Пристрій для передачі і приймання інформації

Реферат: Пристрій для передачі і приймання інформації належить до електрозв'язку і призначений для підвищення завадостійкості систем передачі інформації. В пристрій введено компресор, експандер, перший блок керування, другий блок керування, блок порівняння, блок встановлення заданого порогового значення величини відношення сигнал-завада, третій блок керування і третій канал зворотного зв'язку. Технічний результат полягає в збільшенні в чотири рази виграшу в завадостійкості при порівнянні з прототипом за рахунок введення компандування передспотворенного сигналу та спрощення схеми передавального тракту. UA 103078 C2 (12) UA 103078 C2 UA 103078 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електрозв'язку і призначений для підвищення завадостійкості систем передачі інформації. Відомі аналогічні пристрої для передачі і приймання інформації, в яких для підвищення завадостійкості в умовах дії в каналах зв'язку флуктуаційних завад застосовується адаптивне передспотворення та коректування сигналу, що передається. Для вирішення цього виділяють за допомогою аналізу миттєвого спектра передспотворенного сигналу напругу постійного струму для адаптивного регулювання АЧХ передспотворюючого і коректуючого фільтрів (А.с. 1314466, МКИ Н04B 1/62; А.с. 1555868, МКИ Н04В 1/62; А.с. 1443183, МКИ Н04В 1/62; Пат. 68245А Україна, МПК (2004) Н04В 1/62; Пат. 77445А Україна, МПК (2006) Н04В 1/62). Найбільш близьким за технічною суттю до пристрою, що заявляється, є, вибраний як прототип, пристрій для передачі і приймання інформації (Пат. 68245А Україна, МПК (2004) Н04В 1/62). Недолік цього пристрою, а також аналогічних пристроїв (аналогів) полягає в тому, що лінійне амплітудне передспотворення сигналів, що передаються, призводить до збільшення динамічного діапазону передспотворенного сигналу. Оскільки в передавальному тракті системи передачі інформації таке збільшення не компенсується, відбувається значне спотворення сигналу, яке не може бути скоректоване у приймачі інформації. Крім того, у прототипі і аналогах немає змоги встановити чітко задане порогове значення відношення сигнал-завада у приймальному тракті системи передачі інформації. Це обумовлено тим, що в прототипі блок завдання такого порогу є відсутнім. У прототипі накопичення інформації відбувається як у передавальному, так і приймальному трактах, що значно ускладнює передавальний тракт, оскільки в ньому повинні бути включені блок накопичення, блок контролю переповнення обсягу блока накопичення, перший блок комутації для включення та відключення каналу зв'язку. На приймальному кінці системи також необхідно мати другий блок комутації для включення та відключення другого блока накопичення. Все це значно ускладнює систему. Крім того, може скластися така ситуація, коли порушується узгодження в роботі накопичувачів інформації, які розташовані в різних трактах, тобто переповнення обсягу одного з накопичувачів не відповідає умовам переповнення обсягу другого або навпаки. Таким чином, перераховані недоліки прототипу свідчать про низьку його ефективність. В основу винаходу поставлена задача підвищення завадостійкості пристрою шляхом введення нелінійного передспотворення та нелінійного коректування сигналу, перенесенню операції накопичення інформації у приймальний тракт, замість двох блоків комутації каналу зв'язку застосувати тільки один, який включений у передавальний тракт пристрою, а також введення на приймальному кінці порогового режиму роботи. Розв'язання цієї технічної задачі здійснюється тим, що в пристрою, який містить джерело інформації, адаптивний передспотворюючий фільтр, адаптивний компенсуючий фільтр, блок комутації, канал зв'язку, адаптивний відбілюючий фільтр, адаптивний коректуючий фільтр, блок накопичення інформації, приймач інформації, аналізатор миттєвого спектра передспотворенного сигналу, аналізатор миттєвого спектра суміші сигналу і завади, блок віднімання, перший канал зворотного зв'язку, другий канал зворотного зв'язку і канал управління, введені компресор, експандер, перший блок керування, другий блок керування, блок порівняння, блок встановлення заданого порогового значення величини відношення сигнал-завада, третій блок керування і третій канал зворотного зв'язку, причому послідовно сполучені джерело інформації, адаптивний передспотворюючий фільтр, компресор, адаптивний компенсуючий фільтр, блок комутації, канал зв'язку, адаптивний відбілюючий фільтр, адаптивний коректуючий фільтр, експандер, блок накопичення інформації та приймач інформації, при цьому вихід аналізатора миттєвого спектра передспотворенного сигналу сполучений зі входом першого блока керування, в вихід останнього – із другим (керуючим) входом адаптивного передспотворюючого фільтра і через канал управління з другим входом блока віднімання, а також з другим (керуючим) входом адаптивного коректуючого фільтра, а вихід останнього з'єднаний зі входом експандера, причому вихід блока віднімання сполучений зі входом другого блока керування, а вихід останнього з'єднаний з другим (керуючим) входом адаптивного відбілюючого фільтра, вихід якого підключений до першого входу адаптивного коректуючого фільтра, а також до входу аналізатора миттєвого спектра суміші сигналу і завади, причому вихід другого блока керування сполучений через перший канал зворотного зв'язку з другим (керуючим) входом адаптивного компенсуючого фільтра, а також із першим входом блока порівняння, на другий вхід якого подається сигнал з виходу блока встановлення заданого порогового значення величини відношення сигнал-завада, при цьому вихід блока порівняння з'єднаний зі входом третього блока керування, а вихід останнього через другий канал зворотного зв'язку сполучений з другим входом блока комутації, на третій вхід останнього 1 UA 103078 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 подається керуючий сигнал з виходу третього каналу зворотного зв'язку, вхід якого з'єднаний з виходом блока контролю переповнення блока накопичення, а також зі входом третього каналу зворотного зв'язку. При порівнянні з прототипом запропонований пристрій забезпечує підвищення завадостійкості системи передачі інформації у випадку дії в каналі зв'язку адитивних, флуктуаційних, зосереджених і імпульсних завад, що мають відносно великий рівень при порівнянні з сигналом, що передається, а також при глибоких завмираннях сигналу. Це досягається тим, що застосовується компаундування сигналу, яке виконується за допомогою компресора і експандера. Останнє призводить до заміни лінійного передспотворення та коректування сигналу на нелінійне, що дає змогу одержати додатковий виграш у завадостійкості. Крім того, введення нових блоків керування та блока встановлення заданого порогового значення відношення сигнал-завада, а також перенесення операції накопичення інформації у приймальний тракт пристрою та здійснення комутації каналу зв'язку тільки у передавальному тракті дозволяють додатково підвищити завадостійкість пристрою. Структурна схема запропонованого пристрою зображена на кресленні. Вона містить наступні блоки і канали: послідовно сполучені джерело інформації 1, адаптивний передспотворюючий фільтр 2, компресор 3, адаптивний компенсуючий фільтр 4, блок комутації 5, канал зв'язку 6, адаптивний відбілюючий фільтр 7, адаптивний коректуючий фільтр 8, експандер 9, блок накопичення інформації 10, приймач інформації 11; у схему входять також перший блок керування 12, аналізатор миттєвого спектра передспотворенного сигналу 13, перший канал зворотного зв'язку 14, аналізатор миттєвого спектра суміші сигналу і завади 15, другий канал зворотного зв'язку 16, блок контролю переповнення блока накопичення 17, третій канал зворотного зв'язку 18, другий блок керування 19, блок віднімання 20, третій блок керування 21, канал управління 22, блок порівняння 23 і блок встановлення заданого порогового значення величини відношення сигнал-завада 24. При цьому вихід першого блока керування з'єднаний з другим (керуючим) входом адаптивного передспотворюючого фільтра, а також зі входом каналу управління, а вихід адаптивного передспотворюючого фільтра - зі входом аналізатора миттєвого спектра передспотворенного сигналу. Вихід другого блока керування підключений до другого (керуючого) входу адаптивного відбілюючого фільтра і одноразово до першого входу блока порівняння, а також через перший канал зворотного зв'язку – до другого (керуючого) входу адаптивного компенсуючого фільтра. Вихід каналу управління з'єднаний із другим входом блока віднімання, а також із другим (керуючим) входом адаптивного коректуючого фільтра, перший вхід якого підключений до входу аналізатора миттєвого спектра, а вихід останнього - до першого входу блока віднімання. Вихід блока порівняння сполучений зі входом третього блока керування, вихід якого через другий канал зворотного зв'язку підключений до другого входу блока комутації. Вихід блока встановлення порогового значення величини відношення сигналзавада сполучений з другим входом блока порівняння. Вихід блока накопичення інформації підключений до входу блока контролю переповнення блока накопичення, а вихід останнього з'єднаний з другим входом цього блока, а також через третій канал зворотного зв'язку - із третім входом блока комутації. Адаптивні передспотворюючий і коректуючий, а також компенсуючий і відбілюючий фільтри відомі [Маригодов В.К., Бабуров Э.Ф., Матвеев Ю.В. Теоретико-игровой синтез систем передачи и обработки информации: монография. - Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2006. - 187 с.]. Аналізатори миттєвих спектрів передспотворенного сигналу і суміші спектрів сигналу і завади 4 відомі і виконані згідно з А.с. 146367, Кл. 21 а , 71. Інші блоки схеми є стандартними або їх побудова на елементах обчислювальної техніки сумнівів не визиває. Запропонований пристрій функціонує таким чином. З виходу джерела інформації 1 сигнал, що передається, надходить через адаптивний передспотворюючий фільтр 2, який має регульовану АЧХ, до входу компресора 3, що призначений для стиску динамічного діапазону передспотворенного сигналу. З виходу компресора сигнал подається до входу адаптивного компенсуючого фільтра 4. Останній призначений для компенсації спотворення сигналу, яке відбувається у відбілюючому фільтрі 7, що повинен відбілювати тільки заваду, якщо її спектр відрізняється від білого шуму. На виході компенсуючого фільтра включений блок комутації 5, а вихід останнього сполучений зі входом каналу зв'язку 6. На виході каналу зв'язку (в приймальному тракті) після відбілюючого фільтра включений адаптивний нелінійний коректуючий фільтр, який має в своєму складі послідовно сполучені адаптивний коректуючий фільтр 8 і експандер 9. Коректуючий фільтр призначений для відтворення форми передспотворенного сигналу, а еспандер – для відтворення стиснутого у компресорі динамічного діапазону сигналу. 2 UA 103078 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Для адаптивного регулювання АЧХ передспотворюючого і коректуючого фільтрів використовується керуючий сигнал у вигляді напруги постійного струму, який формується на виході першого блоку керування 12 і подається на другий (керуючий) вхід адаптивного передспотворюючого фільтра 2 і через канал управління 22 – на другий (керуючий) вхід адаптивного коректуючого фільтра 8. Адаптивне регулювання АЧХ адаптивних компенсуючого 4 і відбілюючого 7 фільтрів виконується таким чином. Аналізатор миттєвого спектра адитивної суміші сигналу і відбіленої завади 15, який включений на виході адаптивного відбілюючого фільтра 7, на своєму виході формує сигнал у вигляді напруги постійного струму, який подається до першого входу блока віднімання 20. На другий вхід цього блока підключений керуючий сигнал з виходу каналу управління 22. Результуючий сигнал постійного струму з виходу блока віднімання подається до входу другого блока керування 19, на виході якого формується керуючий сигнал у вигляді напруги постійного стуму. Останній використовується для регулювання АЧХ адаптивних компенсуючого 4 і відбілюючого 7 фільтрів. Для цього керуючий сигнал підключено до другого керуючого входу відбілюючого фільтра і через перший канал зворотного зв'язку 14 - до другого (керуючого) входу компенсуючого фільтра. Режим переривання каналу зв'язку 6 забезпечується за допомогою блока комутації 5, який має три входи. На його перший вхід підключений інформаційний сигнал з виходу компенсуючого фільтра 4, який при замиканні першого входу з виходом підключає цей сигнал до входу каналу зв'язку 6. Для забезпечення переривання цього каналу виконується наступне. Керуючий сигнал з виходу другого блока керування 19 надходить до першого входу блока порівняння 23, на другий вхід якого подається порогова напруга з виходу блока встановлення заданого порогового значення величини відношення сигнал-завада 24. У тому випадку, коли постійна напруга, яка надходить до першого блока порівняння, більша або однакова з порогом, третій блок керування 21 через другий канал зворотного зв'язку 16 і блок комутації 5 підключає вихід компенсуючого фільтра до входу каналу зв'язку. Якщо ця умова не виконується, відбувається відключення каналу зв'язку. Ці операції (включення та відключення) виконуються за допомогою керуючого сигналу з виходу другого каналу зворотного зв'язку, вихід якого з'єднаний із другим (керуючим) входом блока комутації. Вихід адаптивного коректуючого фільтра 8 сполучений зі входом експандера 9, а вихід останнього – із першим входом блока накопичення 10, з виходу якого накопичений сигнал, що несе інформацію про повідомлення, що передається, подається на вхід приймача інформації 11. У випадку переповнення обсягу блока накопичення блок контролю переповнення обсягу цього блока 17 на своєму виході виробляє керуючий сигнал, який подається до другого входу блока накопичення для його відключення, а також через третій канал зворотного зв'язку 18 на третій вхід блока комутації. При надходженні цього керуючого сигналу блок комутації відключає канал зв'язку. Таким чином переривання каналу зв'язку відбувається у двох випадках: 1) коли керуючий сигнал з виходу другого блока керування 19 стає менше, ніж порогове значення, яке формується блоком встановлення порогу; 2) при переповненні обсягу блока накопичення. Наведемо розрахунок виграшу, що має бути одержаним від використання запропонованого пристрою. Згідно з енергетичним критерієм оцінювання ефективності оптимального нелінійного передспотворення та коректування виграш у завадостійкості можна визначити за виразом [Зиборов С.Р., Маригодов В.К. Функциональные преобразователи с дискретным компандированием сигнала: монография. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – С. 134] S max   0 2      0  Gd    0 Nd GNd    2 , (1) де 50  – виграш у завадозахищеності, який досягається за рахунок застосування компандування сигналу (компресор + експандер); G,N – спекральні щільності потужностей відповідних сигналу і адитивної завади;  – ефективна смуга частот каналу зв'язку. Оскільки у прототипі  =1, а інша частина формули (1) при G  G0  const і N  N0  const , що досягається за рахунок лінійного передспотворення та лінійного коректування сигналу, то Smax  1. 3 UA 103078 C2 Зробимо оцінку виграшу в завадостійкості запропонованого інформації відбувається по каналу зв'язку з дуже глибокими відповідає випадкові великого рівня завад і навіть наявності завмирань величина відношення енергії елемента сигналу 5 пристрою. Нехай передача завмираннями сигналу, що перерви зв'язку. У процесі (при передачі дискретних повідомлень) до спектральної щільності адитивної завади h 2 змінюється пропорційно  2 , де  – коефіцієнт передачі каналу. Для переривистого режиму роботи останнього можна записати [Марігодов В.К. Оптимальна обробка інформації в каналах зв'язку: монографія. – К.: Техніка, 1972. - С. 191] h2  2 2 h , 2 0 0 (2) 10 15 2 де  0   2 – середньоквадратичне значення  ; h 0 – математичне очікування дискретної величини h 2 , тобто середнє значення, причому осереднення виконується як по значенням  , так і по сигналам, що відповідають різним символам абетки повідомлення. Випадкові величини  і  0 у виразі (2) залежать від статистичних характеристик каналу зв'язку, що повільно змінюються при завмираннях. Нехай сигнал, що передається по каналу зв'язку, моделюється узагальненим телеграфним сигналом зі спектральною щільністю потужності G  20 2 2 ,  2  2 (3) де  – коефіцієнт, що характеризує швидкість експоненційного спаду кореляційної функції сигналу;  2 – дасперсія сигналу;  – колова частота. Оскільки відбілена завада має спектральну щільність потужності N  N0  const , то використовуючи (1) для сигналу зі спектром (3), одержуємо Smax      arctg   . 2  (4)    ln    1   2 2  /         25 Нехай для передачі повідомлень використовується канал тональної частоти із параметрами: 30    .   2  3,1 10 3 рад/с;   1c 1 ;  2 / N0   . З урахуванням цих даних h 2  arctg     2 Максимальне значення hmax  2  h 2 , де  =2…5 [Зиборов С.Р., Маригодов В.К. Фунциональные преобразователи с дискретным компандированием сигнала: монография. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – С. 135]. 2 2 Для розрахунку порогових величин h п і hп max виберемо такі значення: 2 п  2  2. 2 0 0 У цій нерівності  п – порогова величина коефіцієнта передачі каналу зв'язку. Знаючи величину цього відношення, можна визначити параметри: 35 2 h 0 max  2 2 , h 2 max 0 (5) 4 UA 103078 C2 2 hп  2 п 2 . h 2 0 max 0 (6) Оптимальний виграш у завадостійкості запропонованого пристрою у можна визначити, використовуючи таблицю 10 [Марігодов В.К. Оптимальна обробка інформації в каналах зв'язку: 2  0,1  =3,18; п  1 ;  =27,2. Ці дані 2 2 0 0 враховується компандування сигналу. Оскільки в монографія. – К.: Техніка, 1972, – С. 193]. Тоді при 5 належать до випадку, коли не 2 п запропонованому пристрою воно має місце, то при  =2 одержуємо  =3,18·  2 =12,72;  =27,2·  2 =108,8. Таким чином, економічна ефективність запропонованого пристрою полягає у збільшенні в чотири рази виграшу в завадостійкості при порівнянні з прототипом. 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 30 35 40 Пристрій для передачі і приймання інформації, який містить джерело інформації, адаптивний передспотворюючий фільтр, адаптивний компенсуючий фільтр, блок комутації, канал зв'язку, адаптивний відбілюючий фільтр, адаптивний коректуючий фільтр, блок накопичення інформації, приймач інформації, аналізатор миттєвого спектра передспотворенного сигналу, аналізатор миттєвого спектра суміші сигналу і завади, блок контролю переповнення блока накопичення, блок віднімання, перший канал зворотного зв'язку, другий канал зворотного зв'язку і канал управління, який відрізняється тим, що в пристрій введені компресор, експандер, перший блок керування, другий блок керування, блок порівняння, блок встановлення заданого порогового значення величини відношення сигнал-завада, третій блок керування і третій канал зворотного зв'язку, причому джерело інформації, адаптивний передспотворюючий фільтр через перший вхід, компресор, адаптивний компенсуючий фільтр через перший вхід, блок комутації, канал зв'язку, адаптивний відбілюючий фільтр через перший вхід, адаптивний коректуючий фільтр через перший вхід, експандер, блок накопичення інформації та приймач інформації сполучені послідовно, при цьому вихід аналізатора миттєвого спектра передспотворенного сигналу сполучений зі входом першого блока керування, в вихід останнього - із другим, керуючим входом адаптивного передспотворюючого фільтра і через канал управління з другим входом блока віднімання, а також з другим, керуючим входом адаптивного коректуючого фільтра, а вихід останнього з'єднаний зі входом експандера, причому вихід блока віднімання сполучений зі входом другого блока керування, а вихід останнього з'єднаний з другим, керуючим входом адаптивного відбілюючого фільтра, вихід якого підключений до першого входу адаптивного коректуючого фільтра, а також до входу аналізатора миттєвого спектра суміші сигналу і завади, причому вихід другого блока керування сполучений через перший канал зворотного зв'язку з другим, керуючим входом адаптивного компенсуючого фільтра, а також із першим входом блока порівняння, на другий вхід якого подається сигнал з виходу блока встановлення заданого порогового значення величини відношення сигнал-завада, при цьому вихід блока порівняння з'єднаний зі входом третього блока керування, а вихід останнього через другий канал зворотного зв'язку сполучений з другим входом блока комутації, на третій вхід останнього подається керуючий сигнал з виходу третього каналу зворотного зв'язку, вхід якого з'єднаний з виходом блока контролю переповнення блока накопичення, а також зі входом третього каналу зворотного зв'язку. 5 UA 103078 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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 6