Способ цифровой связи

1. Радиотехнические системы передаш информации/Под ред. В.В. Калмыкова. - М. Радио и связь, 1990.5 Радиорелейные и спутниковые системы передачиЛТод ред. АС Немировского. - М. Радио и связь,1986. - С. 125, 128.7. Пеъшн П.И. Системы передачи цифровой информацгш. - М. Сов. Радио, 1976. - С. 22-24.Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в цифровых системах передачи информации.В порядке обобщения известных сведений о цифровых системах передачи информации алгоритм осуществления связи сигналами с двукратной фазоразностной манипуляцией логично представить последовательностью таких процессов обработки гшформацгш, как процесс разделения исходной информации на потоки,процесс дифференциального кодирования и процесс управления фазой несущего колебания на стороне передачи, процесс фазового детектирования и процесс восстановления информации на стороне приема. ПеречисЛСППЫС процессы В СВ 010 ОЧСРСДЬ ОПИСЪШШОТСЯ СВОИМИ ЦЛТОРЕПМШИЕ И МОГУТ СОВМСЩЦТЬСЯ, МВЦЯТЬСЯ МССТЦми, но каждый из них необходим и не может быть изъят из перечня. Логично сделать вывод, что для компактной реализашш общего процесса связи сигналами с офсетной фазоразноетной машшуляцией необходшио выбрать оптимальное сочетание отдельных алгоритмов, содержащих наименьшее число наиболее простых операций обработки сигналов кошсретно этого типа.Известны каждый в отдельности все процессы, необходимые для этой цели. Так, в 1 представлен математический аппарат разделения информации на потоки четньгх и нечетных символов. Конкретные схемы могут быть выподшены на основе демультиплексора с запоминанием выходных состояншй, обеспеъшвающего функции преобразования последовательного двухсимвольного кода в параллельный с увеличением вдвое длительностей символов параллельного кода для реализации квадратурного представления фазоманипулированного колебания.Известен также процесс кодирования, который, как правило, рассматривают совместно с процессом непосредственного воздействия на фазу несущего колебания. Их связывают между собой законом маьшпуляцин или манипуляциоштым кодом, который определяет Информационный параметр как функцию текущего отрезка исходной информации 2. Из 1, 3 известны манипуляционные коды для офсетной машшуляции,задающие текущую разность фаз несущего колебания в зависимости от сочетания трех последовательно переданных информационных символов. Однако конкретные схемы реализации таких кодов для офсетной манштуляшш не представлены.Из 4 известна схема кодирования для формирования сигналов двукратной фазоразностной манипуляции, разновидностью которой является офсетная. Схема построена на мультгшлексоре и двух запомгшающих элементах в виде так называемого цифрового автомата, реализующего код Грея. При желании изменением внутрешшх связей между элементами схемы можно изменить манипуляционный код. Такое решение предполагает сравнение предыдущего и текущего состояний и выдачу результата сравнения в виде двухэлементной комбинации символов для управления фазой несущего колебания. Это делает процесс кодирования достаточно сложньпи, тем более, что таким же сложным автоматически становится и процесс декодирования,т.е. восстановления исходной информации на стороне приема.Достаточно известны функциональные схемы непосредственно управления фазой несущего колебания,например, с помощью балансного модулятора, фазосдвигающих элементов 5, мультиплексоров 4.Подробно описаны также процессы автокорреляционного 6 и когерентного 1 приема фазоманипулированных колебаний с помощью фазовых детекторов, преобразующих сдвиги фаз принятого колебания в Двухэлементные комбинации логических символов.В 7 сказано, что передающая часть цифровой линии связи осуществляет ряд операций, связанных с преобразованием дискретного сообщения в сигнал. Эти операции включают кодирование передаваемой информации (поншиаемом в самом широком смысле) и манипуляцию сигнала. Совокупность операций, связанных с преобразоваъшем передаваемых сообщеншй в сигнал, называется способом передачи. После фильтрации и усиления в избирательной части приемника сигнал демодулируется и на выходе демодулятора образуется дискретная последовательность, которая вводится в декодирующее устройство. Сформированная в результате декодирования цифровая последовательность поступает к получателю информации. Совокугшость этих операций назьгвается способом приема. Как было сказано выше, операция кодирования понимается в самом широком смысле, поэтому она может быть представлена и как дифференциальное (относительное, фазоразностное) кодирование.Общий принцтш осуществления процесса восстановления исходной информации после детектирования сигналов с двукратной фазоразностной маншгуляцией Изложен в 2, однако Известные схемы декодирования коъшрстно офсетных сшналов решают частные задачи, достаточно сложны в реализации и нс могут быть обобщены. Поскольку в 3 указывается, что для Офсетного декодирования элементы в синфазном и квадратурном каналах детектора должны быть правильно объедьшены в пары, можно сделать вывод, подтверждающий предположение, что декодирование офсетных сигналов рекомендуется осуществлять по тому же громоздкому принципу, что и декодирование сигналов с квадратурной фазоразностной манипуляцией, т.е.,например, цифровыми автоматами, сравнивающими текущее и предыдущее состояния фазового детектора. Такой подход не дает возможности реализовать в полной мере преимущества офсетной манипуляции.Вместе с тем существует возможность задания других мантшуляционньтх кодов. В 1, 3, 4, например,оговаривается возможность перекодирования дифференциальным кодом информашюнных символов четного и нечетного потоков в отдельности, однако эта операция не указана как обязательная и практические рекомендации по ее использованию в литературе не Приводятся, хотя проведенный сравнительный анализ показал, что в этом случае требуется принципиальное изменение алгоритма восстановления информации на стороне приема.Наиболее близким к заявляемому решению является техническое решение по заявке 8. Па стороне передачи 8 исходную Цифровую ииформацшо разделшот на два потока Цифровых символов, соответствующих одгш четным, другой нечетным битам информации. Границы символов в потоках сдвинуты Между собой на полпериода При этом длительность символов в потоках вдвое болъше длительности исходной гшформации. В каждом потоке символы подвергают относительному кодированию, которое производят только после разделения информации на два потока. Выходными символами кодеров кодируют фазы двух составляющих сигнала-переносчика. Обе составляющие находятся в квадратуре друг к другу, т.е. их начальные фазы сдвинуты между собой на п/2. Манипулированный по фазе сигнал-переносчик излучается в тгространство. На стороне приема обе квадратурные составляющие принятого фазоманипулированного сигнала подвергают фазовому детектированию в двухканальном когерентном детекторе, на выходах которого формируются цифровые сшутволы, соответствующие законому изменения фаз в исследуемых сигналах.Предлагаемое изобретеъше упрощает техническую реализацию системы связи и повышает достоверность приема штформаций.В соответствии с заявленным способом цифровой связи на стороне передачи исходную цифровую информацию также разделяют на два потока цифровых символов, соответствующих один четным, другой нечетным битам информации. Границы символов в потоках также сдвинуты между собой на полпериода, а их длительность вдвое больше длительности символов исходной информации. Цифровые символы также подвергают относительному кодированию по тому же, что и в известном рететти, закону. Однако в отличие от известного решения относительное кодирование может быть, во-первых, неоднократным, а во-вторых производиться до, после (во время), до и после, дважды до и раз после разделения информации на потоки. Все зависит от выбранного метода фазового детектирования, при этом может применяться и когерентный детектор, и автокорреляционный с элементом задержки на одшт сшнвол (такт), и автокорреляционный с элементом задержки на два символа (такта) информации.Выходные символы фазового детектора не подвергают обработке в каждом канале в отдельности. Не производят также преобразования в последовательный код путем стробирования символов в каналах. Восстановление информации осуществляют непосредственно сложением по модулю 2 параллельных символов на выходах каналов фазового детектора, сразу получая последовательный код п уже после этого, при необходимости, цифровые символы полученного потока подвергают относительному декодированию сложением ПО МОДУШО 2 СОСЕДНИХ СИМВОЛОВ.Таким образом, сущность изобретения состоит в том, что Каждый символ исходной информации подвергают обязательному дифференциальному кодированию, при этом в процессе восстановления исходной информации, как следствие, выполняют или операцию сложения по модулю 2 результатов детектирования или последовательность операций сложения по модулю 2 результатов детектирования и сложения по модулю 2 соседних символов полученного потока. Такое решение содержит шшимальньтй набор достаточно простых необходимых операций, что упрощает техническую реализацию общего процесса и не требует вообще объединения в пары выходных символов в каналах детектора, чем повышается достоверность приема информации В зависимости от последовательности процессов и операций, а также вида приема фазоманипулированных сигналов возможны несколько вариантов исполнения способадифференциальное кодирование выполняют до разделения потоков, при этом осуществляют когерентный приемдифференциальное кодирование осуществляют после или в процессе разделения потоков, при этом осуществляют автокорреляционный Прием с задержкой сигнала На один такт информациидиффереъщиальное кодирование осуществляют до и после или до и в процессе разделеъшя потоков, при этом осуществляют автокорреляционный прием с задержкой сигнала на два такта информации. В этих трех случаях информацию восстанавливают операцией сложения по модулю 2 результатов детектированиядифференциальное кодирование осуществляют после идш в процессе разделения потоков, при этом осуществляют Когерентный прием дифференциальное Кодирование осуществляют до и после или до и в процсссс разделения потоков, при этом осуществляют автокоррсляционный присм с задержкой сигнала на один такт информациидифференциальное кодирование осуществляют дважды до и раз после или в процессе разделения потоков, при этом осуществляют автокорреляционнвтй прием с задержкой сигнала на два такта информации. В последних трех случаях информацию восстанавливают последовательностью операций сложения по модулю 2 результатов детектирования и сложения по модулю 2 соседних символов полученного потока.Возможность реализации способа подтверждается временными диаграммами, изображенными на фиг. 1,где представлены1 - произвольньпй отрезок исходной цифровой информации2 - результат диффереъщиальното кодирования информации до разделения потоков3, 4 - разделение на потоки дифференциально кодированной информации5 - сдвиг начальной фазы несущего колебания, например, по коду Грея6, 7 - РСЗуЛЬТЗГЫ ДСТСКГИРОВЗНИЯ В КОГСРСНТНОМ ДСТСКГОрС ПРИ ВХОДНОМ СИГНЗЛС сов мы 90) и опорных колебаниях соз шок 3/47 т, соз фот - 3/47 т8 - сведение по модулю 2 результатов детектирования (восстановленная штформация)9, 10 - результаты разделения информации на потоки и кодироваьшя каждою потока дифференциальным кодом11 - сдвиг начальной фазы несущего колебания по коду Грея12, 13 - выходные символы синфазного и квадратурното потоков автокорреляционного фазового детекто ра при задержке сигнала на один такт и сдвиге на 3/47514 - сведение результатов детектирования по модулю 2 (восстановленная информация)15, 16 - выходные символы синфазного и квадратурното каналов когерентного фазового детектора при входном сигнале щитам 60), вшить тс/4 и 5 н 1 (по тс/417 - сведение по модулю 2 результатов когерентного детектирования18 - сведение по модулю 2 соседних символов полученного потока (восстановленная штформаштя)19 - результат диффереъщиального кодирования информации до разделения на потоки20, 21 - диффереъщиальное кодирование потоков диффереъщиально кодированной информации22 - сдвиг начальной фазы несущего колебания по коду Грея23, 24 - результаты автокорреляционного детектирования с задержкой штформации на два такта и сдвигом на 3/41525 - сведение по модулю 2 результатов детектирования (восстановленная информация)26, 27 - результаты автокорреляционного детектирования с задержкой информации на один такт и сдвигом на 3/47528 - сведение по модулю 2 результатов детектирования29 - СВСДСНИС 11 О МОДУЛЕ) 2 СОСЕДНИХ СИМВОЛОВ 11 ОЛу ЧСННОГО ПОТОКИ (ВОССЛННОВЛСНННЯ ИНфОрМИЦИЯ), 30 - дифференциальное кодирование до разделения потоков32, 33 - результаты кодирования двойшого кода в процессе разделения потоков34 - сдвиг начальной фазы несущего колебания по коду Грея35, 36 - результат автокорреляционного детектирования с задержкой сигнала на два такта штформации и сдвигом на 3/411737 - сложение по модулю 2 результатов детектирования38 - сложение по модулю 2 соседних символов полученного потока (восстановленная информация).Способ может быть реализован устройством, функциональная схема которого изображена на фиг. 2. Устройство содержит блок разделения потоков 1 и блок кодирования 2, обьедштеъшые в общий блок разделения и кодирования 1, 2 модулятор 3 фазовый детектор 4 блок восстановления исходной информации 5. Блок 1,2 предназначен для обязательного дифференциального кодирования символов исходной информации, преобразования последовательного кода в параллельный двухсимвольньтй код и управления модулятором 3. Модулятор 3 предназначен для управления фазой приходящего к нему несущего колебания и выдачи фазоманинудированного сшнала на передающую часть оборудования. Фазовый детектор 4 предназначен для преобразования сдвигов фаз фазомашишулироваъшого сигнала, приходящего с приемной части оборудования,в ДВУХСИМВОЛЬПЫВ комбинации. Блок восстановления Исходной Информации 5 предназначен Для преобразования выходных двухсимвольньтх комбинаций детектора в исходную информацию. Первый и второй выходы блока разделения и кодирования 1, 2 соединены с первым и вторым управляющими входами модулятора 3,первый и второй выходы фазового детектора 4 соединены с первьпи и вторым входами блока восстановления информации 5. Вход 6 блока разделения и кодирования 1, 2 предназначен для ввода исходной информации,высокочастотные вход 7 и выход 8 модулятора 3 предназначены один для ввода несущей, а другой - для вь 1 ВУ 3411 С 1вода фазоманипулированного колебания. Вход 9 фазового детектора 4 предназначен для ввода принятого сигнала, а выходы 10 И 11 блока восстановления исходной информации 5 - для вывода цифрового потока. Модулятор 3 и фазовый детектор 4 выполнены по любой схеме с известньпии связями Между известными элементами. Блок разделения и кодирования 1, 2 содержит обязательно два противофазно тактируемых частотой 1/2 Т триггерных элемента 12 и 13 с функциями ТУ и В-триггеров и, при необходимости, одшч 14 или два 14 и 15 тактируемых частотой 1/Т ГУ-триггера. Выходы триггеров 12 и 13 соединены с выходами блока 1, 2. /-вход триггера 14 соединен со входом 6 блока 1, 2, а Ч-вход триггера 15 подключен к выходу триггера 14. У-входы триггеров 12 и 13 объединены и, в зависимости от наличия триггеров 14 И 15, подключены перемычкой 16 или к входу 6 блока 1, 2, или к выходу триггера 14, или к выходу триггера 15. Каждый из четь 1 рех триггерных элементов, например 12, может быть реализован, например, В-триггером 17 и элементом ИСКШОЧАЮШЕЕ ИЛИ 18, при этом В-вход триггера 17 подгключен к выходу элемента 18, первый вход которого через перемычку 19 подключен или к выходу триггера 17, или к точке нулевого потенциала (корпусу). Второй вход элемента 18 является Ч-входом, С-вход триггера 17 является Т-входом, а выход триггера 17 - выходом триггерного элемента 12. Если первый вход ИСКШОЧАЮЪЦЕЕ ИЛИ 18 соедштен с корпусом,григгерный элемент 12 (13, 14, 15) выполняет функции П-грипера, а если с выходом триггера 17 - функции ТУ-триггера, при этом В-триггер по тактирующему сигналу на Т-входе повторяет поступающую на У-вход информацию, а ТУ-триггер кодирует ее дифференциальным кодом типа в ос 6, где б - выходной символ ТУ-триггера ос - входной символ ъ - 1,2,3,,и - порядковый номер символа. Таким образом, блок разделения и кодирования 1, 2 может содержать ТУ-триггер 14 и два В-триггера 12 и 13 два ТУ-тршгера 12 и 13 три ТУ-тригтера 14, 12 и 13 четыре ТУ-триггера 14, 15, 12 и 13. ТУ-триггеры 14 и 15 дифференциально кодируют информацию (см. фиг. 1, эшору 1) до разделения потоков (см. фиг. 1, эпюры 2, 19, 30, 31), В-триггеры 12 и 13 разделяют информацию на потоки (см. эпюры 3, 4, фиг. 1), ТУ-триггеры 12 и 13 дифференциально кодируют информацию одновременно с разделением потоков (см. фиг. 1, эпюры 9, 10, 20, 32, 33). Выходньши символами блока разделения и кодирования 1, 2 управляются фазосдвитающие элементы модулятора 3 так, что сдвиг начальной фазы меняется в соответствии с выбраннъпи оптималънъпи кодом, например, кодом Грея (см. фиг. 1, эпюры 5, 11, 22, 34). Поскольку код выбран оптшиальньтм, а выходные состояния потоков могут меняться не чаще, чем через символ, имеет место квадратурное представление результирующего фазомантшулированного колебания, которое с выхода модулятора 3 поступает на передающую часть оборудования. В приемной части устройства в качестве фазового детектора 4 могут быть использованы как автокорреляционные, так и когерентные двухканальные детекторы. В автокорреляционных детекторах могут использоваться лтшии задержки на время одного (см. фиг. 1, эпюры 12, 13, 26, 27) или двух (см. фиг. 1, эпюры 23, 24, 35, 36) тактов информации. В когерентном детекторе (см. фиг. 1, эпюры 6, 7, 15, 16) могут использоваться любые известные методы формирования опорных колебаний. Блок восстановления информации 5 содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЪЦЕЕ ИЛИ 20, входы которого служат входами блока, а выход соединен с входом элемента задержки 21, к выходам которого подключены входы элемента ИСКШОЧАЮШЕЕ ИЛИ 22. Выходы элементов 20 и 22 соединены с выходами 10 и 11 блока восстановления информации 5. Элемент задержки 21 задерживает поступающие на его вход символы на один такт с тем,чтобы получить на выходе два потока, сдвинутых между собой на один символ информации. Его можно реализовать, кроме двухразрядного регистра с последовательным вводом информации, например, двумя противофазно тактируемыми В-триггерами 23 и 24, В-входы которых объедштены. В процессе восстановления гшформации Двухэлементные комбинацгш на выходах детектора не анализируются. Наоборот, от них избавляются сведением по модулю 2 результатов детектирования. В зависимости от порядка дифференциального кодирования символов исходной информации и вида приема фазоманипулированньтх колебаний на выходе элемента сравнения 20 получается или сразу восстановленная информация (см. фиг. 1, эпюры 8, 14, 25), которая выводится на выход 10, или ее дифференциальный код (см. фиг, 1, эпюры 17, 28, 37), который декодируют сложением по модулю 2 в элементе 22 соседних символов полученного потока с выводом результата на выход 11 (см. фиг. 1, эпюры 18, 25, 38). В случае выдачи результата на выход 10 элемент задержки 21 и элемент 22 могут отсутствовать.При использовании известных способов осуществлеъшя связи необходимо строгое соответствие алгоритмов кодирования и декодирования гШформации. Предлагаемый способ допускает некоторые неточности, а шиенно сдвиг алгоритмов на 1, если при сложенгш по модулю 2 результатов детектировах-Шя предполагается восстановление исходной информации и сдвиг алгоритмов на п или л/2, если предполагается восстановление дифференциального кода исходной информации. Способность адаптироваться к сбоям в алгоритмах кодирования и декодирования еще более повышает достоверность приема.