Способ синхронизации канала связи

 

Изобретение относится к области электрической связи. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости синхронизации канала связи. Цель достигается реализацией обработки сигналов, близкой к оптимальной, благодаря использованию дальности временного и частотного сдвигов в преобразовании Фурье. Сущность способа заключается в том, что на передающей стороне формируют периодически последовательность синхроимпульсов (СИ), каждый из которых составляется как суперпозиция двух несмещенных сигналов с различным сжатием (во времени), а на приемной стороне в режиме синхронизации входной сигнал на интервалах времени длительностью, равной периоду СИ, модулируют n гармониками, образуя n модулированных сигналов, которые запоминают, подвергают спектральному анализу, перемножают со своими спектрами, произведения интегрируют, напряжения, пропорциональные интегралам, запоминают вместе со значениями частот соответствующих гармоник, сравнивают, два наибольших из них усиливают пропорционально соответствующим частотам, по разности усиленных напряжений определяют положение (смещение) синхроимпульсов на последовательности временных интервалов, при этом в режиме передачи информации коэффициент сжатия одной из составляющих передаваемого СИ является информационным параметром и изменяется на передающей стороне, а описанная обработка входного сигнала дублируется или повторяется для всех возможных (например, нескольких дискретных) значений коэффициента сжатия, причем обработка входного сигнала допускает в том и другом режиме как последовательную, так и параллельную процедуру модуляции входных сигналов, считываемых с отдельных интервалов времени, измерения их спектров и корреляции сигналов и спектров.

Изменение коэффициента сжатия любой составляющей синхроимпульса не изменяет алгоритма оценки временного сдвига синхроимпульса. При постоянстве режима синхронизации достоверность оценки коэффициента сжатия, как информационного параметра, проверяется постоянством временного сдвига синхроимпульса. Скрытность передачи определяется значениями и диапазоном изменения коэффициента сжатия. 1 ил.

Известен способ вхождения в синхронизм [1] путем поэлементной (посимвольной) обработки составных широкополосных сигналов (ШПС). Известен способ приемо-передачи ШПС [2] в котором передаваемая информация кодируется набором ШПС с частотно-кодовым разделением адресных и информационных сигналов. Известны системы реализации подобных способов [3] [4] Недостатком известных способов и устройств является недостаточная помехоустойчивость, обусловленная низкой надежностью обнаружения отдельных дискретов, несущих лишь часть энергии сигнала.

Наиболее близким прототипом является способ по а.с. N315298, в соответствии с которым на передающей стороне формируется определенная последовательность элементарных символов дискретов, а на приемной стороне реализации входного сигнала длительностью, равной длительности n последовательных дискретов, подвергаются многоэтапной обработке: посимвольному обнаружению отдельных дискретов и блочному распознаванию искомых комбинаций символов. Основным недостатком способа является низкая помехоустойчивость, обусловленная указанной выше поэлементной обработкой и проявляющаяся в резком снижении надежности работы уже при соотношении с/ш менее 10 дБ. [4] [6] Целью изобретения является повышение помехоустойчивости синхронизации.

Цель достигается благодаря модуляции входного (принимаемого) сигнала гармониками и оценки корреляции модулированного сигнала и его спектра.

Сущность способа заключается в том, что на передающей стороне формируют периодически последовательность синхроимпульсов (СИ), каждый из которых составляется как суперпозиция двух несмещенных сигналов с различным сжатием (во времени), а на приемной стороне в режиме синхронизации входной сигнал на интервалах времени длительностью, равной периоду СИ, модулируют n гармониками, образуя n модулированных сигналов, которые запоминают, подвергают спектральному анализу, перемножают со своими спектрами, произведения интегрируют, напряжения, пропорциональные интегралам, запоминают вместе со значениями частот соответствующих гармоник, сравнивают, два наибольших из них усиливают пропорционально соответствующим частотам, по разности усиленных напряжений определяют положение (смещение) синхроимпульсов на последовательности временных интервалов, при этом в режиме передачи информации коэффициент сжатия одной из составляющих передаваемого СИ является информационным параметром и изменяется на передающей стороне, а описанная обработка входного сигнала дублируется или повторяется для всех возможных (например, нескольких) дискретных значений коэффициента сжатия, причем обработка входного сигнала допускает в том и другом режимах как последовательную, так и параллельную процедуру модуляции входных сигналов, считываемых с отдельных интервалов времени, измерения их спектров и корреляции сигналов и спектров.

В качестве составляющих синхроимпульсов (СИ) используются сигналы ϕ(x), пропорциональные своим преобразованиям Фурье F{ϕ(x)} (см.5, с.182). Преобразование Фурье не искажает и сигналы ϕ(x), смещенные на x₀ и модулированные гармоникой с частотой y₀ при одинаковых значениях безразмерных аргументов x₀ и y₀: Это свойство модулированных сигналов (1) позволяет варьированием "временного" сдвига в исходном сигнале компенсировать "частотный" сдвиг в спектре и наоборот.

Образование "копии" или "подобия" смещенного модулированного сигнала указанным преобразованием позволяет реализовать близкое к оптимальному обнаружение сигнала в аддитивном шуме путем измерения корреляции сигнала (без поэлементного разбиения) и его спектра (см.6, с.423 425).

Наличие двойной неопределенности в принимаемом СИ (по времени и по частоте) потребует обработки двух некоррелированных составляющих ϕ₁(x) и ϕ₂(x) отличающихся различным масштабным коэффициентом сжатия сигнала ϕ.(α.t) по времени t (см.[7] с. 31 33). В этом случае в соответствии с приведенной выше формулой (1) будут иметь место следующие соотношения: ϕ.= ϕ(α.t) составляющая передаваемого СИ; составляющая принимаемого СИ, множитель обусловлен Допплер-эффектом в канале связи; составляющая входного сигнала, модулированного гармоникой с частотой ω_к.

Уравнение, соответствующее максимальной корреляции модулированного сигнала и его спектра, будет иметь вид: причем уровень корреляции будет пропорционален энергии сигнала. При равных энергиях составляющих СИ ϕ₁ и ϕ₂ выходное напряжение коррелятора будет иметь два одинаковых максимума при частотах модуляции входного сигнала ω₁ и ω₂ определяемых уравнениями

Исключение из данной системы неизвестной частоты ω_g позволяет определить неизвестный сдвиг τ, определяющий положение принимаемого СИ на исследуемом интервале времени (сдвиг относительно середин интервала):

Изменение любого коэффициента α не изменяет алгоритма оценки t. При неизменности режима синхронизации достоверность оценки коэффициента a. как информационного параметра в режиме передачи информации проверяется постоянством τ. Скрытность передаваемой информации определяется значениями и диапазоном изменения a.

Что касается составляющих СИ функций v, то они описываются дифференциальным уравнением (см.5, с.183)

вид которого оказывается тем же и для их спектра, поскольку дифференцирование функции соответствует умножению ее спектра на jy, а произведению x²ϕ соответствует двукратное дифференцирование спектра функции v по y.

Техническая реализация отдельных операций. Формирование составляющих СИ производится в два этапа: 1. запись решения уравнения (4) с безразмерным аргументом x на отрезке на два носителя с различными масштабами; 2. периодическое одновременное считывание с этих носителей обоих сигналов v₁ и ϕ₂ так, чтобы оси симметрии сигналов ϕ₁ и ϕ₂ совпадали. Период синхронизации T при выбранном параметре λ определяет максимальное значение коэффициента сжатия a, например при l 10³ и T 10^-4 с max a 2·10⁶ Гц. Диапазон частот w_к гармоник и шаг дискретизации Δω = ω_к+1- ω_к определяются соответственно диапазоном изменения задержки τ и максимальной точностью измерения последней dt, которая оказывается обратно пропорциональной параметру l уравнения (4). Этот параметр определяет кривизну автокорреляционной функции сигнала в окрестности ее наибольшего значения и равен базе сигнала v произведению его эффективной длительности на эффективную ширину спектра (см. [8] с.262, 308).

Способ может быть реализован устройством, блок-схема которого приведена на чертеже.

Устройство содержит 11 блоков: блок модуляции 1, блок генерации гармонических колебаний 2, блок памяти 3, блок спектрального анализа 4, блок умножения 5, блок-интегратор 6, блок памяти 7, блок сравнения 8, блоки умножения 9 и 10, блок вычитания 11. Устройство в режиме синхронизации работает следующим образом: в блоке 1 производится перемножение входного сигнала на каждом интервале времени T на каждую из n гармоник, которые генерируются в блоке 2, n модулированных сигналов длительностью T запоминаются в блоке 3, в блоке 4 производится спектральный анализ модулированных сигналов, в блоке 5 образуются произведения каждого модулированного сигнала и его спектра, в блоке 6 образуются напряжения, пропорциональные интегралу каждого произведения, эти напряжения вместе со значениями частот соответствующих гармоник запоминают в блоке 7, в блоке 8 производится сравнение всех напряжений и определение двух наибольших, одно из которых усиливают в блоке 9, а другое в блоке 10 пропорционально частоте соответствующей гармоники, в блоке 11 образуется разность этих усиленных напряжений.

Описанная обработка входного сигнала в режиме передачи информации дублируется (параллельно) или повторяется (последовательно) для всех возможных (например, нескольких дискретных) значений коэффициента сжатия составляющей синхроимпульса; параллельную обработку допускает и процедура модуляции входных сигналов, считываемых с отдельных интервалов времени, а также процедура измерения их спектров и корреляции сигналов и спектров.

Литература
1. Способ вхождения в синхронизм. А.с. N 315298, БИ N28, 1971.

2. Способ приемо-передачи ШПС. А.с. N 1084998, БИ N13, 1984.

3. А.с. N293304, БИ N5, 1971.

4. А.с. N 311415, БИ N24, 1971.

5. Суетин П.К. Классические ортогональные многочлены. М. Наука, 1979.

6. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М. Советское радио, 1966.

7. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М. Советское радио, 1986.

8. Свистов В. М. Радиолокационные сигналы и их обработка. М. Советское радио, 1977.

Формула изобретения

Способ синхронизации канала связи путем формирования синхроимпульсов на передающей стороне и спектрального анализа сигналов на приемной стороне, отличающийся тем, что формирование синхроимпульсов (СИ) производят на каждом из последовательности примыкающих временных интервалов определенной длительности Т путем суперпозиции двух несмещенных сигналов, составляющих СИ и имеющих одинаковую энергию, но различные коэффициенты сжатия во времени, на каждом из последовательности примыкающих временных интервалов такой же длительности Т на приемной стороне входной сигнал перемножают с различными "n" гармониками, образуя "n" модулированных сигналов, спектр каждого из модулированных таким образом сигналов перемножают на соответствующий модулированный сигнал, каждое произведение интегрируют, образованные таким образом интегралы, соответствующие различным модуляционным частотам, сравнивают по величине, а по разности частот, соответствующих двух наибольших интегралам, определяют оценку сдвига СИ на данной последовательности интервалов.

РИСУНКИ

Рисунок 1