УСТРОЙСТВО УСТАНОВЛЕНИЯ ТАКТОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ПО ИНФОРМАЦИОННОМУ СОСТАВНОМУ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМУ СИГНАЛУ

Полезная модель относится к области электрорадиотехники, а именно к технике радиосвязи, и может быть использована в системах передачи данных, использующих составные последовательные сигналы, для установления и поддержания тактовой синхронизации.
Для обеспечения устойчивой работы систем передачи данных необходимо устанавливать и поддерживать тактовую синхронизацию, т.е. определять время начала/окончания элементарного сигнала.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство тактовой синхронизации (патент РФ на изобретение №2423798), принятое за прототип. Устройство содержит аналогово-цифровой преобразователь, перемножитель, сумматор, блок принятия решения. К недостаткам прототипа относится то, что в устройстве не обеспечивается поддержание тактовой синхронизации, если не известен порядок следования частот у составных последовательных сигналов на длительности одного символа.
Целью полезной модели является установление и поддержание тактовой синхронизации в процессе работы системы передачи данных, по информационным составным последовательным сигналам.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство установления тактовой синхронизации, содержащее аналогово-цифровой преобразователь, перемножитель, сумматор, блок принятия решения введены параллельно включенные N линий задержек, где количество линий задержек N равно количеству элементарных сигналов на различных частотах внутри одного символа последовательного составного сигнала, при этом входы линий задержек подключены к выходу аналогово-цифрового преобразователя, выходы которых последовательно соединены со входами соответствующих N блоков накопления, выходы которых подключены к соответствующим N входам первого сумматора, при этом выход первого сумматора подключен к входу блока вычисления спектра, выход которого соединен со входом перемножителя, при этом первый выход перемножителя подключен ко входу второго сумматора, а второй выход перемножителя подключен ко входу третьего сумматора, при этом выход второго сумматора соединен с первым входом делителя, а выход третьего сумматора соединен со вторым входом делителя, при этом выход делителя соединен со входом блока накопления, выход которого соединен со входом блока принятия решения.
Структурная схема предлагаемого устройства изображена на фиг. 1.
Устройство установления тактовой синхронизации содержит аналогово-цифровой преобразователь 1, выход которого подключен ко входам параллельно включенным N линиям задержек 2(1)…2(N), выходы которых соединены со входами соответствующих N блоков накопления 3(1)…3(N), выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора 4. При этом выход сумматора 4 подключен к входу блока вычисления спектра 5, выход которого соединен со входом перемножителя 6. При этом первый выход перемножителя 6 подключен ко входу сумматора 7, а второй выход перемножителя 6 подключен ко входу сумматора 8. При этом выход сумматора 7 соединен с первым входом делителя 9, а выход сумматора 8 соединен со вторым входом делителя 9. При этом выход делителя 9 соединен со входом блока накопления 10, выход которого соединен со входом блока принятия решения 11.
Структура предлагаемого устройства тактовой синхронизации определяется следующим образом.
Для увеличения помехозащищенности от сосредоточенных по частоте или времени помех, одним из самых действенных способов является использование составных последовательных сигналов. Как правило, такие сигналы задаются с помощью квадратной частотно-временной матрицы (ЧВМ), являющейся переносчиком одного символа сообщения. Размерность матрицы обычно равна степени двойки. Для примера рассмотрим ЧВМ размерностью 4×4 (фиг. 2), и соответствующий ей сигнал, с помощью которого можно передать 2 бита информации (например «00»).
k
На длительности элементарной посылки T такой сигнал на приемной стороне можно представить в следующем виде:
k
x
k
x
S(t)=Α·sin(2·π·f·t+ψ),
x
x
k
где Α - амплитуда, ψ - фаза и f - номинал частоты, k=0, 1, 2, 3.
симв
В этом случае можно сигнал на длительности Г можно разделить на 4 равных части и сложить их во временной области:
0
1
2
3
S(t)=S(t)+S(t)+S(t)+S(t),
0
0
1
1
2
2
3
3
Где S(t) - сигнал на длительности T, S(t) - длительности Т, S(t) - длительности Т, S(t) - длительности Т.
Будем считать, что первоначальная связь передающей и приемной стороны к этому моменту установлена. Это значит, что на приемной стороне точно известен набор частот, которые используются при формировании ЧВМ на данном символе. Неизвестным лишь остается точное начало символа.
В случае точно установленной тактовой синхронизации спектр мощности такого сигнала будет сосредоточен на 4 частотах вне зависимости от того, какой набор бит передавался. В случае любого временного сдвига спектр мощности будет «размываться», т.е. на данных четырех частотах мощность будет уменьшаться, а на остальных частотах, возрастать. При этом, большая часть мощности будет сосредотачиваться на соседних с каждой частотой частотах. Тогда можно составить функцию следующего вида:
k
k
где ,  - спектральные составляющие сигнала S(t), m - индекс, соответствующий используемой частоте f, k=0, 1, 2, 3.
Вычисление данной функции предполагается скользящим окном с шагом по времени, выбранному исходя из требуемой точности синхронизации. В этом случае, в те моменты времени, когда время t будет соответствовать времени начала посылки, R(t) будет принимать максимальное значение и наоборот, когда время t будет соответствовать времени середины посылки R(t) будет принимать минимальное значение. Строго говоря, в условиях отсутствия шумов, в первом случае R(t)→∝, а во втором R(t)→0. Поэтому, определять время начала посылки можно по координатам найденного максимума величины R(t). При этом, значения начальных фаз принятого сигнала на используемых частотах значения не имеют.
Таким образом, приведенные расчеты показывают, что с помощью предложенного устройства можно устанавливать и поддерживать тактовую синхронизацию во время функционирования систем связи с составными последовательными сигналами с заданной частотно-временной матрицей.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Принимаемый сигнал подают на аналогово-цифровой преобразователь 1, в котором получают отсчеты сигнала, которые затем поступают на параллельно включенные линии задержки 2(1)…2(N). При этом, в первой линии задержка равна нулю, во второй равна длительности одного элементарного сигнала, из которых состоит составной последовательный сигнал, в третьей - задержка равна удвоенной длительности, … в N-той - задержка равна (N-1) умноженная на длительность элементарного сигнала. Затем с каждой линии задержки отсчеты поступают в соответствующие блоки накопления 3(1)…3(N), которых производят накопление принятых отсчетов сигнала на длительности элементарного сигнала. Далее накопленные массивы отсчетов передают в сумматор 4, в котором производят сложение полученных массивов. Затем результат суммирования передают в блок вычисления спектра 5, в котором вычисляют амплитудный спектр сигнала на N используемых частотах на данном символе, которые известны на приемной стороне, а также на двух соседних со всеми используемыми частотами. При этом, вычисленные значения амплитуд на соответствующих частотах передают в перемножитель 6, в котором осуществляют возведение в квадрат принятых значений, получая таким образом необходимые составляющие спектра мощности. Далее значения, соответствующие используемым частотам передают в сумматор 7, а значения соответствующие соседним с используемыми частотами передают в сумматор 8. При этом результаты суммирования с сумматора 7 и сумматора 8 поступают в делитель 9, в котором производят деление полученного значения с сумматора 7, на значение, полученное с сумматора 8. Далее результат деления передают в блок накопления 10, в котором производят накопление принятых значений на длительности элементарного сигнала. Затем, полученный массив значений передают в блок принятия решения 11, в котором определяют положение максимального значения в массиве, получая, таким образом, искомое положение тактовой синхронизации.
Предлагаемое устройство может быть использовано для систем связи, использующих составные последовательные сигналы. Отличительной особенностью описанного устройства является возможность устанавливать и поддерживать тактовую синхронизацию непосредственно по информационному сигналу без введения дополнительной избыточности. Наличие такого устройства позволяет отказаться от применения тестовых сигналов для установления и поддержания тактовой синхронизации. Предлагаемое устройство обеспечивает установление и поддержание тактовой синхронизации, то есть определяет время начала/конца элементарных посылок, если не известен порядок следования частот у составных последовательных сигналов на длительности одного символа.
Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает следующим преимуществом:
- обеспечивает установление и поддержание тактовой синхронизации, если не известен порядок следования частот у составных последовательных сигналов на длительности одного символа.