Способ формирования синхроимпульсов при приеме цифровых сигналов



Способ формирования синхроимпульсов при приеме цифровых сигналов
Способ формирования синхроимпульсов при приеме цифровых сигналов
Способ формирования синхроимпульсов при приеме цифровых сигналов

 


Владельцы патента RU 2446438:

Воронцов Валерий Леонидович (RU)

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано при приеме сигналов, содержащих блоки данных фиксированной длины. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости. Способ заключается в том, что после приема сигналов их преобразуют в блоки с фиксированным количеством N0 данных, разделенные маркерами, для каждого из маркеров вырабатывают синхроимпульсы Мпрм, где Мпрм - временное положение реального маркера. Для Мпрм отсчитывают -k1N0, -(k1-1)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 синхроимпульса Мпрм помечают границы отсчетов соответствующими сигналами с одинаковой амплитудой Ммним(-k1), Ммним(-k1+1), Ммним(-k1+2), …, Ммним(-1), Ммним(1), Ммним(2), …, Ммним(k2-1), Ммним(k2). Усиливают вышеупомянутые сигналы и Мпрм и складывают их амплитуды. Сравнивают каждую суммарную амплитуду с установленным порогом и в случае превышения порога для каждой суммарной амплитуды сигнала формируют регенерированный синхроимпульс Мрег. Мрег вводят для каждого блока данных по временному местоположению соответствующего синхроимпульса Ммним или Мпрм. Удаляют синхроимпульс Мпрм при отсутствии соответствующего ему Мрег. 3 ил.

 

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 Nмарк 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 Nош_доп к в принятой маркерной комбинации для их идентификации. Если Nмарк относительно велико, а Nош_доп мало, то в условиях действия даже относительно слабых помех в канале связи велика вероятность необнаружения маркера. При увеличении Nош_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 Nош_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 Мпрм, где Мпрм - 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 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 Мпрм, где Мпрм - временное положение реального маркера, согласно изобретению для каждого выработанного синхроимпульса Мпрм отсчитывают -k1N0, -(k1-1)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 Мпрм помечают границы отсчетов соответствующими сигналами с одинаковой амплитудой Ммним(-k1), Ммним(-k1+1), Ммним(-k1+2), …, Ммним(-1), Ммним(1), Ммним(2), …, Ммним(k2-1), Ммним(k2), усиливают сигналы Ммним(-k1), Ммним(-k1+1), Ммним(-k1+2), …, Ммним(-1), Ммним(1), Ммним(2), …, Ммним(k2-1), Ммним(k2) и Мпрм в соответствии с заданными коэффициентами усиления, для каждого выработанного синхроимпульса Мпрм с одинаковыми реальными моментами времени складывают амплитуды усиленных сигналов Ммним(-k1), Ммним(-k1+1), Ммним(-k1+2), …, Ммним(-1), Ммним(1), Ммним(2), …, Ммним(k2-1), Ммним(k2) и Мпрм, сравнивают каждую полученную суммарную амплитуду сигнала с установленным порогом и в случае превышения порога для каждой полученной суммарной амплитуды сигнала формируют регенерированный синхроимпульс Мрег, который вводят для каждого блока данных по временному местоположению соответствующего синхроимпульса Ммним или Мпрм, и удаляют синхроимпульс Мпрм при отсутствии соответствующего ему сформированного регенерированного синхроимпульса Мрег.

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 Мпрм, соответствующими положению маркеров.

2. Отсчитывают от каждого выработанного синхроимпульса Мпрм, соответствующего обнаруженному маркеру, -k1N0, -(k1-1)N0, -(k1-2)N0, …, -N0, N0, 2N0, …, (k2-1)N0, k2N0 данных и метят границы отсчетов соответствующими сигналами Ммним(-k1), Ммним(-k1+1), Ммним(-k1+2), …, Ммним(-1), Ммним(1), Ммним(2), …, Ммним(k2-1), Ммним(k2) одинаковой амплитуды.

3. Усиливают сигналы Ммним(-k1), Ммним(-k1+1), Ммним(-k1+2), …, Ммним(-1), Ммним(1), Ммним(2), …, Ммним(k2-1), Ммним(k2) и Мпрм в соответствии с заданными коэффициентами усиления.

4. Складывают усиленные сигналы, соответствующие разным синхроимпульсам Мпрм, 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 Мрег.

6. Подставляют регенерированный синхроимпульс Мрег по месту соответствующего синхроимпульса Ммним или Мпрм, и удаляют синхроимпульс Мпрм при отсутствии соответствующего ему синхроимпульса Мрег.

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 Мрег.

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, …, 2G сдвига, усилители 31, 32, …, 3F, 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, …, 2G сдвига. Второй вход блока 1 памяти и каждого из регистров 21, 22, …, 2G сдвига служит для установки их в состояние «0». Выходы регистров 21, 22, …, 2G 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, …, 3F(F=G+2), где F - количество усилителей, a G - количество регистров.

Вход усилителя 31 соединен с линией синхроимпульсов (СИ) входной шины. Выходы усилителей 31, 32, …, 3F 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, …, 2G сдвига осуществляется сдвиг запомненных сигналов на один такт. Задержка, создаваемая регистрами сдвига 21, 22, …, 2G, составляет соответственно N0, 2N0, …, (k1-1)N0, (k1+1)N0, ……, (k1+k2-1)N0, (k1+k2)N0 данных относительно их входных данных. На вход усилителей 31, 32, …, 3F поступают сигналы одинаковой амплитуды.

Перед началом работы на вторые входы блока 1 памяти и каждого из регистров сдвига 21, 22, …, 2G 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 21, 22, …, 2G сдвига разные синхроимпульсы одинаковой амплитуды появятся одновременно на входах всех усилителей 31, 32, …, 3F. 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, …, 3F, 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 Мпрм, характеризуют значимость синхроимпульсов Ммним(-k1), Ммним(-k1+1), Ммним(-k1+2), …, Ммним(-1), Ммним(1), Ммним(2), …, Ммним(k2-1), Ммним(k2) в зависимости от их удаленности от Мпрм. При этом значения коэффициентов усиления, соответствующие синхроимпульсам Ммним, или уменьшаются, или остаются неизменными. Чем меньше коэффициенты усиления, тем большее количество соответствующих синхроимпульсов Ммним и Мпрм 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 3Fпрм). В противном случае всегда на выход устройства (фиг.2) будет поступать синхроимпульс Мпрм. Вероятность того, что он окажется ложным, увеличится.

Значения k1 и k2 являются целыми числами и определяют количество синхроимпульсов Ммним соответственно до и после синхроимпульса Мпрм. 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=k2=5, Uмним=Uпрм=1, Uпор=1, где Uмним(Uпрм) - амплитуда сигнала Ммнимпрм) в условных единицах на выходе усилителя 31, 32, …, 3F-1 (3F) при поступлении на его вход задержанного исходного синхроимпульса; Uпор - уровень порога в условных единицах, устанавливаемый в пороговом блоке 5.

Положим истинным (переданным без искажения) маркерам соответствуют истинные (принятые без искажений) синхроимпульсы Мист(0), Мист(N0), Мист(2N0), …, Мист(15N0), где iN0 - количество данных от начала отсчета, соответствующее i-му синхроимпульсу Мист, 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 Мист(6N0), Мист(7N0), Мист(8N0), Мист(9N0), Мист(10N0) отсутствуют (соответствующие маркеры из-за помех не обнаружены), и из-за ложного маркера присутствует ложный регенерируемый синхроимпульс Млож(7,3·N0) (см. фиг.3).

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

Способ формирования синхроимпульсов, заключающийся в том, что 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 Мпрм, где Мпрм - временное положение реального маркера, отличающийся тем, что для каждого выработанного синхроимпульса Мпрм отсчитывают -k1N0, -(k1-1)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 Мпрм помечают границы отсчетов соответствующими сигналами с одинаковой амплитудой Ммним(- k1), Ммним(-k1+1), Ммним(-k1+2), …, Ммним(-1), Ммним(1), Ммним(2), …, Ммним(k2-1), Ммним(k2), усиливают сигналы Ммним(-k1), Ммним(-k1+1), Ммним(-k1+2), …, Ммним(-1), Ммним(1), Ммним(2), …, Ммним(k2-1), Ммним(k2) и Мпрм в соответствии с заданными коэффициентами усиления, для каждого выработанного синхроимпульса Мпрм с одинаковыми реальными моментами времени складывают амплитуды усиленных сигналов Ммним(-k1), Ммним(-k1+1), Ммним(-k1+2), …, Ммним(-1), Ммним(1), Ммним(2), …, Ммним(k2-1), Ммним(k2) и Мпрм, сравнивают каждую полученную суммарную амплитуду сигнала с установленным порогом и в случае превышения порога для каждой полученной суммарной амплитуды сигнала формируют регенерированный синхроимпульс Мрег, который вводят для каждого блока данных по временному местоположению соответствующего синхроимпульса Ммним или Мпрм, и удаляют синхроимпульс Мпрм при отсутствии соответствующего ему сформированного регенерированного синхроимпульса Мрег.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для кадровой синхронизации приемников в системах передачи цифровой информации. .

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении систем управления синхронизацией цифровых вычислительных машин и многопроцессорных систем.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифровых вычислительных машинах. .

Изобретение относится к автоматике и импульсной технике. .

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах оптической обработки информации, предназначенных для решения задач обработки двумерных массивов цифровых данных и изображений.

Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение для управления контролем достоверности передачи информации. .

Изобретение относится к автоматике и импульсной технике и используется для формирования исполнительной команды через определенный интервал времени, называемой уставкой и задаваемый последовательным кодом перед запуском таймера.

Изобретение относится к области вычислительной техники и цифровой автоматики. Техническим результатом является упрощение устройства за счет сокращения числа межмодульных связей. Устройство содержит С-элементы Маллера и инвертор. 3 ил.
Наверх