Способ приема, демодуляции и обработки сигналов спутниковых и радиорелейных линий связи

 

Изобретение относится к области радиотехники и цифровой техники. Технический результат заключается в повышении эффективности при кратковременном уменьшении отношения сигнал/шум на входе устройства ниже порогового уровня, приводящем к сбоям синхронизации. Сущность изобретения: сигнал при высоких отношениях сигнал/шум и обеспечении кадровой синхронизации обрабатывается в реальном времени аппаратными средствами, а при сбоях синхронизации цифровой сигнал после демодуляции записывается на жесткий магнитный диск персональной ЭВМ и затем обрабатывается в постреальном времени программными методами и по результатам обработки корректируется информация аппаратных средств. 2 ил.

Способ относится к области радиотехники и цифровой техники и может быть использован при приеме, демодуляции, разуплотнении и каналовыделении различных сигналов с временным уплотнением.

Необходимость передачи больших объемов информации привела к созданию разветвленных спутниковых и радиорелейных линий связи со сложными преобразованиями цифровых потоков на передающей стороне и различными видами модуляции: рекомендации МККТТ G 232, G 733, G 741, G746, G747, G751, G752, G754 и другие с фазовыми видами модуляции 2ФМ, 4ФМ, 4ФМС, 8ФМ, КАМ16, КАМ32 и т. д. [1, 2].

Для каждого сигнала (системы связи) как правило разрабатывается своя специальная аппаратура приема, демодуляции и обработки по обобщенному способу, при котором: - сигнал принимают и преобразуют в промежуточную частоту; - сигнал демодулируют - превращают в цифровой поток; - из цифрового потока селектируют сигналы синхронизации на интервале периодичности цифрового потока; - ведут подсчет числа тактовых импульсов с момента выделения синхросигнала; - по результатам подсчета формируют стробы на каждую составляющую часть цифрового потока (служебные биты, биты информационных потоков, команды управления стаффингом, биты стаффинга); - выделяют тактовые импульсы каждой из составляющих частей цифрового потока; - тактовыми сигналами выделенных составных частей селектируют информацию из суммарного цифрового потока.

Недостатком такого способа является его детерминированность для каждого вида уплотнения и сложность аппаратурной реализации.

По такому способу построена отечественная аппаратура для сигналов ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480, ИКМ-1920, а также зарубежная аппаратура.

В [3] предложен способ, обеспечивающий адаптацию аппаратуры к различным видам уплотнения.

Согласно этому способу как и в аналоге: - сигнал принимают и преобразуют в промежуточную частоту; - сигнал демодулируют - превращают в цифровой поток, сопровождаемый тактовыми импульсами;
- из цифрового потока селектируют сигналы синхронизации на интервале периодичности цифрового потока (сигналы кадровой, суперкадровой или сверхкадровой синхронизации);
- синтезируют модель цифрового потока (сигнала);
- заносят модель сигнала в оперативную память;
- по сигналу синхронизации синхронно с цифровым потоком считывают модель сигнала из оперативного запоминающего устройства (ОЗУ);
- формируют тактовые сигналы соответствующих частей цифрового потока;
- выделенными тактовыми сигналами селектируют информационные части составляющих цифрового потока.

Недостатком способа является малая эффективность при уменьшении по каким-либо причинам отношения сигнал/шум на входе устройства ниже порогового уровня, что приводит как правило к срыву системы синхронизации и потере информации.

Целью изобретения является повышение эффективности при кратковременном уменьшении отношения сигнал/шум на входе устройства ниже порогового уровня, приводящем к сбоям синхронизации.

Для достижения указанной цели предлагается способ, при котором сигнал принимают (преобразуют в промежуточную частоту), демодулируют (преобразуют в цифровой поток), из цифрового потока селектируют сигналы синхронизации на интервале периодичности цифрового потока (сигналы кадровой, суперкадровой и сверхкадровой синхронизации), синтезируют модель цифрового потока (сигнала), заносят модель сигнала в оперативную память и по сигналу синхронизации синхронно с цифровым потоком считывают модель сигнала из памяти и формируют тактовые сигналы составляющих частей цифрового сигнала, которыми и селектируют информационные части составляющих цифрового потока.

Согласно изобретению постоянно контролируют наличие синхронизации (по кадрам, суперкадрам, сверхкадрам), а при нарушении синхронизации сигнал после демодуляции записывают на жесткий магнитный диск вычислительной машины. Затем по оптимальным алгоритмам программными методами в постреальном времени производят обработку сигнала (определяют синхросигналы и с привязкой к ним демультиплексируют запомненный в памяти цифровой поток). По результатам обработки корректируют информацию, полученную аппаратными средствами, что позволяет избежать потери информации из-за сбоев синхронизации, вызванных помехами или уменьшением по каким-либо причинам отношения сигнал/шум, т.е. происходит обработка принятых сигналов в постреальном времени, что позволяет использовать оптимальные алгоритмы синхронизации, декодирования и демультиплексирования, которые хотя и занимают больше времени, чем работа аппаратуры в реальном масштабе времени, но зато позволяют обрабатывать сигналы с малым отношением сигнал/шум (большим количеством ошибок).

Решение задачи обработки сигналов при малых отношениях сигнал/шум (большом количестве ошибок в цифровом потоке Р_ош210^-2) схемно-техническими методами ведет к существенному усложнению всех устройств. В частности в [1, с. 101] приведено схемно-техническое решение адаптивного приемника синхросигнала, которое существенно сложнее схемы неадаптивного приемника. Аналогичная картина прослеживается и по другим адаптивным устройствам тракта приема, демодуляции и обработки цифровых потоков.

Подобное решение в литературе не описано, поэтому способ соответствует критериям новизны и изобретательного уровня.

На фиг. 1 приведена структурная блок-схема устройства по предлагаемому способу.

На фиг.2 приведена структурная схема устройства высокоскоростного ввода.

По предлагаемому способу выполняют следующую последовательность операций:
- сигнал принимают (преобразуют в промежуточную частоту);
- сигнал демодулируют (преобразуют сигнал в цифровой поток в сопровождении тактовой частоты);
- из цифрового потока селектируют сигналы синхронизации на интервале периодичности цифрового потока (сигналы кадровой, суперкадровой или сверхкадровой синхронизации);
- синтезируют модель обрабатываемого сигнала;
- заносят модель сигнала в оперативную память;
- по сигналу синхронизации синхронно с цифровым потоком считывают модель сигнала из ОЗУ;
- формируют тактовые сигналы составляющих частей цифрового потока;
- выделенными тактовыми сигналами селектируют информационные части составляющих цифрового потока;
- постоянно контролируют наличие кадровой, суперкадровой и сверхкадровой синхронизации;
- в случае нарушения синхронизации (из-за возрастания количества ошибок в цифровом сигнале) сигнал после демодуляции преобразуют в параллельный код и записывают на жесткий магнитный диск ПЭВМ;
- по известным алгоритмам с помощью ПЭВМ производят детальную обработку записанного цифрового потока в постреальном масштабе времени и выделяют информацию составляющих частей входного суммарного цифрового потока;
- по результатам обработки корректируют информацию аппаратных средств.

В состав устройства, реализующего предлагаемый способ (фиг.1), входят последовательно соединенные радиоприемное устройство 1, демодулирующее устройство 2, селектор синхросигнала 3, ОЗУ со схемами записи и чтения 4, регенератор тактов 5, регенератор информации 6, а также ПЭВМ модели сигнала 7 и блоки задержки 8, 9. При этом выходы демодулятора 2 подключены ко входам устройства высокоскоростного ввода 10, введенного в ПЭВМ 7, выход синхронизатора 3, сигнализирующий о сбое синхронизации, подключен ко входу ПЭВМ 7, входы блоков задержки 8 и 9 подключены к тактовым и информационным выходам демодулятора 2, выходы элементов задержки 8 и 9 подключены к соответствующим входам регенераторов 5 и 6.

Входом устройства является вход РПУ1, а выходами - выходы регенератора 6, а при сбоях синхронизации - выходы ПЭВМ 7.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал по высокой частоте (например, в диапазоне 500-2000 МГц) поступают на вход РПУ 1, где сигнал фильтруется и преобразуется в промежуточную частоту (например, 70 МГц). Далее сигнал демодулируют (преобразуют в цифровую форму) в демодуляторе 2. Сигналы после демодуляции в сопровождении тактовой частоты подаются на вход селектора синхросигнала 3. Выделенным синхросигналом запускается на считывание ОЗУ 4, в которое заранее занесена модель сигнала, синтезированная в ПЭВМ 7. Далее тактовые сигналы составляющих потоков регенерируют в регенераторе 5 с компенсацией задержки элементом 8 и этими сигналами стробируют информацию, поступающую с демодулятора 2 с компенсацией задержки элементом 9. В результате чего на выходе регенератора 6 формируются информационные потоки составляющих суммарного цифрового потока (служебные биты, биты команд стаффинга, биты стаффинга, биты сигнализации, биты объединяемых компонентных потоков и т.д.).

В случае сбоя по каким-либо причинам синхронизации блок 3 выдает команду на ПЭВМ 7 и разрешает запись цифрового потока после демодулятора 2 на жесткий магнитный диск ПЭВМ 7.

При восстановлении синхронизации начинается работа аппаратной части устройства, а сигнал, записанный в ПЭВМ 7, обрабатывается в постреальном времени программными методами. По результатам обработки сигнала с помощью ПЭВМ 7 корректируют выходную информацию устройства.

Емкость памяти HDD современных ПЭВМ достигает ~40 Гбайт. Скорость информации после демодулятора 2 составляет максимум 150 Мбит/с, что с учетом 3-битового мягкого решения (для декодирования по процедуре Витерби с мягким решением) составит ~450 Мбит/с или ~56 Мбайт/с.

При емкости памяти 40 Гбайт время записи сигнала составит 40000 Гбайт: 56 Мбайт=700 с ~11 мин.

Для обеспечения записи высокоскоростных цифровых потоков от демодулятора 2 на ПЭВМ 7 в состав ПЭВМ введено устройство высокоскоростного ввода (УВВ) 10, выполненное на плате, вставляемой в один из портов ПЭВМ 7 (фиг.2).

В состав УВВ входят последовательно соединенные преобразователь в параллельный код 11, мост PCI 12, контроллер RAID массивов 13 и HDD 14, при этом мост PCI 12 и контроллер RAID массивов 13 подключены к шине PCI ПЭВМ 7.

УВВ работает следующим образом.

Цифровой поток от демодулятора 2 в виде однобитового жесткого решения или 3-битового мягкого решения поступает на преобразователь в параллельный код, где преобразуется в 16- или 32- разрядный код. Далее параллельный код через мост PCI 12, шину PCI и контроллер RAID массивов 13 заносится в память HDD 14 до установления синхронизации. После установления синхронизации ПЭВМ 7 переходит в режим обработки записанного сигнала, извлекая его из HDD 14 через контроллер RAID массивов 13. По результатам обработки корректируется информация аппаратных средств. В результате использования способа получен следующий эффект:
- обеспечивается запись цифровых сигналов при срыве синхронизации;
- обеспечивается обработка и выделение информации машинными методами записанных цифровых потоков и восстановление информации в промежутках, где аппаратные средства не обеспечивают обработку сигнала.

В настоящее время изготовлен макет устройства высокоскоростного ввода, проведены его испытания, а также проведены работы по программной обработке, цифровых потоков в постреальном времени. Результаты положительные.

Источники информации
1. Л.С. Левин, М.А. Плоткин. Цифровые системы передачи информации. - М.: Радио и связь, 1996.

2. В.Л. Банкет, В.М. Дорофеев. Цифровые методы в спутниковой связи. - М. : Радио и связь, 1998.

3. Патент 2122291 от 20.11.1998.

Формула изобретения

Способ приема, демодуляции и обработки сигналов спутниковых и радиорелейных линий связи, при котором сигнал принимают, преобразуют в промежуточную частоту, демодулируют, преобразуют в цифровой поток, из цифрового потока селектируют сигналы кадровой, суперкадровой, сверхкадровой синхронизации на интервале периодичности цифрового потока, синтезируют модель цифрового потока, заносят модель цифрового потока в оперативную память, по сигналу синхронизации синхронно с цифровым потоком считывают заранее записанную модель цифрового потока из оперативного запоминающего устройства, формируют тактовые сигналы составляющих частей цифрового потока, выделенными тактовыми сигналами селектируют информационные части составляющих цифрового потока, отличающийся тем, что постоянно контролируют наличие кадровой, суперкадровой и сверхкадровой синхронизации и в случае нарушения синхронизации сигнал после демодуляции преобразуют в параллельный код и записывают на жесткий магнитный диск персональной электронно-вычислительной машины, после чего записанный цифровой поток обрабатывают программными методами в постреальном времени и выделяют информационные составляющие входного суммарного цифрового потока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2