способ передачи дискретной информации в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочих частот и устройство, его реализующее

Формула изобретения

1. Способ передачи дискретной информации в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочих частот, включающий на передающем конце деление входного сигнала на блоки с равным количеством элементов, поблочную модуляцию сигнала на соответствующих частотах и последующее излучение модулированного сигнала в пространство, на приемном конце преобразование каждого блока сигнала на промежуточную частоту, демодуляцию сигнала и объединение блоков в исходный сигнал, отличающийся тем, что входной цифровой сигнал после деления на блоки перекодируют путем изменения порядка следования импульсов между блоками, при этом первые элементы каждого из исходных блоков подставляют в первый вновь сформированный блок с очередностью следования, соответствующей очередности исходных блоков, вторые элементы каждого из исходных блоков подставляют во второй вновь полученный блок с очередностью следования, соответствующей очередности исходных блоков, и так далее до последних элементов каждого из исходных блоков, после чего сигнал поблочно изменяют, увеличивая скорость следования импульсов, модулируют и излучают в пространство, а на приемном конце после демодуляции в обратном порядке преобразуют скорость информации, декодируют блоки так, что элементы первого блока подставляют первыми в каждый из блоков в соответствии с их очередностью следования, элементы второго блока подставляют вторыми в каждый из блоков в соответствии с их очередностью следования и так далее до последнего блока, а затем подают полученный сигнал на приемник информации.

2. Устройство передачи дискретной информации в режиме псевдослучайной перестройки рабочих частот, включающее источник информации, первый и второй генераторы псевдослучайной последовательности, первый и второй синтезаторы частот, модулятор, первое и второе антенные устройства, преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты, демодулятор, синхрогенератор и приемник информации, причем выход первого генератора псевдослучайной последовательности подключен к входу первого синтезатора частот, выход которого соединен с первым входом модулятора, выход модулятора подключен к входу первого антенного устройства, выход второго антенного устройства подключен к первому входу преобразователя частоты, выход которого соединен с входом усилителя промежуточной частоты, выход усилителя промежуточной частоты подключен к входу демодулятора, выход которого соединен с входом синхрогенератора, выход синхрогенератора подключен к входу второго генератора псевдослучайной последовательности, выход которого соединен с входом второго синтезатора частот, а выход второго синтезатора частот подключен к второму входу преобразователя частоты, отличающееся тем, что дополнительно введены первое и второе оперативные запоминающие устройства, первый и второй кодеры адреса записи, первый и второй кодеры адреса считывания, первый, второй, третий и четвертый делители частоты, первый и второй формирователи пачек импульсов, первый и второй генераторы тактовых импульсов, причем выход источника информации подключен к первому входу первого оперативного запоминающего устройства, выход которого соединен с входом модулятора, выход первого генератора тактовых импульсов подключен в параллель к входам первого и второго делителей частоты и к входу первого формирователя пачек импульсов, а выходы первого и второго делителей частоты и первого формирователя пачек импульсов подключены соответственно к входу первого кодера адреса записи, входу первого кодера адреса считывания и входу первого генератора псевдослучайной последовательности, выходы первого кодера адреса записи и первого кодера адреса считывания подключены к входам первого оперативного запоминающего устройства, выход демодулятора подключен к первому входу второго оперативного запоминающего устройства, выход которого соединен с входом приемника информации, выход второго генератора тактовых импульсов подключен в параллель к входам третьего и четвертого делителей частоты и к входу второго формирователя пачек импульсов, а выходы третьего и четвертого делителей частоты и второго формирователя пачек импульсов подключены соответственно к входу второго кодера адреса записи, входу второго кодера адреса считывания и входу второго генератора псевдослучайной последовательности, выход второго кодера адреса записи и второго кодера адреса считывания подключены к входам второго оперативного запоминающего устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиосвязи, а именно к передаче дискретной информации сигналами с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ).

Предлагаемый способ может быть использован в линиях коротковолновой (КВ) радиосвязи большой протяженности. Предлагаемое устройство передачи дискретной информации сигналами с ППРЧ может быть использовано в линиях КВ радиосвязи большой протяженности, когда необходимо использование средней и большей мощности.

Известен способ передачи информации, описанной в литературе: E. RIBCHESTER. THE JAGUAR-V FREQUENCY-HOPPING RADIO. Electronics and Power, 1981, September; IEEE Trans. 1988, COM-287. N 9, p. 1561; Горшков В.В. Куксин О.В. Рубцов С.А. Сухов А.В. Военные системы связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Зарубежная радиоэлектроника. N 3 1986 с. 3-13.

Однако недостатком этого способа передачи информации является то, что при поражении хотя бы одной частоты помехой происходит искажение передаваемого блока.

Известны устройства системы подвижной связи, предназначенные для связи сигналами с ППРЧ JAGUAR-A, SCHMITAR-H, наиболее полно описанные в статьях: E. RIBCHESTER. THE JAGUAR-V FREQUENCY-HOPPING RADIO. Electronics and Power, 1981, September; IEEE Trans. 1988, COM-287. N9, p. 1561; Горшков В.В. Куксин О. В. Рубцов С.А. Сухов А.В. Военные системы связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.

Зарубежная радиоэлектроника. N3 1986, с. 3-13. Однако недостатком этих устройств является то, что они не могут быть использованы для связи на большие расстояния, так как мощность их передатчиков незначительна. Использование передатчиков малой мощности обусловлено трудностями, вызванными сравнительно большим временем перестройки (0,1-2 с) передатчиков средней и большей мощности.

Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому способу передачи дискретной информации сигналами с ППРЧ является известный способ, описанный в статье: E. RIBCHESTER. THE JAGUAR-V FREQUENCY-HOPPING RADIO. Electronics and Power, 1981, September. Способ прототип включает на передающем конце деление входного сигнала на блоки с равным количеством элементов, их модуляцию на соответствующих частотах и последующее излучение в пространство, на приемном конце преобразование сигнала на промежуточную частоту, демодуляцию и объединение блоков.

Недостатком прототипа является то, что при поражении хотя бы одной частоты помехой происходит искажение передаваемого блока и для повышения достоверности требуется повторение искаженного блока на частотах, не подавленных помехой, что ведет к снижению скорости передачи информации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству связи сигналами с ППРЧ является радиостанция подвижной связи JAGUAR-A, описанная в статье E. RIBCHESTER. THE JAGUAR-V FREQUENCY-HOPPING RADIO. Устройство

прототип включает источник информации (ИИ), первый и второй генераторы псевдослучайной последовательности (ГПСП1, ГПСП2), первый и второй синтезаторы частот (СЧ1, СЧ2), модулятор (М), первое и второе антенные устройства (А1, А2), преобразователь частоты (ПЧ), усилитель промежуточной частоты (УПЧ), демодулятор (Д), синхрогенератор (СГ) и приемник информации (ПИ), причем выход первого генератора псевдослучайной последовательности подключен к входу первого синтезатора частот, выход которого соединен с первым входом модулятора, выход модулятора подключен к входу первого антенного устройства, выход второго антенного устройства подключен к первому входу преобразователя частоты, выход которого соединен с входом усилителя промежуточной частоты, выход усилителя промежуточной частоты подключен к входу демодулятора, выход которого соединен с входом синхрогенератора, выход синхрогенератора подключен к входу второго генератора псевдослучайной последовательности, выход которого соединен с входом второго синтезатора частот, а выход второго синтезатора частот подключен к второму входу преобразователя частоты. На передающем конце входной цифровой сигнал делят на блоки с равным количеством элементов, СЧ1 по закону, определяемому ГПСП1, формирует несущие сигналов необходимой частоты, которые подают на второй вход М, с выхода которого модулированный сигнал подают на А1 и излучают, пространство. На приемном конце сигнал, принятый А2, подают на первый вход ПЧ, на второй вход которого подают колебание соответствующей частоты, сформированное СЧ2, по закону, определяемому ГПСП2. После преобразования по частоте сигнал усиливается в УПЧ и демодулируется в D. СГ по сигналу с выхода D синхронизирует ГПСП2 с ГПСП1. После демодуляции информационный сигнал объединяют в исходную последовательность.

Недостатком прототипа является то, что при поражении хотя бы одной частоты помехой происходит искажение всего блока. Кроме того, прототип не может быть использован для связи на большие расстояния, так как мощность его передатчика невелика. Использование передатчика малой мощности обусловлено трудностями, вызванными сравнительно большим временем перестройки (0,1-2с) передатчиков средней и большей мощности. Уменьшение времени перестройки передатчика возможно за счет использования в них широкополосных усилителей мощности (УМ) и согласующих устройств. Однако расширение полосы усиления приводит к уменьшению КПД передатчика, а также увеличивает его побочные излучения. Появляется противоречие между временем перестройки передатчика и требованием к его КПД.

Целью предлагаемого способа передачи дискретной информации в радиолинии с ППРЧ является повышение достоверности передачи информации в радиолинии с ППРЧ.

Цель достигается тем, что в способе передачи дискретной информации, включающем на передающем конце деление входного сигнала на блоки с равным количеством элементов, их модуляцию на соответствующих частотах и последующее излучение в пространство, на приемном конце преобразование сигнала на промежуточную частоту, демодуляцию и объединение блоков, входной цифровой сигнал после деления на блоки перекодируют путем изменения порядка следования импульсов между блоками, после чего сигнал поблочно изменяют, увеличивая скорость следования импульсов, после чего сигнал модулируют и излучают в пространство, а на приемном конце после демодуляции в обратном порядке преобразуют скорость информации, декодируют блоки и подают на приемник информации. Перекодирование производят так, что 1 элемент 1 блока становится 1 элементом 1 блока, 2 элемент 1 блока становится 1 элементом 2 блока, L элемент 1 блока становится 1 элементом L блока, 1 элемент 2 блока становится 2 элементом 1 блока, 2 элемент 2 блока становится 2 элементом 2 блока, L элемент 2 блока становится 2 элементом L блока, 1 элемент N блока становится N элементом 1 блока, 2 элемент N блока становится N элементом 2 блока, L элемент N блока становится N элементом L блока. Используя для передачи коды с исправлением ошибок, имеется возможность осуществить безошибочный прием информации. То есть в зависимости от исправляющей способности кода возможно исправление ошибок при поражении числа частот, равного исправляющей способности кода.

Целью предлагаемого устройства передачи дискретной информации в режиме ППРЧ является реализация возможности использования передатчиков большой и средней мощности с длительным временем перестройки с одной частоты на другую и повышение достоверности принимаемой информации.

Цель достигается тем, что в известном устройстве передачи дискретной информации, включающем ИИ, ГПСП1, ГПСП2, СЧ1, СЧ2, М, А1, А2, ПЧ, УПЧ, Д, СГ и ПИ, причем выход первого генератора псевдослучайной последовательности подключен к входу первого синтезатора частот, выход которого соединен с первым входом модулятора, выход модулятора подключен к входу первого антенного устройства, выход второго антенного устройства подключен к первому входу преобразователя частоты, выход которого соединен с входом усилителя промежуточной частоты, выход усилителя промежуточной частоты подключен к входу демодулятора, выход которого соединен с входом синхрогенератора, выход синхрогенератора подключен к входу второго генератора псевдослучайной последовательности, выход которого соединен с входом второго синтезатора частот, а выход второго синтезатора частот подключен к второму входу преобразователя частоты, дополнительно введены первое и второе оперативные запоминающие устройства (ОЗУ1, ОЗУ2), первый и второй кодеры адреса записи (КАЗ1, КАЗ2), первый и второй кодеры адреса считывания (КАС1, КАС2), первый, второй, третий и четвертый делители частоты (ДЧ1, ДЧ2, ДЧ3, ДЧ4), первый и второй формирователи пачек импульсов (ФПИ1, ФПИ2), первый и второй генераторы тактовых импульсов (ГТИ1, ГТИ2). Причем выход ИИ подключен к первому входу ОЗУ1, выход которого соединен с входом М, выход ГТИ1 подключен в параллель к входам ДЧ1, ДЧ2, и ФПИ1, а выходы ДЧ1, ДЧ2 и ФПИ1 подключены соответственно к входу КАЗ1, КАС1 и ГПСП1, выходы КАЗ1 и КАС1 подключены к входам ОЗУ1, выход Д подключен к первому входу ОЗУ2, выход которого соединен с входом ПЧ, выход ГТИ2 подключен в параллель к входам ДЧ3, ДЧ4 и ФПИ2, а выходы ДЧ3, ДЧ4 и ФПИ2 подключены соответственно к входу КАЗ2, КАС2 и ГПСП2, выходы КАЗ2 и КАС2 подключены к входам ОЗУ2.

Входной цифровой сигнал записывают в ОЗУ1 в ячейки, согласно командам КАЗ1. Когда будет записано N блоков, по команде КАС1 информационной сигнал считывают из ОЗУ1 поблочно со скоростью, необходимой для передачи. При этом осуществляют перекодирование блоков. Считываемый из ОЗУ1 сигнал модулируют на частотах, определяемых ГПСП1, причем каждый блок модулируют на следующей частоте. ГТИ1, ДЧ1, ДЧ2 и ФПИ1 необходимы для общей синхронизации. На приемном конце сигнал после демодуляции записывают с ОЗУ2 в ячейки, определяемые КАЗ2. Когда в ОЗУ2 будет записано N блоков сигнала, то по команде КАС2 производят считывание элементов из ОЗУ2 в ПИ со скоростью исходного сигнала, одновременно его декодируя.

Предлагаемое устройство передачи информации сигналами с ППРЧ обеспечивает реализацию возможности использования передатчиков большой и средней мощности с длительным временем перестройки с одной частоты на другую и повышения достоверности принимаемой информации.

На фиг. 1 показана структурная схема, поясняющая сущность заявляемого устройства передачи дискретной информации в режиме ППРЧ;

на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие заявленный способ передачи дискретной информации в режиме ППРЧ;

на фиг. 3 структурная схема, поясняющая принцип работы блоков кодеров адреса записи и кодеров адреса считывания на примере блока КАЗ1 5;

на фиг. 4 структурная схема ФПИ1.

Реализация предлагаемого способа заключается в следующем. Поступающий из ИИ входной дискретный сигнал со скоростью V₁ условно делят на блоки. В каждом блоке по L элементов (фиг. 2a). Каждому элементу (биту) информации присваивают номер и записывают в соответствующую ячейку памяти ОЗУ (фиг. 2в). При записи в ОЗУ N блоков информационного сигнала и общем объеме записанной информации NL начинают передачу сообщения. Однако считывание информации производят в порядке, отличающемся от записи и с другой скоростью V₂, в несколько раз выше скорости записи V₁. Порядок считывания информационного сигнала поясняется фиг.2в, 2г, 2д. В первый блок объединяют первые элементы каждого из N исходных блоков, во второй блок вторые элементы каждого из N исходных блоков, в L блок каждые L-е элементы из N из исходных блоков. При этом число блоков становится равным L, а число элементов в блоке N. Считываемые из ОЗУ элементы модулируют и излучают в пространство. Каждый из L блоков модулируют на частоте, задаваемой генератором псевдослучайной последовательности. По завершении передачи блока информации дают команду на перестройку СЧ и УМ передающего устройства на следующую частоту (фиг.2е). При этом время, затрачиваемое на передачу блока, равно

t_изл1 N/V₂

Общее время передачи всех L блоков

t_общ LN/V₁

Время непосредственного излучения для всех L блоков

t_{изл L} t_изл1L

Время на перестройку передатчика будет определяться

t_пер (t_общ t_{изл L})/L

Например N=128 бит, L=8 бит, V₁=50 бит/с, V₂=1200 бит/с.

t_изл 128/1200 0,11 с

t_общ 1288/50 20,48 с

t_{изл L} 0,118 0,88 c

t_пер (20,48 0,88)/8 2,45 с

Следовательно, для перестройки передатчика выделяется 2,45 с. Варьируя значениями L, N, V₁, V₂, можно добиться оптимального для конкретного передатчика времени перестройки.

На приемном конце радиолинии сигнал переносят на промежуточную частоту, усиливают, демодулируют и декодируют. Декодирование проводят в обратном кодированию порядке. Принятые элементы записывают в ячейки памяти, соответствующие их номерам при передаче (фиг.2д). После завершения приема NL бит информации элементы считывают со скоростью V₁ в том же порядке, в каком записывали на передающем конце. В результате на выходе приемного устройства формируется исходная последовательность.

Повышение достоверности передачи достигается тем, что при "поражении" одной частоты из выделенных для связи искажается не целый блок информационного сигнала, а по одному элементу из каждого блока. Используя для передачи коды с исправлением ошибок, имеется возможность осуществить безошибочный прием информации. То есть в зависимости от исправляющей способности кода возможно исправление ошибок при поражении числа частот, равного исправляющей способности кода.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает:

возможность применения в КВ радиолиниях с ППРЧ передатчиков большой и средней мощности с длительным временем перестройки;

повышение достоверности передачи информации.

Устройство передачи дискретной информации, реализующее заявленный способ, представлено структурной схемой на фиг.2. Оно состоит из передающей и приемной частей.

Передающая часть включает источник информации 1, первое оперативное запоминающее устройство 2, модулятор 3, первое антенное устройство 4, первый кодер адреса записи 5, первый кодер адреса считывания 6, первый синтезатор частот 7, первый генератор тактовых импульсов 8, первый 9 и второй 10 делители частоты, первый формирователь пачек импульсов 11, первый генератор псевдослучайной последовательности 12.

Приемная часть включает второе антенное устройство 13, преобразователь частоты 14, усилитель промежуточной частоты 15, демодулятор 16, второе оперативное запоминающее устройство 17, приемник информации 18, второй генератор псевдослучайной последовательности 20, синхрогенератор 21, второй кодер адреса записи 22, второй кодер адреса считывания 23, третий 24, четвертый 25 делители частоты, второй формирователь пачек импульсов 26 и второй генератор тактовых импульсов 27. Причем выход ИИ 1 подключен к первому входу ОЗУ1 2, выход которого соединен с первым входом М 3. Выход М подключен к входу А1 4. Выход ГТИ1 8 соединен одновременно с входом ДЧ1 9, ДЧ2 10 и ФПИ1 11. Выход ДЧ1 9 подключен к входу КАЗ1 5, выход ДЧ2 10 к входу КАС1 6, а выход ФПИ1 11 к входу ГПСП1 12. Выходы КАЗ1 5 и КАС1 6 соединены соответственно с вторым и третьим входами ОЗУ1 2. Выход ГПСП1 12 соединен с входом СЧ1 7. Выход СЧ1 7 соединен с вторым входом М 3. Выход А2 13 подключен к первому входу ПЧ 14, выход которого соединен с входом УПЧ 15, выход УПЧ 15 подключен к входу Д 16, выход которого соединен с входом СГ 21. Выход СГ 21 подключен к входу ГПСП2 20, выход которого соединен с выходом СЧ2 19, а выход СЧ2 19 подключен к второму входу ПЧ 14. Кроме входа СГ 21 выход Д 16 соединен с первым входом ОЗУ2 17, выход которого соединен с входом ПИ 18, выход ГТИ2 27 подключен к входам ДЧЗ 24, ДЧ4 25 и ФПИ2 26. Выходы ДЧЗ 24, ДЧ4 25 и ФПИ2 26 подключены соответственно к входу КАЗ2 22, входу КАС2 23 и входу ГПСП2 20. Выходы КАЗ2 22 и КАС2 23 соединены с соответственно вторым и третьим входами ОЗУ2 17.

Кодеры адреса записи 5, 22 и кодеры адреса считывания 6, 23 могут быть идентичны. Один из вариантов их построения представлен на фиг. 3 на примере КАЗ1 5. Структурная схема состоит из счетчика (СЧ) 5.1 и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 5.2. Причем вход КАЗ (КАС) подключен к входу СЧ 5.1, выход СЧ 5.1 соединен с входом адреса ПЗУ 5.2. Выход ПЗУ 5.2 подключен к выходу КАЗ (КАС).

Формирователи пачек импульсов 11 и 26 идентичны и могут быть реализованы по схеме, показанной на фиг.4. ФПИ 11 (26) состоит из делителя частоты 11.1 и ключа 11.2. Вход делителя частоты 11.1 подключен к входу ключа 11.2 и является одновременно входом ФПИ 11 (26). Выход делителя частоты 11.1 подключен к второму входу ключа, выход которого является выходом ФПИ 11 (26).

Остальные элементы устройства могут быть построены по известным схемам, рассмотренным в литературе (Цифровые радиоприемные системы. /Под ред. М.И. Жодзинского. М. Радио и связь, 1990, с. 53-54, 68-80, 173-182; Павлов К.М. Радиоприемные устройства магистральной КВ связи. М. Связь, 1980, с. 54-57; Серков В. П. Распространение радиоволн и антенные устройства. Л. ВАС, 1981, с. 280-312; Диксон Р.К. Широкополосные системы. Перевод с англ. Л.Ф. Жигулина. /Под ред. В.И. Журавлева. М. Связь, 1979, с. 60-82.

Работает устройство следующим образом.

На передающем конце ГТИ1 вырабатывает импульсы общей синхронизации с частотой f₂ V₂. Эти импульсы подают на входы ДЧ1, ДЧ2 и ФПИ1. Здесь их параллельно обрабатывают. В делителе частоты 9 частоту доводят до значения f₁ V₁ и подают на первый выход (фиг.2б), в делителе частоты 10 доводят до величины, равной частоте следования ПСП1 (фиг.2е), а делитель 11.1 и ключ 11.2 образуют формирователь пачек импульсов с частотой заполнения f₂ и частотой пачек, равной частоте следования ПСП1 (фиг.2г). С выхода ДЧ1 на выход КАЗ1 подают импульсы записи (фиг.2б). Счетчик КАЗ1 считает входные импульсы и на выходе выдает число поступивших импульсов в двоичном коде. Это число является адресом ячейки ПЗУ, где хранится адрес для ОЗУ1. Сформированные адреса (фиг. 2в) подают на второй вход ОЗУ1, на первый вход которого подают информационный сигнал с ИИ в соответствии с фиг. 1а. Сформированные на выходе ДЧ2 пачки импульсов подают на вход КАС1. Его работа аналогична работе КАЗ1. С выхода КАС1 сформированный адрес подают на третий вход ОЗУ1, считанную последовательность подают на М. ГПСП1 формирует код требуемой частоты, который с выхода ГПСП1 подают на вход СЧ1. Синтезированную частоту подают на второй вход М. Модулированный сигнал с выхода М подают на А1 и излучают в пространство. На приемном конце модулированный сигнал принимает А2. С выхода А2 сигнал подают на первый вход ПЧ, на второй вход которого подают колебание с выхода СЧ2, сформированное по команде ГПСП2. Преобразованный по частоте сигнал с выхода ПЧ поступает на вход УПЧ, там его усиливают, а затем подают на вход Д. Демодулированный сигнал подают на вход СГ, выходом подключенный к входу ГПСП2 для синхронизации приемной и передающей частей, и на первый вход ОЗУ2. ГТИ2 вырабатывает импульсы с частотой f₂, необходимые для общей синхронизации приемной части. Импульсы с его выхода подают на входы ДЧ3, ДЧ4 и ФПИ2, работа которых аналогична работе ДЧ1, ДЧ2 и ФПИ1. Выход ФПИ2 формирует импульсы перестройки ГПСП2 на следующую частоту (фиг.2е). Выход ДЧ3 подключен к входу КАЗ2, работающего аналогично КАЗ1, и формирует импульсы записи (фиг. 2г). С выхода ДЧ4 импульсы считывания (фиг.2б) подают на КАС2. КАЗ2 и КАС2 формируют соответственно адреса записи и считывания, которые подают соответственно на второй и третий входы ОЗУ2. Считанную последовательность с выхода ОЗУ2 подают на вход ПИ. Перекодирование информационного сигнала и его поблочное сжатие производится в ОЗУ1, а декодирование и восстановление исходной скорости передачи в ОЗУ2.

Применение предлагаемого устройства в существующих КВ радиостанциях средней и большой мощности позволит использовать их в радиолиниях с ППРЧ.