Способ передачи дискретной информации по каналу связи с многолучевым распространением

Изобретение относится к передаче цифровой информации по каналу связи с многолучевым распространением и может быть использовано в системах связи для обеспечения правильного приема переданной информации.

Известно, что при передаче информации по каналу связи с многолучевым распространением за счет интерференции приходящих лучей возникают замирания в принимаемом сигнале. Эти замирания воздействуют на передаваемое сообщение случайным образом, избирательно по частотам и времени воздействия (Л.М. Финк. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Советское радио, 1970). Именно они оказывают наибольшее влияние на снижение вероятности правильного приема переданного сообщения.

Известны методы ослабления влияния замираний путем разнесения по частоте. Сигнал передается через М передатчиков и М приемников, работающих на М разных несущих частотах. Разность несущих частот выбирается так, чтобы сигналы на выходах приемников были некоррелированными. Поскольку замирания по разному воздействуют на каждый из М каналов передачи, глубина замираний в суммарном (комбинированном) сигнале снижается. Недостатками частотного разнесения является необходимость дополнительных затрат полосы частот (затраты увеличиваются в М раз) и рост количества аппаратных средств (передатчиков, приемников и средств формирования результирующего сигнала из М принятых). Также либо в М раз возрастает потребляемая этой аппаратурой мощность, либо понижается мощность каждого отдельного передатчика.

Подобные способы передачи данных описаны в (Теория электрической связи: учебное пособие / К.К. Васильев, В.А. Глушков, А.В. Дормидонтов, А.Г. Нестеренко / Под общ. ред. К.К. Васильева. - Ульяновск: УлГТУ, 2008, стр. 305; Теория электрической связи: Учебник для вузов / А.Г. Зюко, Д.Д. Кловский, В.И. Коржик, М.В. Назаров / Под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио и связь, 1998, стр. 208).

Наиболее близким к заявляемому является способ ослабления влияния замираний, основанный на разнесении по времени (Теория электрической связи: учебное пособие / К.К. Васильев, В.А. Глушков, А.В. Дормидонтов, А.Г. Нестеренко / Под общ. ред. К.К. Васильева. - Ульяновск: УлГТУ, 2008, стр. 305; Теория электрической связи: Учебник для вузов / А.Г. Зюко, Д.Д. Кловский, В.И. Коржик, М.В. Назаров / Под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио и связь, 1998, стр. 208). При разнесении по времени сигнал запоминается в передатчике и передается М раз через определенный интервал повторения Т_повт. В приемнике повторы сигнала накапливаются и синхронно складываются. При известных фазах прихода повторов сигнала возможно их когерентное сложение, в противном случае используется квазикогерентное сложение.

Цифровая информация передается по каналам связи в виде последовательности символов, формируемых в передатчике из передаваемого сообщения, и в этом случае могут складываться оценки уровня сигнала на временных интервалах, соответствующих символам. Выбором Т_повт можно обеспечить, чтобы замирания в повторах сигнала z_i(t) были некоррелированными. При этом мощность накопленного сигнала возрастает в М² раз, а мощность некоррелированных шумов, в том числе вызванных замираниями, в М раз. Таким образом, влияние замираний ослабляется в М раз.

При частотной манипуляции каждый символ сообщения представляет собой тональный импульс с длительностью, равной длительности символа. Частоты заполнения этих импульсов (поднесущие частоты) принадлежат набору сигнальных частот, используемому конкретной системой связи. Набор содержит N = 2ⁿ частот и символов, где n - количество бит информации, закодированных в одном символе. Таким образом, номер частоты в наборе (начиная с 0 и заканчивая N-1) соответствует передаваемой данным символом комбинации информационных битов. Приемник принимает решение о приеме того или иного символа по соотношениям амплитуд сигнальных частот в течение временного промежутка, соответствующего времени приема этого символа.

В приемнике на интервалах времени, соответствующих приему символов, из принятого сигнала выделяются поднесущие и производится оценка их интенсивностей I_ji, где j - номер частоты символа в сигнальном наборе и I - номер символа в сообщении. Эти оценки поступают на линии задержки (реализованные как сдвиговые регистры) на время Т_повт = К Т_{символа}, где Т_{символа} - длительность символа и К - период повторов сообщения, выраженный в числе символов. На выходе линии задержки производится суммирование текущих и задержанных на период повторения оценок интенсивностей.

На Фиг. 1 показан алгоритм обработки принятого сигнала с временным разнесением для случая двукратной передачи и некогерентного приема ЧМ сигнала, где

I_ji - измеренная на приеме интенсивность частоты Nj из сигнального набора частот для текущего (i-го) символа;

N - число сигнальных частот в наборе;

K - период повторов сообщения, выраженный в числе символов;

ЛЗ - линия задержки на период повтора сообщения, реализованная как сдвиговый регистр на K ячеек.

Таким образом, при выборе решения о значении текущего символа интенсивность каждой сигнальной частоты оценивается по значению, усредненному по всем повторам этого символа. Поскольку воздействие быстрых замираний случайно, такое усреднение повышает вероятность верного приема каждого символа и сообщения в целом. Однако временное разнесение сигнала неэффективно для замираний с длительностью, большей Т_повт, а увеличение Т_повт приводит к росту задержки при передаче информации и увеличению объема памяти, необходимой для реализации линии задержки.

Для решения данной технической проблемы снижения влияния длиннопериодных селективных замираний при многолучевом распространении частотно манипулированного сигнала с временным разнесением предлагается способ, при котором в передатчике перед каждым повтором сообщения содержащаяся в нем цифровая информация подвергается операции побитового отрицания (инверсии), а на приеме перед усреднением по повторам сообщения производится обратная перестановка оценок сигнала на сигнальных частотах, при этом, если в исходном сообщении i-й символ сообщения передавался на j-й частоте из сигнального набора, то в повторе сообщения i-й символ будет передаваться на частоте номер j_inv = (N - j - 1) и на приеме интенсивность i-того символа исходного сообщения I_j(i-K), прошедшего через линию задержки, суммируется с интенсивностью i-го символа повтора на частоте j_inv, т.е. I_(N-j-1)i.

Техническим результатом заявляемого решения является повышение вероятности правильного приема сообщения за счет того, что:

- снижается влияние медленных селективных по частоте замираний, поскольку фактически передача каждого символа сообщения производится не на одной, а на паре частот, подобно алгоритму частотного разнесения. При этом количество сигнальных частот, используемых системой связи, не увеличивается.

- компенсируются неравномерности амплитудно-частотной характеристики тракта передачи-приема за счет того, что при повторе сообщения данные передаются на частотах, симметричных исходным, и при сложении интенсивностей воздействие амплитудно-частотной характеристики компенсируется.

Фиг. 2 - алгоритм обработки принятого сигнала с временным разнесением, с инверсией повтора на передаче и перестановкой частот на приеме для случая двукратной передачи и некогерентного приема ЧМ сигнала, где

Iji - измеренная на приеме интенсивность частоты Nj сигнального набора частот для текущего (i-го) символа;

N - число сигнальных частот в наборе;

K - период повторов сообщения, выраженный в числе символов;

ЛЗ - линия задержки на период повтора сообщения, реализованная как сдвиговый регистр на K ячеек.

Заявляемый способ был реализован при разработке аппаратуры акустической связи гидроакустического измерительно-регистрационного комплекса с автономными донными станциями с борта судна и для поиска станций в случае их смещения с точек постановки. Для акустической связи используется диапазон частот 8500-9000 Гц. Каждый символ канального алфавита содержит информацию о 2 битах передаваемой информации. Таким образом, алфавит включает 4 символа (№№0, 1, 2 и 3), и каждому символу соответствует одна из 4-х сигнальных частот. Обмен информацией со станцией инициализируется телекомандным устройством с борта судна посылкой 32-битного (соответственно, 16-символьного) сообщения, включающего номер станции. Сообщение передается дважды.

Например, если посылается сообщение 0123 3210 1232 3103 и замирание поражает частоту, на которой передается символ 3, т.е. на частоте №3 сигнал в точке приема подавляется интерференцией и интенсивность этой сигнальной частоты в спектре сигнала может стать ниже интенсивности какой-либо другой сигнальной частоты (уровень которой будет определяться шумом или реверберацией). При этом резко снижается вероятность правильного приема символов №№ 3, 4, 10, 12 и 15 (по порядку в сообщении, считая с 0).

Согласно заявляемому способу повтор сообщения представляет собой последовательность символов 3210 0123 2101 0230 и поражены будут символы №№ 0, 7 и 14. После посимвольного сложения (усреднения) интенсивностей пораженных символов не будет и сообщение воспринимается станцией верно.

На практике применение заявляемого способа борьбы с замираниями совместно с другими способами позволило увеличить дальность уверенной работы системы связи с 400 м до 6 км без повышения мощности передатчика.

Таким образом, за счет применения разнесенной по времени передачи и приема сигнала с инвертированием повтора сообщения при передаче и перестановкой частот при приеме предлагаемое решение позволяет достичь повышения устойчивости канала передачи дискретных сообщений с использованием частотной манипуляции к замираниям без усложнения аппаратуры связи и без расширения используемого системой связи диапазона частот, то есть решить поставленную техническую проблему с достижением заявленного технического результата.