Содержание к диссертации
Введение
1. Разработка и исследование геометрической модели канала с переменными параметрами . 8
1.1. Анализ известных моделей каналов с переменными параметрами . 8
1.2. Синтез геометрической модели канала с переменными параметрами 16
1.3. Анализ геометрической модели канала с переменными параметрами 18
1.4. Выводы 25
2. Применение метода относительной амплитудной модуляции для каналов с переменными параметрами 27
2.1. Анализ существующих методов передачи инфорации по каналам с переменными параметрами 27
2.2. Сущность относительных методов передачи 29
2.3. Сравнительный анализ использования различных способов обработки сигналов применительно к относительной амплитудной модуляции 31
2.4. Анализ помехоустойчивости инвариантного метода передачи 39
2.5. Выводы 51
3. Экспериментальное исследование ИСПИ методом статистических испытаний 52
3.1. Общие вопросы организации эксперимента 52
3.2. Разработка имитационной модели исследуемой ИСПИ 59
3.3. Анализ экспериментальных результатов 74
3.4. Выводы 74
4. Техническая реализация инвариантной системы передачи информации 76
4.1. Разработка структурной схемы ИСПИ 76
4.2. Разработка алгоритма работы передающей части ИСПИ 84
4.3. Разработка алгоритма работы приемной части ИСПИ 86
4.4. Оценка требуемого быстродействия и объема памяти аппаратных средств 87
4.5. Выводы 88
Заключение 89
Список литературы 91
Приложение №1. Набор моделирующих программ 99
Приложение №2. Таблицы справочного материала 125
- Анализ известных моделей каналов с переменными параметрами
- Анализ существующих методов передачи инфорации по каналам с переменными параметрами
- Общие вопросы организации эксперимента
- Разработка структурной схемы ИСПИ
Введение к работе
Актуальность темы. Современный уровень развития систем обработки информации ставит задачу высокопомехоустойчивой передачи сигналов (информации).
Одним из аспектов этой задачи является безыскаженная передача информации по каналам с переменными параметрами.
Вопросам передачи информации по каналам с переменными параметрами посвящены многие исследования, проведенные отечественными учеными: Кремером И.Я., Владимировым В.И., Карпухиным В.И., Васильевым К.К., Петровичем Н.Т., Кловским Д.Д., Сифоровым В.И., и многими другими отечественными и зарубежными учеными.
Полученные этими учеными результаты относятся к передаче бинарного сигнала при воздействии комплекса мультипликативной и аддитивной помех.
Вопросами инвариантности занимались отечественные ученые: Окунев Ю.Б., Петров М.Н., Лебедянцев В.В., Малинкин В.Б.
Окунев Ю.Б. впервые рассмотрел принципы построения и характеристики систем передачи информации, обладающих свойствами нечувствительности (инвариантности) к некоторым типам помех.
Д.т.н., профессор Петров М.Н., разработал теорию управления информационными сетями на основе использования тензорной теории.
Д.т.н., профессор Лебедянцев В.В., выявил инвариант как отношение длин векторов информационного и опорного сигналов на входе и выходе канала передачи информации.
Д.т.н., профессор Малинкин В.Б. разработал теорию построения адаптивных фильтров на основе использования инвариантов.
Существующие способы передачи сигналов управления и информации в системах обработки информации зачастую не отвечают жестким требованиям по вероятности ошибки при заданной скорости передачи, ограничении
ширины полосы пропускания канала и случайным изменениям параметров канала.
Существующие методы повышения достоверности сводятся к использованию всевозможных способов кодирования информации. Это приводит к удорожанию оборудования, снижению скорости передачи, использованию дорогостоящих алгоритмов обработки информации.
Все это привело к поиску новых путей решения данной задачи.
Одним из возможных подходов к решению данной задачи является совместное использование метода относительной амплитудной модуляции, предложенного Петровичем Н.Т., и инвариантного подхода при передаче информации.
Совокупность этих двух методов позволяет системе обработки информации быть устойчивой к воздействию мультипликативной помехи и иметь достаточно большой набор передаваемых значений инвариантов.
Такой подход позволяет упростить структуру системы обработки информации при улучшении качественных показателей: например, уменьшении вероятности ошибки.
Цель работы. Основной целью работы является разработка алгоритма безыскаженной передачи информации по каналам с переменными параметрами.
В соответствии с поставленной целью в работе формируются и решаются следующие основные задачи:
- анализ геометрической модели канала с переменными параметрами;
-исследование возможности использования метода относительной амплитудной модуляции в сочетании с использованием инвариантов и мерами по повышению помехоустойчивости;
разработка методики оценки помехоустойчивости инвариантной системы передачи информации (ИСПИ);
исследование возможности технической реализации инвариантной системы передачи информации по результатам оценки помехоустойчивости;
разработка структурной схемы инвариантной системы передачи информации .
Методы исследования. В работе использовался математический аппарат теории вероятностей, линейной алгебры, вычислительной математики. Экспериментальное исследование инвариантной системы передачи информации проводилось методом статистического моделирования на ПЭВМ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Проведен анализ геометрической модели канала передачи информации с переменными параметрами.
Предложено использовать метод относительной амплитудной модуляции, как устойчивый к воздействию мультипликативной помехи, в сочетании с заданием инвариантов при формировании сигнала.
На основании метода преобразования случайных величин получено выражение плотности вероятности оценки инварианта, что позволило оценить помехоустойчивость инвариантной системы передачи информации.
Разработана структурная схема инвариантной системы передачи информации для случая обработки поднесущей расширенным синхронным детектированием.
Практическая ценность. Реализация результатов исследования вопросов построения инвариантной системы передачи информации позволит на практике добиться существенного снижения влияния мультипликативной и флук-туационной помех на верность передачи информации по каналам с переменными параметрами, и тем самым уменьшить вероятность ошибки.
Предложена методика оценки помехоустойчивости инвариантной системы передачи информации по каналам с переменными параметрами.
Внедрение работы. Исследования, проведенные в ходе работы над темой, являются составной частью НИР по теме «Фундаментальные аспекты новых информационных и ресурсосберегающих технологий». Получен акт о внедрении в производственную деятельность ООО «Лифт-комплекс ДС».
Апробация работы. Результаты, полученные в работе на разных этапах ее выполнения, докладывались и обсуждались на
- Российской научно-технической конференции «Информатика и про-
блемы телекоммуникаций», Новосибирск, 1997;
\ - Международной научно-технической конференции «Информатика и
проблемы телекоммуникаций», Новосибирск, 1997;
- Международной научно-технической конференции «Информатика и
проблемы телекоммуникаций», Новосибирск, 1998;
Третьей международной конференции «Современные информационные технологии СИТ-98», Новосибирск, 1998;
Российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций», Новосибирск, 2004;
Российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций», Новосибирск, 2005.
Международной конференции «2005 Microwave Electronics, Measurement, Identification, Application - MEMIA2005», Новосибирск, 2005.
Публикации.
По теме диссертации автором опубликовано одиннадцать работ, в том числе четыре статьи.
Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:
1. Инвариантная система передачи информации, основанная на исполь
зовании относительной амплитудной модуляции, устойчивой к воздействию
і мультипликативной помехи.
2. Методика расчета помехоустойчивости инвариантной системы пере
дачи информации, основанная на методе преобразования случайных величин.
3. Устройство, реализующее инвариантные алгоритмы обработки информации.
Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы, приложений.
Анализ известных моделей каналов с переменными параметрами
В реальных условиях часть некоторых параметров сигналов неизвестны при приеме и в лучшем случае известны только распределения вероятностей этих параметров. Иногда эти неизвестные параметры могут быть определены с той или иной точностью непосредственно путем анализа принимаемого сигнала и знание их может быть использовано при приеме последующих элементов сигнала. Часто это оказывается невозможным, так как неизвестные параметры не остаются постоянными в процессе передачи, а довольно быстро флуктуируют, и знание предыдущих значений этих параметров практически бесполезно для приема последующей части сигнала. Даже в тех случаях, когда неизвестные параметры сигнала изменяются очень медленно, возможность их определения путем анализа приходящего сигнала не всегда используется. Дело в том, что увеличение верности приема, достигаемое с учетом этих параметров не всегда окупает усложнение приемного устройства, необходимое для осуществления указанного анализа.
Здесь рассматривается случай, когда неизвестным параметром является начальная фаза гармонических составляющих сигнала. Неопределенность фазы может быть вызвана разными причинами. Довольно часто в современной аппаратуре передачи информации эта неопределенность вызывается условиями формирования сигнала в передающем устройстве. При этом нередко каждый элемент сигнала передается с совершенно произвольной начальной фазой.
Другой причиной неопределенности фазы приходящего сигнала являются флюктуации времени распространения ґр сигнала в канале.
Очевидно, что условие (1.1) может быть выполнено лишь для относительно узкополосных сигналов, у которых F «: /ср, но именно такие сигналы обычно используются для передачи информации по радиоканалу и для дальней проводной передачи информации.
Причинами флюктуации времени распространения ґр могут быть изменения среды, в которой распространяются сигналы (например, изменения высоты окружающего слоя при ионосферной передаче информации, изменения температуры кабеля и усилителей в проводной передаче информации и т.д.), а также изменения взаимного расположения передающего и приемного устройств.
Условия приема сигналов зависят в значительной степени от того, с какой скоростью происходят флюктуации фазы. Можно различить следующие случаи: 1) очень быстрые флюктуации, когда фаза сигнала существенно изменяется на протяжении одного элемента сигнала; 2) быстрые флюктуации, когда начальные фазы соседних элементов сигнала можно считать некоррелированными, но в пределах одного элемента фаза сигнала заметно не изменяется (к этому случаю обычно относятся те флюктуации фазы, которые вызваны условиями формирования сигнала в передающем устройстве); 3) медленные флюктуации, когда начальные фазы соседних элементов почти одинаковы, однако на протяжении нескольких элементов фаза меняется в значительных пределах; 4) очень медленные флюктуации, когда фаза сигнала мало меняется на протяжении значительного числа элементов сигнала. Такое подразделение, конечно, условно, и существуют различные промежуточные случаи. Однако оно полезно, как некоторая идеализация, облегчающая теоретический анализ. Первый случай обычно сопровождается столь же быстрыми флюктуа-циями коэффициента передачи д. (замираниями сигнала). Четвертый случай почти не отличается от случая, когда сигнал полностью известен, поскольку при очень медленных флюктуациях фазы можно путем анализа предыдущих элементов сигнала с достаточной точностью определить ожидаемые фазовые соотношения в последующих элементах и осуществить когерентный прием. Для второго случая характерным является полное отсутствие сведений о начальной фазе принимаемого элемента сигнала. Как будет показано далее, это не препятствует приему содержащейся в элементе информации, если только она не заключена в самом значении начальной фазы. Различение сигнала при полном отсутствии (или при полном отказе от использования) сведений о начальной фазе каждого элемента будем называть абсолютно некогерентным приемом.
Третий случай занимает промежуточное положение между вторым и четвертым. Как и в четвертом случае, здесь, в принципе, возможен когерентный прием, но для оценки начальной фазы ожидаемого элемента сигнала может использоваться лишь небольшое число предыдущих элементов, что приводит к значительной погрешности и увеличению вероятности ошибок. Как в третьем, так и в четвертом случаях, разумеется, можно применять абсолютно некогерентный прием, отказавшись от использования каких-либо сведений о начальной фазе ожидаемого элемента сигнала. Однако, здесь используется и относительно некогерентный прием, при котором неизвестной является начальная фаза некоторой последовательности элементов, но возможные фазовые соотношения между соседними элементами сигнала известны.
Сущность замираний и их классификация. Каналом с замираниями будем называть такой канал, в котором амплитуды составляющих сигнала, приходящего к приемнику, подвержены флюктуациям. В реальных условиях при флюктуации амплитуд составляющих сигнала всегда наблюдаются и флюктуации фаз. Поэтому будем считать, что при наличии замираний фаза приходящего сигнала также является в той или иной степени неопределенной.
Замирания представляют собой явление, характерное для большей части радиоканалов передачи информации. Физически в канале с замираниями обычно сигнал распространяется по нескольким путям. Вследствие разностей хода лучей, приходящих от передатчика к приемнику, сигнал в приемной антенне представляет сумму отдельных колебаний с различными фазами и амплитудами. РІнтерференция этих колебаний в условиях, когда разности хода лучей не остаются постоянными, и является основной причиной флюктуации, как амплитуд, так и фаз составляющих сигнала.
Опишем кратко физическую модель замираний разного типа. Предположим, что приходящие к приемному устройству лучи отражаются (или рассеиваются) в некотором объеме ионосферы или тропосферы таким образом, что разность хода имеет величину порядка длины волны.
Это явление имеет место вследствие того, что ни ионосфера, ни другие отражающие объекты не представляют собой идеального зеркала, а скорее могут быть представлены весьма шероховатой поверхностью, меняющейся во времени, при известном влиянии магнитного расщепления лучей.
Считают, что при ионосферной передаче информации имеет место наряду с диффузным рассеянием, создающим флуктуирующую часть коэффициента передачи, также зеркальное отражение, определяющее его регулярную часть. Приведенные рассуждения показывают, что такая модель не является необходимой. В частности, в средневолновом и в нижнем участке коротковолнового диапазона при отражении волн от ионосферы частично выполняется условие что и определяет квазирелеевский характер замираний, без гипотезы о наличии отдельного «регулярного» луча. Впрочем, в некоторых случаях, распределение замираний обязано своим происхождением прямому прохождению луча, например вдоль поверхности земли, наряду с приходом диффузных отраженных лучей.
Анализ существующих методов передачи инфорации по каналам с переменными параметрами
Вопросы передачи информации по каналам с переменными параметрами решаются давно. Этой проблеме посвящено немало работ, перечисление которых заняло бы много места. Поэтому выделим лишь основные группы существующих методов передачи информации по каналам с переменными параметрами. /48, 52, 53/
Для всех групп методов главной трудностью в построении оптимального приемника для систем передачи информации по каналам с переменными параметрами является недостаточность априорных сведений о принимаемых сигналах и искажениях в канале.
Первая группа из существующих групп методов передачи информации по каналам с переменными параметрами преодолевает априорную неопределенность следующим способом, который назовем адаптивным. Его сущность состоит в подстройке (адаптации) структуры и параметров системы при изменении условий ее функционирования. К достоинствам адаптивного метода следует отнести его точность и быстродействие процесса адаптации. К недостаткам можно отнести то, что в такого рода системах требуется вводить дополнительный канал для детерминированного сигнала, оценивая который, система получает необходимую априорную информацию. Такой способ эффективен, когда неизвестна небольшая совокупность параметров сигналов и помех/12/.
Вторая группа методов применяется, когда число неизвестных параметров велико. Это так называемые вероятностные методы приема.
К достоинствам вероятностных методов можно отнести то, что они основаны на хорошо развитом математическом аппарате теории вероятностей /9, 10, 11/. Действительно, прием дискретных сигналов на основе их априорных и апостериорных вероятностей, условных функций плотностей вероятностей в зависимости от вероятностных характеристик помехи имеет широкое распространение. Например, для следующих алгоритмов приема: однократный отсчет, интегральный прием, накопление отсчетов, а также для различных видов используемой модуляции.
К недостаткам можно отнести то, что это группа методов используется для уже известных видов обработки сигналов и не всегда может быть применима для инвариантной системы из-за сложности аналитического выражения алгоритма обработки сигнала.
Третья группа методов решает проблему построения систем передачи информации с инвариантными характеристиками помехоустойчивости.
К такого рода системам можно отнести системы передачи с обратной связью, системы с шумоподобными (сложными) сигналами, системы передачи дискретной информации с частотноразностной и фазоразностной модуляцией второго порядка, нечувствительные к изменениям частоты сигнала/1, 14, 18/.
Разновидностью систем передачи с обратной связью являются системы с переспросом, системы с решающей обратной связью и системы с информационной обратной связью /9, 10, 11/. К достоинствам систем с обратной связью следует отнести то, что они повышают помехоустойчивость в прямом направлении. К недостаткам то, что на передачу каждого сообщения уходит дополнительное время. Достоинством системы с шумоподобными сигналами является то, что при достаточно широкой полосе пропускания канала влияние замирания может быть сведено до допустимого минимума. Недостатком такой системы является то, что при когерентном детектировании, т.е. при детектировании с учетом формы переносчика, на приеме необходимо иметь такой же генератор шума, как и на передающем конце. Сделать эти генераторы идентичными и обеспечить их синхронную работу весьма затруднительно. Достоинством системы передачи информации с фазоразностной модуляцией второго порядка является нечувствительность к изменениям частоты сигнала. Недостатком такой системы является то, что эффект абсолютной инвариантности системы к изменениям частоты сигнала достигается только при автокорреляционном приеме.
Кроме вышеперечисленных групп методов передачи информации по каналам с переменными параметрами, существует инженерное решение, позволяющее повысить помехоустойчивость системы передачи информации .
Это так называемый разнесенный прием /6, 9, 61, 73, 75/.
Принцип разнесенного приема заключается в том, что переданная информация на приеме воспроизводится не по одному, а по двум или нескольким сигналам, несущим одну и ту же информацию. Этими сигналами могут быть сигналы различных передатчиков, работающих на разнесенных частотах, или сигналы одного и того же передатчика, принятые на различные антенны, разнесенные по пространству или по поляризации. Можно также осуществить разнесение по времени или по углу прихода луча.
В случае разнесенного приема достоинством является простота метода. Однако этот метод требует дополнительных устройств (приемников, антенн). И это уже можно отнести к недостаткам метода.
Все выше перечисленные методы приема информации обладают несомненными достоинствами, как правило, повышающими помехоустойчивость. Но расплатой за это являются те или иные недостатки.
К числу последних относятся усложнение аппаратной реализации, усложнение алгоритма обработки сигнала, информации.
В середине 50-х годов появились и стали интенсивно развиваться новые методы передачи, при которых отказались от переноса информации абсолютным значением манипулируемого параметра сигнала передачи. Информацию при новых методах несет параметр не одной посылки сигнала, а двух. В этом случае при прохождении через канал важно постоянство не абсолютного значения манипулируемых параметров посылок, а различия этих параметров, их относительного значения. Действительно, на передаче в этом случае параметр одной посылки манипулируется относительно параметра другой, т.е. информация вкладывается в относительное значение параметров соседних посылок (отсюда и их название).
При прохождении через канал соседние посылки искажаются практически одинаково, а, следовательно, остается неизменным и относительное значение параметров несущих информацию соседних посылок. Очевидно, что перед началом передачи информации необходимо излучить одну вспомогательную посылку.
На приемной стороне для выделения передаваемой информации необходимо обрабатывать сразу по две соседних посылки: опорную yn_\(t) и информационную yn(t). Отметим, что при относительной манипуляции (ОМ) каждая гг-я посылка сигнала передачи является как информационной по отношению к соседней (п - 1)-ой, так и опорной по отношению к (л + 1)-ой соседней посылке. Поэтому потери времени и мощности на опорную посылку практически отсутствуют (кроме первой).
Общие вопросы организации эксперимента
При моделировании помехоустойчивости ИСПИ использовался датчик случайных чисел с нормальным законом распределения /4, 85-92/. Случайные числа имитировали действие гауссовой нормальной помехи с независимыми мгновенными значениями (белый шум). Для получения нормальных чисел вначале генерируются равномерно-распределенные случайные числа на отрезке [0; 1]. Для этой цели использовалось отделение дробной части от сложного арифметического выражения, содержащего предшествующее число V{. Например, может использоваться соотношение вида F/+1=FRAC( ), (3.1) где k=%t±3 nt- нечетное целое число (при t = 5 к = 37 или к = 43). Обычно перед использованием датчика случайных чисел задается начальное значение VQ на отрезке [0; 1]. Случайные числа с нормальным распределением могут быть получены с помощью формул = 2Ы{\/ )со8(2пГ1А), (3.2) Rl = p\n(\/Vi) sin(27iFM ). (3.3) I При этом получается сопряженная пара чисел, имеющих среднее значе ние i? = 0 и среднеквадратическое отклонение or = 1. При других значениях R и а производится перерасчет по формуле rM=R + RMo. (3.4) Обобщенный алгоритм реализации метода Монте-Карло обеспечивает моделирование работы объекта и вычисление основных статистических характеристик его функциональных параметров. Приведем описание обобщенного алгоритма. 1. Формирование случайных чисел - параметров с равномерным распределением. 2. Преобразование законов распределения. 3. Вычисление реакции объекта на случайные воздействия - параметры. 4. Статистическая обработка результатов.
Результаты, получаемые методом статистического моделирования, неизбежно носят случайный характер. Для обеспечения статистической устойчивости их соответствующие оценки вычисляются как средние значения по большому количеству реализаций 151.
Выбор количества реализаций зависит от того, какие требования предъявляются к результатам моделирования. Пусть в качестве оценки для некоторого параметра а, оцениваемого по результатам моделирования Xf, выбирается величина х, являющаяся функцией от xt. В силу случайных причин х будет в общем случае отличаться от а. Это отличие можно характеризовать следующим образом.
Величину є, такую, что а-л: є (3.5) назовем точностью оценки х, а вероятность а того, что неравенство (3.5) выполняется, достоверностью ее. Тогда р{\а-х\ е) = а. (3.6) Воспользуемся сформулированным принципом (соотношение (3.6)) для определения точности результатов, получаемых методом статистического моделирования. Пусть целью моделирования будет вычисление вероятности р появление некоторого случайного события А, определяемого состоянием исследуемой системы. В каждой из N реализаций процесса по модели рассматриваемое событие А может наступить или не наступить; другими словами, количество Ъ, наступления события А в данной реализации процесса является случайной величиной, принимающей значение ;ci=l с вероятностью р, и значение Х2 = 1 с вероятность 1 -р. Легко определить математическое ожидание и дисперсию случайной величины . В самом деле, по определению, математическое ожидание M( )=xlP+x2(l-p) = p, (3.7) а дисперсия (3.8) DtiH -Mti)]2 р+[х2-М(!;)]2(1-Р) = В качестве оценки для искомой вероятности р принимается частота m/N наступлений события А при JV реализациях. Но частоту m/N можно представить в виде N NU (3.9) где - количество поступлений события А в реализации с номером /. f т т \ ЛУ Из формул (3.7), (3.8) и (3.9) можно определить математическое ожидание и дисперсию частоты m/N М _pihA N D (3.10) В силу центральной предельной теоремы теории вероятностей (которую здесь можно взять в форме теоремы А.Я. Хинчина) частота m/N при достаточно больших N имеет распределение, близкое к нормальному. Поэтому для каждого значения достоверности а можно выбрать из таблиц нормального распределения такую величину ta, что точность є будет равна в= алР т л (3.11) Например, для а = 0,95 ta = 1,96 для а = 0,997 ta = 3 и т.д. Подставляя в (3.11) вместо дисперсии D(m/N) ее значение из (3.10) получим ч2 - (зл2) Отсюда можно определить количество реализации N, необходимых для получения оценки m/N с точностью є и достоверностью а _f2P(l-p) — In /-. А а 2 (ЗЛЗ) Є В практике моделирования вероятность р обычно неизвестна. Поэтому для определения количества реализаций поступают следующим образом. Выбирают NQ = 50-И00, по результатам NQ реализаций определяют JH/NQ , а затем окончательно назначают N, принимая, что р и ТП/NQ .
При моделировании основных характеристик ИСПИ, а именно помехоустойчивости (вероятность ошибки) возникает необходимость выразить глубину замираний в дБ в значение коэффициента передачи канала передачи информации (см. п. 4.1.2 описание приемной части. Функционирование АЦП).
Делается это следующим образом. Задается глубина замираний. Далее последовательно уменьшается коэффициент передачи канала до тех пор, пока мощность сигнала не сравняется с глубиной замираний в пределах заданной точности.
Задавалась длительность информационной посылки и при конкретной реализации замираний /8/ вычислялся коэффициент передачи в начале и в конце информационной посылки. При этом на определенных временных промежутках кривая замираний аппроксимировалась прямыми линиями с соответствующими угловыми коэффициентами.
Разработка структурной схемы ИСПИ
Входное устройство является первым высокочастотным элементом приемного устройства. Оно обеспечивает согласование приемника с антенной при наибольшем отношении сигнала к шуму, а также обеспечивает избирательность, необходимую для устранения мешающего действия соседнего передатчика.
Далее идет устройство автоматической подстройки частоты. Затем идет анализатор сигнала. Предназначен для формирования значащих моментов сигнала для поэлементной синхронизации и формирования управляющих слов для устройства управления передающей части ИСПИ. Анализатор сигнала включает в себя линейный детектор Д, предназна ченный для выделения огибающей сигнала, устройства автоматической регу лировки усиления АРУ, усиливающего сигнал с детектора до заданного уровня, фильтр нижних частот ФНЧ, предназначенный для отфильтровыва ния высокочастотных составляющих. Далее следует пороговое устройство ПУ, в котором сигнал после ФНЧ сравнивается с заданным порогом и схема принятия решения СПР, которая по результату сравнения сигнала в ПУ принимает решение о приеме «О» или «1». Кроме того, пороговое устройство формирует отметку начала сигнала, которая затем используется в устройстве синхронизации и отметку конца сигнала, которая отключает устройство синхронизации.
Исходными данными для устройства управления являются управляющие слова запросов на повторную передачу информационной последовательности при поражении последней мультипликативной помехой (рис. 4.1 А). Если подряд следует несколько повторных запусков, то устройство управления уменьшает длину информационной последовательности и вновь запускает ее на передачу. Получив соответствующие управляющие слова, устройство управления инициирует работу блока вычисления амплитуд поднесущей и генераторов несущей и поднесущей. Далее запускается модулятор и передатчик. Блок вычисления амплитуд Данный блок на основе значений инвариантов, записанных в двоичном коде в оперативном запоминающем устройстве инвариантов, формирует напряжение определенной амплитуды и подает его на модулятор для формирования информационного элемента. Генераторы несущей и поднесущей Поднесущая частотой /п подается на модулятор. Также на модулятор подается несущая. На модуляторе поднесущая модулирует несущую с учетом амплитуды поднесущей. Полученный таким образом сигнал подается на передатчик, который че рез антенну посылает сигнал на приемник.
Приемная часть ИСПИ представляет собой одноканальную систему с поднесущей. В технике передачи информации нередко применяется двойная модуляция. При этом передаваемым сообщением модулируется вспомогательное колебание (поднесущая) с частотой /п, а затем полученным модулированным колебанием модулируется другое колебание (несущая) с частотой F»/n. В одноканальньгх системах двойная модуляция позволяет снизить требование к стабильности несущей частоты, заменив его более легко выполнимым требованием к высокой стабильности поднесущей частоты. Одно-канальные системы применяются для передачи фототелеграфных и телеграфных сигналов, сигналов телеизмерения и т.п. /9/.
В исследуемой системе настройка частоты генератора опорного колебания для синхронного детектора, обрабатывающего несущую, производится с помощью устройства фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) /33/.
Рассмотрим работу приемной части. С входного устройства ВУ сигнал поступает на синхронный детектор СД. Генератор ФАПЧ подстраивается на частоту несущей. В случае обычной амплитудной модуляции с несущей, когда S(t,b) = Uo[l + mb(t)]-sm(2nFt), где S(t,b) - переданный сигнал; UQ -амплитуда несущей; т - индекс модуляции; bit) - передаваемая информация; F - частота несущей, синхронный детектор выделяет огибающую
Поэтому для обеспечения требуемой точности синхронизации при длительной работе в приемнике используется специальное устройство синхронизации по элементам УСЭ /34/. В данном случае применяется замкнутое УСЭ, которое представляет собой разновидность устройств фазовой автоподстройки частоты (радиоимпульсное устройство фазовой автоподстройки частоты) /33-36/.
Для выделения значащих моментов времени (начала и конца информационного элемента) используется анализатор сигнала, состоящий из линейного детектора Д, выделяющего огибающую радиоимпульса, фильтра низкой частоты, выделяющего низкочастотную составляющую сигнала, которая сравнивается с порогом в пороговом устройстве ПУ и затем схема принятия решения СПР принимает решение о начале сигнала /37/. По этому решению запускается устройство ФАПЧ и таймер системы синхронизации, дающий отметки, равные интервалу дискретизации для получения отсчетов мгновенных значений результата работы расширенного синхронного детектора /39/.
Время синхронизации выбирается с учетом наибольшего рассогласования фаз сигналов опорного генератора и сигнала, приходящего на расширенный синхронный детектор (обозначим его синхр) После синхронизации этих сигналов необходимо через интервал дискретизации получить мгновенные значения из результирующего сигнала расширенного синхронного детектора. Это делается с помощью электронного ключа ЭК с учетом задержек по тракту приемного устройства /
Таким образом, после прохождения интервала времени T = tcilWip+t начинаем получать отсчеты мгновенных значений через интервал дискретизации At. Между посылками предусмотрены разделительные промежутки не меньше длительности импульсной реакции gU). Таким образом функционирует поэлементная синхронизация. Для цикловой синхронизации необходимо использовать сигналы S0Tl, предназначенные для усреднения. После их подсчета необходимо по обратному каналу передать сигнал о вхождении в цикловой синхронизм и передаче данных из информационной последовательности /34, 36/.
Похожие диссертации на Инвариантная система передачи информации по каналам с переменными параметрами
