є новим, оскільки дозволяє при простій реалізації (одна антена, один передавач та один приймач), за рахунок використання широкосмугових фазомодульованих сигналів, а також за рахунок введення каскадного кодування первинної цифрової послідовності (спочатку згортковими кодами, а потім псевдовипадкою М-послідовністю, а, у разі необхідності, ще і кодами Ріда-Соломона), скорегувати як пакетні помилки, так і незалежні помилки, що виникають внаслідок селективного федінгу та міжсимвольної інтерференції при розповсюдженні сигналу тропосферною лінією зв'язку. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 Спосіб передавання цифрової інформації тропосферною лінією спеціального зв'язку з використанням надлишкового кодування, який відрізняється тим, що цифрова первинна інформаційна послідовність символів, до якої у передавальному тракті застосоване завадостійке (турбокод, код Ріда-Соломона, перемежування, згортковий код) та широкосмугове (псевдовипадкова М-послідовність) кодування, випромінюється у вигляді фазоманіпульованого сигналу, у приймальному тракті детектується узгодженими фільтрами, вихідний сигнал (відгук) яких декодується завадостійким декодером (турбодекодер, декодери Вітербі, перемежування, Ріда-Соломона), при цьому синхронізувальні тактові імпульси для детектування фазомодульованого сигналу формуються шляхом накопичення вихідних відгуків узгоджених фільтрів. 3 UA 119898 U 4 UA 119898 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5