УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ В РАДИОЛИНИИ С ПСЕВДОСЛУЧАЙНОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ РАБОЧЕЙ ЧАСТОТЫ

Предполагаемое изобретение относится к области радиосвязи, может быть использовано для передачи дискретной информации, защищенной помехоустойчивым кодом в системах радиосвязи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ).
Передача сигналов в режиме ППРЧ, подробно описана в литературе, в частности в [1].
Известен способ передачи информации с использованием перемежения, в соответствии с которым сначала осуществляют оценку качества канала связи (например по уровням шумов и помех, длительности замираний и т.д.) и выбирают значение глубины перемежения символов слов помехоустойчивого кода. Далее осуществляют перемежение символов слов помехоустойчивого кода и получают информационный пакет, составленный из символов нескольких слов помехоустойчивого кода, который передают в канал связи. На приемной стороне сначала осуществляют деперемежение символов в информационном пакете и получают слова помехоустойчивого кода, входящие в информационный пакет. Затем слова помехоустойчивого кода декодируют с обнаружением и исправлением ошибок [2].
Известен способ передачи информации с использованием адаптивного перемежения символов, при котором осуществляют непрерывный контроль качества канала связи. По результатам контроля качества канала связи выбирают значение глубины перемежения символов слов помехоустойчивого кода, осуществляют перемежение символов слов помехоустойчивого кода и получают информационный пакет, составленный из символов нескольких слов помехоустойчивого кода. Далее информационный пакет передают в канал связи. На приемной стороне сначала осуществляют деперемежение символов принятого информационного пакета и получают слова
помехоустойчивого кода, входящие в информационный пакет. Затем слова помехоустойчивого кода декодируют с обнаружением и исправлением ошибок [3].
Недостатками известных способов являются необходимость оценки канала, невозможность сохранения постоянной задержки доставки информации, низкая помехозащищенность от сосредоточенных по частоте помех, негарантированная равномерность распределения частот при их малом количестве.
Известен способ передачи дискретной информации в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, включающий на передающем конце деление входного сигнала на блоки, сформированные в виде последовательности двоичных векторов, перестройку частоты передатчика в соответствии с кодом двоичного вектора псевдослучайной последовательности, создаваемой регистром сдвига с обратной связью, модуляцию частоты передатчика и последующее излучение сигнала в пространство, прием сигнала на приемном конце радиолинии одновременно на всех частотах, преобразование сигнала на промежуточную частоту, усиление, демодуляцию и подачу сигнала на оконечное устройство [4].
Недостатками этого способа являются необходимость приема одновременно на всех частотах, низкая помехозащищенность от сосредоточенных по частоте помех, не гарантированная равномерность распределения частот при их малом количестве.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ передачи сигналов в режиме ППРЧ, представленный в [5], принятый за прототип.
Способ-прототип заключается в следующем. Осуществляют непрерывный контроль качества канала связи, по результатам которого выбирают значение глубины перемежения символов слов помехоустойчивого кода (ПК), осуществляют перемежение символов ПК, слов ПК и информационный пакет, составленный из символов нескольких
слов ПК, передают в канал связи, на приемной стороне осуществляют деперемежение символов принятого информационного пакета и получают слова ПК, которые декодируют с обнаружением и исправлением ошибок, при этом качество канала связи оценивают по результатам декодирования слов ПК, причем оценивают среднее число ошибок в словах ПК, определяют выборочную дисперсию числа ошибок в словах ПК принятого информационного пакета, а после приема очередного информационного пакета изменение прежнего значения глубины перемежения осуществляют по отклонению выборочной дисперсии распределения ошибок в словах принятого информационного пакета от дисперсии биномиального закона распределения.
Недостатком способа-прототипа являются: непостоянная задержка доставки информации, изменяющаяся в зависимости от помеховой обстановки, низкая помехозащищенность от сосредоточенных по частоте помех, не гарантированная равномерность распределения частот при их малом количестве.
Предлагается способ передачи и приема информации в системах с ППРЧ, свободный от этих недостатков.
Для устранения указанных недостатков в способе передачи и приема информации в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты с использованием перемежения, заключающемся в том, что на передающей стороне осуществляют перемежение символов помехоустойчивого кода (ПК) и информационный пакет, составленный из нескольких слов ПК, передают в канал связи, на приемной стороне осуществляют деперемежение символов принятого информационного пакета и получают слова ПК, которые декодируют с обнаружением и исправлением ошибок, согласно изобретению, в качестве ПК используют блочный символьный код, на передающей стороне информацию после кодера ПК накапливают в объеме N×M, где N - размер кодового слова в символах, М, М≥1 - глубина перемежения в кодовых словах,
перемежение накопленной информации производят посимвольно с группировкой символов с одинаковыми порядковыми номерами в кодовых словах в группы по М символов, передачу каждой группы осуществляют на частоте, несовпадающей с другими частотами в интервале передачи информации, накопленной в перемежителе.
Ключевым моментом изобретения является комплексный подход к выбору параметров сразу трех основных компонентов - кодера, перемежителя и генератора ПСП.
Предлагаемый способ для передачи и приема дискретной информации в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты заключается в передаче информации с использованием помехоустойчивого кодирования, перемежении символов помехоустойчивого кода и передаче данных в канал связи с ППРЧ. На приемной стороне осуществляют прием информации, деперемежение символов и получают слова помехоустойчивого кода. Затем слова помехоустойчивого кода декодируют с обнаружением и исправлением ошибок. Выбор ПК, структуры перемежителя закона формирования последовательности перестройки частот осуществляют комплексно с учетом особенностей системы связи с ППРЧ.
В качестве ПК используется блочный символьный код, информация после кодера ПК накапливается в объеме N×M, где N - размер кодового слова в символах, М - глубина перемежения в кодовых словах (М≥1), перемежение накопленной в перемежителе информации производится посимвольно с группировкой символов в группы по М символов с одинаковыми порядковыми номерами в кодовых словах, передача каждой группы осуществляется на несовпадающей с другими в интервале передачи блока рабочей частоте.
Количество частот может быть любым, но рекомендуется выбирать его равным (или более) количеству символов помехоустойчивого кода N, применяемого в системе связи. Перемежение и передача данных в канал связи с ППРЧ производится таким образом, чтобы символы одного кодового
слова передавались на несовпадающих рабочих частотах. Длительность интервала передачи на одной частоте определяется, исходя из требований системы, и выбирается кратной длительности передачи одного кодового символа. Объем перемежителя определяется размером символа помехоустойчивого кода и количеством символов, последовательно передающихся на одной рабочей частоте за один такт ППРЧ.
Предложенный способ осуществляется в следующей последовательности:
1. Входная информация поступает на вход кодера помехоустойчивого кода.
2. С выхода кодера информация накапливается в перемежителе. Объем накапливаемой в перемежителе информации составляет не менее одного кодового слова.
3. Накопленная в перемежителе информация перетасовывается согласно алгоритму перемежения: символы с одинаковыми порядковыми номерами внутри кодового слова группируются вместе. Алгоритм перестановки показан на фиг.1.
4. После перемежителя информация последовательно группами символов подается в передатчик с ППРЧ, который осуществляет передачу каждой группы на неповторяющихся в интервале передачи накопленной в перемежителе информации частотах. Последовательность перестройки частот осуществляется по псевдослучайному закону. На фиг.2 показана частотно-временная матрица работы для четырех частот (F1, F2, F3, F4) и размером кодового слова ПК, равным четырем символам.
5. На приемном конце осуществляется прием информации. Приемник осуществляет синхронизацию ПСП с передающей стороной одним из известных способов.
6. Принятая информация поступает на вход деперемежителя, где накапливается в объеме равном объему перемежителя на передающей стороне.
7. Деперемежитель осуществляет обратную перестановку символов.
8. Данные с деперемежителя поступают на вход декодера помехоустойчивого кода, где осуществляется обнаружение и исправление ошибок.
Предлагаемый способ повышает помехоустойчивость систем радиосвязи с ППРЧ, обеспечивает постоянную времени доставки информации, не требует обратного канала связи, улучшает равномерность статистического распределения частот при работе на малом количестве выделенных для работы частот.
Известно канальное передающее устройство для системы связи множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР), использующей по меньшей мере две несущие, содержащее канальный кодер для кодирования канальных передаваемых данных в символы с предварительно определенной скоростью кодирования, канальный контроллер для выработки сигнала распределения символов в соответствии с предварительно определенной конфигурацией матрицы удаления символов, причем конфигурация матрицы удаления символов определяется таким образом, чтобы распределять символы по соответствующим несущим с минимальным ухудшением характеристик, даже если конкретная несущая искажена, и распределитель символов для приема символов и распределения принятых символов по несущим в соответствии с сигналом распределения символов [6].
Недостатками этого устройства являются низкая помехозащищенность, необходимость приема одновременно на всех частотах.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, использующее перемежение и разнесение передачи посредством переупорядочения последовательности символов, передаваемых в разных каналах передачи [7], принятое за прототип.
Укрупним блок-схему прототипа следующим образом.
Укрупненная блок-схема прототипа имеет отличия относительно первоначальной по следующим позициям: формирователь кадров объединен с кодером ПК и блок проверки кадров объединен с декодером ПК как несущественные, в первом канале передачи объединены в один блок преобразователя 12 расширитель Уолша и ГЕШ расширитель, во втором канале передачи объединены в один блок преобразователя 15 расширитель Уолша, ПШ расширитель и блок у, на приемной стороне в первом канале приема объединены в блок обработки 18 блок поиска, ПШ демодулятор, блок сжатия Уолша, во втором канале приема объединены в блок обработки 19 ПШ демодулятор и блок сжатия Уолша.
Укрупненная блок-схема устройства прототипа приведена на фиг.3, где обозначено:
на передающей стороне - 1 - кодер ПК; 2, 13 - перемежители; 3, 16 - передатчики; 4, 17 - антенны; 11 - демультиплексор; 12, 15 - преобразователи; 23, 24 - передающие подсистемы; 14 - блок тасовки;
на приемной стороне - 5 - антенна; 6 - приемник; 7, 21 - обращенные перемежители; 8 - декодер; 18, 19 - блоки обработки; 20 - блок растасовки; 22 - мультиплексор.
Устройство-прототип содержит на передающей стороне последовательно соединенные кодер ПК 1 и демультиплексор 11, последовательно соединенные перемежитель 2., и передающую подсистему 23, состоящую из последовательно соединенных преобразователя 12 и передатчика 3, выход которого соединен с антенной 4, а также последовательно соединенные перемежитель 13. блок тасовки 14 и передающую подсистему 24, состоящую из последовательно соединенных преобразователя 15 и передатчика 16, выход которого соединен с антенной 17. При этом входы перемежителей 2 и 13 подсоединены к выходу демультиплексора 11.
На приемной стороне - последовательно соединенные антенну 5, приемник 7, блока обработки 18, обращенный перемежитель 7,
мультиплексор 22 и декодер ПК 8, выход которого является выходом устройства. Кроме того, последовательно соединенные блок обработки 19, блок растасовки 20 и обращенный перемежитель 21, выход которого соединен сдругим входом мультиплексора 22. Причем выход приемника 6 соединен с первым входом блока обработки 19, второй вход которого подсоединен к выходу блока обработки 18.
Работает устройство-прототип следующим образом.
На передающей стороне поступающая информация подается на кодер ПК 1, который добавляет коды прямого исправления ошибок к потоку данных. После кодирования данные обрабатывает демультиплексор 11, который распределяет символы, кодированные с исправлением ошибок, на разные группы, каждая из которых до передачи обрабатывается отдельно. Хотя на фиг.3 показано использование двух групп, специалистам в данной области техники будет понятно, что демультиплексор 11 может распределять символы на количество групп более двух. Затем каждая группа битов обрабатывается перемежителями 2 и 13, Сигнал с выхода перемежителя 2 поступает в передающую подсистему 23, которая в проиллюстрированном примерном варианте включает в себя преобразователь 12 и передатчик 3. Выходной сигнал перемежителя 2 подается в преобразователь 12, откуда сигнал поступает в передатчик 3, который усиливает, преобразует с повышением частоты и фильтрует сигнал для передачи через антенну 4.
Сигнал с выхода перемежителя 13 подается в блок тасовки 14, который изменяет последовательность данных, поступающих с выхода перемежителя 13. Выходной сигнал блока тасовки 14 обрабатывается практически также, как неперетасованный сигнал с перемежителя 2. Затем сигнал с выхода блока тасовки 14 подается в передающую подсистему 24 в преобразователь 15. Сигнал из преобразователя 15 поступает в передатчик 16, который усиливает, преобразует с повышением частоты и фильтрует сигнал для передачи через антенну 17.
На приемной стороне сигнал принимается через антенну 5 и обрабатывается приемником 6. Затем полученные сигналы обрабатываются блоками обработки 18 и 19. Блок обработки 18 демодулирует сигнал, который поступил по каналу передачи. Обращенный перемежитель 9 принимает демодулированный сигнал и осуществляет обратное перемежение сигнала. Блок обработки 19 демодулирует сигнал, который поступил по каналу передачи. В блоке обработки 19 учитывается результат работы блока обработки 18. Затем выходной сигнал блока обработки 19 обрабатывается блоком растасовки 20 и подается в обращенный перемежитель 21. Обращенный перемежитель 21 выполняет функцию, обратную функции перемежителя 13.
Мультиплексор 22 выполняет операцию, обратную операции демультиплексора 11, чтобы сформировать единый поток данных. Полученный единый поток данных обрабатывается декодером ПК 8.
Недостатками устройства-прототипа являются низкая помехозащищенность, а также необходимость приема одновременно на всех частотах.
Для устранения указанных недостатков в устройство для передачи и приема информационного сигнала, содержащее на передающей стороне кодер ПК, перемежитель и передатчик, выход которого соединен с передающей антенной, на приемной стороне последовательно соединенные приемную антенну, приемник, а также обращенный перемежитель и декодер ПК, выход которого является выходом устройства, согласно изобретению, введены на передающей стороне генератор псевдослучайной последовательности (ПСП), выход которого соединен со вторым входом передатчика, при этом выход кодера ПК соединен с входом перемежителя, выход которого соединен с входом передатчика, на приемной стороне - генератор ПСП, выход которого соединен со вторым входом приемника, кроме того, выход приемника соединен со входом обращенного перемежителя, выход которого соединен с входом декодера ПК, причем
кодер ПК, перемежитель, генератор ПСП на передающей стороне и генератор ПСП, обращенный перемежитель, декодер ПК на приемной стороне выполнены в виде микропроцессорного устройства с соответствующим программным обеспечением.
Блок-схема предлагаемого устройства приведена на фиг.4, где обозначено: 1 - кодер ПК, 2 - перемежитель, 3 - передатчик, 4 - передающая антенна, 5 - приемная антенна, 6 - приемник, 7 - обращенный перемежитель, 8 - декодер ПК, 9 - генератор ПСП на передающей стороне, 10 - генератор ПСП на приемной стороне.
Предлагаемое устройство содержит на передающей стороне последовательно соединенные кодер ПК 1, перемежитель 2, передатчик 3 и антенну 4. Второй вход передатчика 3 подсоединен к выходу генератора ПСП 9. На приемной стороне - последовательно соединенные антенну 5, приемник 6, обращенный перемежитель 7 и декодер ПК 8., выход которого является выходом устройства.. Ко второму входу приемника 6 подключен выход генератора ПСП 10.
Работает предлагаемое устройство следующим образом.
Поступающая информация подается на кодер ПК 1. В качестве ПК используется блочный символьный код с размером кодового слова N, измеряемого в символах. С выхода кодера 1 информация поступает на вход перемежителя 2, в котором информация накапливается в объеме N×M, где N - размер кодового слова в символах, М - глубина перемежения (М≥1) в кодовых словах. Перемежение накопленной в перемежителе 2 информации производится посимвольно с группировкой символов в группы по М символов с одинаковыми порядковыми номерами в кодовых словах. С выхода перемежителя 2 информация поступает на вход передатчика 3, на второй вход которого подается ПСП с генератора ПСП 9, который формирует ПСП, на основании которой производится смена рабочих частот передатчика 3. Генератор ПСП 9 и перемежитель 2 синхронизированы таким образом, что передача каждой группы символов с одинаковыми
порядковыми номерами в кодовых словах осуществляется на частоте, несовпадающей с другими частотами в интервале передачи данных, накопленных в перемежителе 2. Сигнал с выхода передатчика 3 излучается с помощью антенны 4.
На приемной стороне осуществляется прием информации: сигнал с антенны 5 подается на вход приемника 6. На второй вход приемника 6 поступает сигнал ПСП с генератора ПСП 10, который синхронизирован с генератором ПСП 9 одним из известных способов. Прием осуществляется на частотах, определенных выходной ПСП генератора ПСП 10. С выхода приемника 6 информация поступает на обращенный перемежитель 7. В обращенном перемежителе 7 осуществляется преобразование информации, обратное преобразованию, осуществляемому перемежителем 2. С выхода обращенного перемежителя 7 информация поступает на вход декодера ПК 8, где осуществляется обнаружение и исправление ошибок. Полученная информация выдается с выхода декодера ПК 8.
Количество рабочих частот, определяющее диапазон значений генераторов ПСП 9 и 10, выбирается равным (или более) количеству символов кодового слова помехоустойчивого кода кодера ПК 1. Длительность интервала передачи на одной частоте передатчиком 3 определяется объемом перемежителя 2 и равна интервалу времени, за который происходит передача всех символов с одинаковыми порядковыми номерами в кодовом слове, накопленных в перемежителе 2.
Кодер ПК 1, перемежитель 2, генераторы ПСП 9 и 10, обращенный перемежитель 7 и декодер ПК 8 могут быть реализованы одним из следующих способов:
- в виде микропроцессорных устройств (или в виде единого микропроцессорного устройства) с соответствующим программным обеспечением, например процессора серии TMS320VC5416 фирмы Texas Instruments,
- в виде программируемой логической интегрально схемы (ПЛИС), с соответствующим программным обеспечением, например ПЛИС XCV400 фирмы Xilinx,
- виде специализированных микросхем.
Технический результат - повышение помехозащищенности систем радиосвязи с ППРЧ, а также осуществление одновременного приема на одной частоте в каждый момент времени.
Литература.
[1] Борисов В.И. и др. «Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты» - М.: Радио и связь, 2000. - 384 с.
[2] Элементы теории передачи дискретной информации. Под ред. Л.П.Пуртова. М.: Связь, 1972, стр.149.
[3] Злотник Б.М. Помехоустойчивые коды в системах связи. М.: Радио и связь, 1989,стр.218.
[4] RU 2215370 C1, 27.10.2003
[5] RU 2265960 C2, 20.10.2002 - прототип.
[6] RU 2000130302 А, 20.10.2002
[7] RU 2252484 C2,12.04.2000 - прототип.