способ формирования синхроимпульсов при приеме цифровых сигналов

Формула изобретения

Способ формирования синхроимпульсов, заключающийся в том, что принимают сигналы, включающие информационные сигналы, которые преобразуют в блоки данных с фиксированным количеством N ₀ данных, каждый из которых представляет собой импульсные r-разрядные сигналы в параллельном двоичном коде, сопровождаемые тактовыми импульсами и разделенные маркерами, и для реального временного положения каждого из маркеров вырабатывают синхроимпульсы М_прм, где М_прм - временное положение реального маркера, отличающийся тем, что для каждого выработанного синхроимпульса М_прм отсчитывают -k₁N₀, -(k ₁-1)N₀, -(k₁- 2)N₀, , -N₀, N₀, 2N₀, , (k₂-1)N₀, k₂N₀ данных, где N₀ фиксированное количество данных в блоке данных, a k₁ и k₂ - целые числа от 1 и более, для каждого выработанного синхроимпульса М_прм помечают границы отсчетов соответствующими сигналами с одинаковой амплитудой М_мним(- k₁), М_мним (-k₁+1), М_мним(-k₁+2), , М_мним(-1), М_мним(1), М_мним (2), , М_мним(k₂-1), М_мним(k ₂), усиливают сигналы М_мним(-k₁), М_мним(-k₁+1), М_мним(-k₁ +2), , М_мним(-1), М_мним(1), М_мним (2), , М_мним(k₂-1), М_мним(k ₂) и М_прм в соответствии с заданными коэффициентами усиления, для каждого выработанного синхроимпульса М_прм с одинаковыми реальными моментами времени складывают амплитуды усиленных сигналов М_мним(-k₁), М_мним (-k₁+1), М_мним(-k₁+2), , М_мним(-1), М_мним(1), М_мним (2), , М_мним(k₂-1), М_мним(k ₂) и М_прм, сравнивают каждую полученную суммарную амплитуду сигнала с установленным порогом и в случае превышения порога для каждой полученной суммарной амплитуды сигнала формируют регенерированный синхроимпульс М_рег, который вводят для каждого блока данных по временному местоположению соответствующего синхроимпульса М_мним или М_прм, и удаляют синхроимпульс М_прм при отсутствии соответствующего ему сформированного регенерированного синхроимпульса М_рег .

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиосвязи и может использоваться при приеме сигналов, содержащих блоки данных фиксированной длины.

Синхроимпульсы, которыми обычно разделяют блоки данных, формируют с использованием обнаруженных в принятом сигнале маркеров. Методы обнаружения маркера в принятом сигнале зависят от параметров, по которым он отличается, сигналов, содержащих данные (амплитуда, длительность, форма), а результаты обнаружения - от методов обнаружения.

Известен способ формирования синхроимпульсов с использованием маркеров в виде определенных кодовых комбинаций длиной N _марк битов каждая (т.е. отличающихся по форме). [TM Synchronization and Channel Coding, Recommendation for Space Data System Standards CCSDS 131.0-B-1, Issue 1, Blue Book, Consultative Committee for Space Data Systems, September, 2003., s.6], [Назаров А.В., Козырев Г.И., Шитов И.В. и др. Современная телеметрия в теории и на практике. Учебный курс. - СПб.: Наука и Техника, 2007. - 672 с., гл.5].

Для формирования синхроимпульсов в этом способе устанавливают допустимое количество N_{ош_доп} к в принятой маркерной комбинации для их идентификации. Если N_марк относительно велико, а N_{ош_доп} мало, то в условиях действия даже относительно слабых помех в канале связи велика вероятность необнаружения маркера. При увеличении N_{ош_доп} вероятность правильного обнаружения маркера увеличивается, но при этом увеличивается и вероятность обнаружения ложного маркера, что приводит к большим издержкам, чем необнаружение маркера. Причем при увеличении N _{ош_доп} при отсутствии искажений в принятом сигнале из-за случайных совпадений значений некоторых принятых данных с маркерной комбинацией вероятность обнаружения ложного маркера увеличивается.

Ограничение этого способа заключается в том, что при формировании текущего синхроимпульса свойства предыдущих и последующих синхроимпульсов не учитываются. Это приводит к ухудшению помехоустойчивости.

Известен другой способ формирования синхроимпульсов, в соответствии с которым синхроимпульс, выделенный из маркера, считается достоверным, если периоды следования предыдущих n синхроимпульсов, сформированных путем обнаружения соответствующих им n маркеров, соответствуют требуемым. [Справочник по телеметрии / Под ред. Э.Грюнберга. - М.: Машиностроение, 1979. - 484 с., с.202-208].

Недостаток этого способа состоит в том, что при формировании очередного синхроимпульса свойства предыдущих и последующих синхроимпульсов учитываются не достаточно полно, что в условиях помех, вызывающих сбои тактовых импульсов, может привести к необнаружению маркера или обнаружению ложного маркера.

Наиболее близким является способ формирования синхроимпульсов, в котором принимают сигналы, включающие информационные сигналы, которые преобразуют в блоки данных с фиксированным количеством N₀ данных, каждый из которых представляет собой импульсные r-разрядные сигналы в параллельном двоичном коде, сопровождаемые тактовыми импульсами и разделенные маркерами, и для реального временного положения каждого из маркеров вырабатывают синхроимпульсы М_прм , где М_прм - временное положение реального маркера [Справочник по телеметрии / Под ред. Э.Грюнберга. - М.: Машиностроение, 1979. - 484 с., с.202-208].

Это способ улучшен по сравнению с предыдущим. В нем синхроимпульс, выделенный из маркера, считается достоверным, если предыдущие m из n синхроимпульсов (m<n) следуют с заданной периодичностью.

Недостаток этого способа также состоит в том, что при формировании очередного синхроимпульса предыдущие и последующие синхроимпульсы учитываются не достаточно полно. Это в условиях помех, вызывающих сбои тактовых импульсов, также может привести к формированию ложных синхроимпульсов и не привести к формированию достоверных и нужных синхроимпульсов.

Решаемая изобретением задача - повышение надежности и эффективности приема сигналов за счет улучшения их синхронизации.

Технический результат изобретения заключается в повышении помехоустойчивости приема сигналов в условиях действия помех в канале связи.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном способе формирования синхроимпульсов, заключающемся в том, что принимают сигналы, включающие информационные сигналы, которые преобразуют в блоки данных с фиксированным количеством N ₀ данных, каждый из которых представляет собой импульсные r-разрядные сигналы в параллельном двоичном коде, сопровождаемые тактовыми импульсами и разделенные маркерами, и для реального временного положения каждого из маркеров вырабатывают синхроимпульсы М_прм, где М_прм - временное положение реального маркера, согласно изобретению для каждого выработанного синхроимпульса М_прм отсчитывают -k₁N₀, -(k ₁-1)N₀, -(k₁-2)N₀, , -N₀, N₀, 2N₀, , (k₂-1)N₀, k₂N₀ данных, где N₀ - фиксированное количество данных в блоке данных, a k₁ и k₂ - целые числа от 1 и более, для каждого выработанного синхроимпульса М _прм помечают границы отсчетов соответствующими сигналами с одинаковой амплитудой М_мним(-k₁), М _мним(-k₁+1), М_мним(-k₁ +2), , М_мним(-1), М_мним(1), М_мним (2), , М_мним(k₂-1), М_мним(k ₂), усиливают сигналы М_мним(-k₁), М_мним(-k₁+1), М_мним(-k₁ +2), , М_мним(-1), М_мним(1), М_мним (2), , М_мним(k₂-1), М_мним(k ₂) и М_прм в соответствии с заданными коэффициентами усиления, для каждого выработанного синхроимпульса М_прм с одинаковыми реальными моментами времени складывают амплитуды усиленных сигналов М_мним(-k₁), М_мним (-k₁+1), М_мним(-k₁+2), , М_мним(-1), М_мним(1), М_мним (2), , М_мним(k₂-1), М_мним(k ₂) и М_прм, сравнивают каждую полученную суммарную амплитуду сигнала с установленным порогом и в случае превышения порога для каждой полученной суммарной амплитуды сигнала формируют регенерированный синхроимпульс М_рег, который вводят для каждого блока данных по временному местоположению соответствующего синхроимпульса М_мним или М_прм, и удаляют синхроимпульс М_прм при отсутствии соответствующего ему сформированного регенерированного синхроимпульса М_рег .

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются вариантом его выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры.

Фиг.1 изображает один из возможных вариантов функциональной схемы устройства, реализующего заявленный способ.

Фиг.2 - эпюры входных и выходных сигналов устройства на фиг.1.

Фиг.3 - эпюры сигнала с регенерированными синхроимпульсами.

Заявленный способ включает следующие этапы

1. Формируют блоки данных в виде r-разрядных сигналов в параллельном двоичном коде, сопровождаемых тактовыми импульсами, и вырабатывают синхроимпульсы М_прм, соответствующими положению маркеров.

2. Отсчитывают от каждого выработанного синхроимпульса М_прм, соответствующего обнаруженному маркеру, -k ₁N₀, -(k₁-1)N₀, -(k ₁-2)N₀, , -N₀, N₀, 2N₀, , (k₂-1)N₀, k₂N₀ данных и метят границы отсчетов соответствующими сигналами М _мним(-k₁), М_мним(-k₁+1), М_мним(-k₁+2), , М_мним(-1), М_мним(1), М_мним (2), , М_мним(k₂-1), М_мним(k ₂) одинаковой амплитуды.

3. Усиливают сигналы М_мним(-k₁), М_мним(-k₁ +1), М_мним(-k₁+2), , М_мним(-1), М_мним(1), М_мним (2), , М_мним(k₂-1), М_мним(k ₂) и М_прм в соответствии с заданными коэффициентами усиления.

4. Складывают усиленные сигналы, соответствующие разным синхроимпульсам М_прм, с одинаковыми моментами времени, таким образом, что суммарная амплитуда сигнала равна сумме амплитуд суммируемых сигналов.

5. Сравнивают каждую полученную суммарную амплитуду сигнала с установленным порогом и в случае превышения порога формируют регенерированный синхроимпульс М_рег.

6. Подставляют регенерированный синхроимпульс М_рег по месту соответствующего синхроимпульса М_мним или М_прм, и удаляют синхроимпульс М_прм при отсутствии соответствующего ему синхроимпульса М_рег.

7. Группируют r-разрядные сигналы данных, сопровождаемые тактовыми импульсами, в блоки с фиксированным количеством N₀ данных в каждом неискаженном блоке, разделяя упомянутые блоки регенерированными синхроимпульсами М_рег.

Один из возможных вариантов практического осуществления предложенного способа связан с устройством, функциональная схема которого представлена на фиг.1.

Устройство содержит блок 1 памяти, регистры 2₁, 2₂, , 2_G сдвига, усилители 3₁, 3 ₂, , 3_F, сумматор 4, пороговый блок 5 и формирователь 6. Линии входной шины подключены к первому входу блока 1 памяти, а линия синхроимпульсов (СИ) и линия тактовых импульсов (ТИ), кроме того, подключены соответственно к первому и третьему входам каждого из регистров 2₁, 2₂, , 2_G сдвига. Второй вход блока 1 памяти и каждого из регистров 2₁, 2₂, , 2_G сдвига служит для установки их в состояние «0». Выходы регистров 2₁, 2₂, , 2_G сдвига, а также линия синхроимпульсов (СИ) выходной шины блока 1 памяти, соответственно подключенной к выходу блока 1 памяти и первому входу формирователя 6, соединены со входами усилителей 3₂, , 3_F(F=G+2), где F - количество усилителей, a G - количество регистров.

Вход усилителя 3 ₁ соединен с линией синхроимпульсов (СИ) входной шины. Выходы усилителей 3₁, 3₂, , 3_F подключены ко входам сумматора 4, выход которого через пороговый блок 5 подключен ко второму входу формирователя 6, выход которого является выходом устройства.

Блок 1 памяти работает в режиме линии задержки, причем задержка составляет k₁N₀ данных по отношению к входным данным. С поступлением на вход устройства тактового импульса в блоке 1 памяти и в регистрах 2₁, 2₂, , 2_G сдвига осуществляется сдвиг запомненных сигналов на один такт. Задержка, создаваемая регистрами сдвига 2₁, 2₂, , 2_G, составляет соответственно N₀ , 2N₀, , (k₁-1)N₀, (k₁+1)N ₀, , (k₁+k₂-1)N₀, (k ₁+k₂)N₀ данных относительно их входных данных. На вход усилителей 3₁, 3₂, , 3_F поступают сигналы одинаковой амплитуды.

Перед началом работы на вторые входы блока 1 памяти и каждого из регистров сдвига 2₁, 2₂, , 2_G поступает сигнал установки их в состояние «0», очищающий память.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении на вход устройства неискаженных помехами сигналов (идеальный случай), если количество входных данных не менее (k₁+k₂)N₀ , неодинаково задержанные в блоке 1 памяти и регистрах 2 ₁, 2₂, , 2_G сдвига разные синхроимпульсы одинаковой амплитуды появятся одновременно на входах всех усилителей 3 ₁, 3₂, , 3_F. На их выходах одновременно появятся усиленные в соответствии с заданными коэффициентами усиления сигналы, в результате суммирования которых в сумматоре 4 на его выходе появится сигнал с амплитудой, превышающей пороговое значение, инициирующий поступление сигнала с выхода порогового блока 5 на второй вход формирователя 6.

Коэффициенты усиления усилителей 3₁, 3₂, , 3_F, порог в блоке 5 и значения k₁ и k₂ выбирают исходя из ожидаемых искажений синхроимпульсов из-за действия помех в канале связи. Эти параметры устанавливаются исходя из технического задания на реализующее заявленный способ устройство и могут быть скорректированы экспериментально в процессе настройки устройства.

Коэффициенты усиления, относящиеся к выработанному синхроимпульсу М_прм, характеризуют значимость синхроимпульсов М_мним(-k₁), М_мним(-k₁+1), М_мним(-k₁ +2), , М_мним(-1), М_мним(1), М_мним (2), , М_мним(k₂-1), М_мним(k ₂) в зависимости от их удаленности от М_прм. При этом значения коэффициентов усиления, соответствующие синхроимпульсам М_мним, или уменьшаются, или остаются неизменными. Чем меньше коэффициенты усиления, тем большее количество соответствующих синхроимпульсов М_мним и М_прм должно быть просуммировано, чтобы преодолеть установленный в блоке 5 порог. Их избыток чреват исключением достоверных синхроимпульсов, а их недостаточное количество - появлением в выходных сигналах ложных синхроимпульсов.

Значение порога, устанавливаемого в блоке 5, не должно быть меньше амплитуды синхроимпульса на выходе усилителя 3_F (М_прм). В противном случае всегда на выход устройства (фиг.2) будет поступать синхроимпульс М_прм. Вероятность того, что он окажется ложным, увеличится.

Значения k₁ и k₂ являются целыми числами и определяют количество синхроимпульсов М_мним соответственно до и после синхроимпульса М_прм. В условиях действия помех в канале связи при относительно малых значениях k₁ и k₂ возможности коррекции синхронизации окажутся реализованными не в полной мере, а при относительно больших значениях k₁ и k₂ недопустимо увеличивается вероятность поступления на выход устройства (фиг.2) ложного синхроимпульса. Как показали экспериментальные исследования, значения k₁ и k₂ целесообразно, например, выбирать в пределах от 3 до 9.

Сигналы, поступающие на второй вход формирователя 6, подставляют по месту синхроимпульсов выходной шины блока 1 памяти вместо синхроимпульсов, задержанных блоком 1 памяти. В приведенном (идеальном) случае параметры сигналов на выходе порогового блока 5 и сигналов выходной линии синхроимпульсов блока 1 памяти одинаковы.

В идеальном виде входные и выходных сигналы устройства (см. фиг.1) одинаковы (см. фиг.2). Пунктирными линиями обозначено местоположение информационных сигналов. Наличие (отсутствие) импульса означает «1» («0») в соответствующем разряде r-разрядного данного, представленного в двоичном виде. Сплошными линиями обозначены тактовые импульсы и синхроимпульсы. Тактовый импульс является признаком r-разрядного данного, а синхроимпульс совпадает с первым или последним данным неискаженного помехами блока данных.

Работа устройства (фиг.1) в условиях искажения помехами входных сигналов поясняется следующим примером.

Пусть параметры настроек устройства следующие: k₁=k ₂=5, U_мним=U_прм=1, U_пор =1, где U_мним(U_прм) - амплитуда сигнала М_мним(М_прм) в условных единицах на выходе усилителя 3₁, 3₂, , 3_F-1 (3_F) при поступлении на его вход задержанного исходного синхроимпульса; U_пор - уровень порога в условных единицах, устанавливаемый в пороговом блоке 5.

Положим истинным (переданным без искажения) маркерам соответствуют истинные (принятые без искажений) синхроимпульсы М_ист(0), М_ист(N₀), М_ист (2N₀), , М_ист(15N₀), где iN₀ - количество данных от начала отсчета, соответствующее i-му синхроимпульсу М_ист, i=0, 1, , 15. Допустим, что помехи в канале связи постепенно усиливаются, а через некоторое время постепенно ослабевают. В результате искажений, вызванных этими помехами, синхроимпульсы М_ист(6N ₀), М_ист(7N₀), М_ист(8N ₀), М_ист(9N₀), М_ист(10N ₀) отсутствуют (соответствующие маркеры из-за помех не обнаружены), и из-за ложного маркера присутствует ложный регенерируемый синхроимпульс М_лож(7,3·N₀) (см. фиг.3).

Из анализа работы устройства в описанных выше условиях следует, что U (6N₀)=U (7N₀)=U (8N₀)=U (9N₀)=U (10N₀)=6, где U - амплитуда синхроимпульсов М_ист, a U (iN₀) - результат суммирования сигналов с выходов усилителей 3₁, 3₂, , 3_F, соответствующий позиции синхроимпульса М_мним(iN₀), i=6, 7, 8, 9, 10. Т.к. U (iN₀)>U_пор, i=6, 7, 8, 9, 10, где U_пор - амплитуда установленного порога, то устройством будут регенерированы синхроимпульсы М_рег (6N₀), М_рег(7N₀), М_рег (8N₀), М_рег(9N₀), М_рег (10N₀) (см. фиг.3). Ложный синхроимпульс М_лож (7,3·N₀) порождает синхроимпульсы М_мним , местоположение которых соответствует 6,3·N₀ , 5,3·N₀, 4,3·N₀, 3,3·N ₀, 2,3·N₀, 8,3·N₀, 9,3·N ₀, 10,3·N₀, 11,3·N₀, 12,3·N ₀ текущим данным и не совпадает ни с одним из входных (искаженных) синхроимпульсов (фиг.3). Поэтому U (7,3·N₀)=1 (т.е. условие U (7,3·N₀)>U_пор не выполняется). Ложный регенерируемый синхроимпульс М_лож(7,3·N ₀) будет удален из выходной последовательности синхроимпульсов.

Наиболее успешно заявленный способ формирования синхроимпульсов при приеме цифровых сигналов промышленно применим в различных цифровых системах, в которых блоки данных в принятом сигнале разделены маркерами.