Устройство для передачи и приема информации

(5 ЕНИЯ "ьи ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Севастопольский приборостроительный институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1555868, кл. Н 04 В 1/62, 1988.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ(57) Изобретение относится к технике проводной связи. Цель - повышение помехозэщищенности при связи с подвижнымиобьектами. Устройство содержит источник 1информации, предыскажающий фильтр 2,прямой и обратный каналы 3 и 10 связи,корректирующий фильтр 4, приемник 5 информации, анализатор 6 спектра помехиЫ 21786668 А 2 среднеквадратичный детектор 7, блок 8 деления, блок 9 регулируемой задержки, первый блок 11 вычитания, второй и третий блоки 12 и 13 вычитания, блок 14 экстраполяции, блок 15 интерполяции, сумматор 16, преобразователь 17 напряжения: в частоту.Цель достигается тем, что с помощью блоков 12 - 16 формируется управляющее напряжение, амплитуда которого пропорциональна разности между значением принятого сигнала и его предсказанным значением, причем, если пренебречь ошибкой предсказания, зта разность определяется сдвигом во времени, связанным с изменением длины канала за время, прошедшее с момента передачи предсказанного значения до момента передачи самого сигнала, Сформированное таким образом М напряжение поступает на дополнительный С вход блока 9 для коррекции задержки. 4 ил,Изобретение относится к области электросвязи, в частности к передаче сигналовизображения по каналам связи с аддитивными и мультипликативными помехами, иможет найти применение в системах передачи информации в космическом и подводном телевидении, по радиорелейнымлиниям.Известны аналогичные устройства передачи и приема информации, в которыхповышение помехозащищенности передаваемой информации обеспечивается путемувеличения мгйовенной спектральной плотности мощности сигнала на участке эффективной полосы пропускания канала, гдеотношение игнал - шум относительно невелико, с последующим восстановлениемпервоначальной формы спектра сигнала иослаблением уровня помехи. В этих устройствах имеется на передающей стороне источник сигнала, адаптивныйпредыскажающий фильтр, выход которогосоединен с анализатором мгновенногоспектра сигнала, выходной сигнал которогоподается на управляющий вход предыскажающего фильтра, и через канал управления - на управляющий вход адаптивногокорректирующего фильтра приемника,Известно также устройство для передачи и приема информации, содержащее последовательно соединенные источниксигнала, предыскажающий фильтр, каналсвязи, корректирующий фильтр и приемникинформации; при этом вход корректирующего фильтра соединен с входом анализатора спектра помехи, выход которогосоединен с управляющим спектром корректирующего фильтра и через канал обратнойсвязи - с управляющим входом предыскажающего фильтра,Известные устройства обладают относительно низкой помехоустойчивостью, поскольку устройства первого типапредназначены для борьбы с помехами типа белого шума, а второе устройство работает при передаче одного сюжетаинформации, так как не учитывает изменений спектра сигнала, кроме того, это устройство предназначено для борьбы с медленноизменяющимися помехами.Наиболее близким к изобретению является устройство для передачи.и приема информации, содержащее последовательносоединенные источник информации, предыскажающий фильтр, анал связи, корректирующий фильтр, приемник и каналобратной связи, выход которого соединен суправляющим входом предыскажающегофильтра, и анализатор спектра помехи, входкоторого подключен к выходу канала связии к информационному входу корректирующего фильтра, а также среднеквадратичный детектор, вход которого совместно с входом анализатора спектра помехи подсоединен к выходу канала связи, а выходы анализатора спектра помехи и среднеквадратичного детектора соединены соответственно с первым и вторым входами блока деления, выход которого соединен с первым управляющим входом блока регулируемой задерж 510 ки и управляющим входом корректирующего фильтра, причем выходы блока регулируемой задержки подключены к первому и второму входам блока вычитания, а его выход соединен с входом канала обратной связи. Это устройство обладает помехоустойчивостью к быстрым изменениям спектров сигнала и помехи и при увеличении дальности связи.Однако данное устройство требует регу 15 20 лировки при изменении протяженности линии связи, в связи с чем происходят потери информации при непрерывном изменении дальности связи и снижается помехоустойдержка установления режима требуемой регулировки АЧХ компенсирующего фильтра не позволяет эффективно использовать данную систему на нестационарных объектах,Цель изобретения - повышение помехоустойчивости при непрерывном изменении протяженности линии связи и быстром изменении помеховой обстановки и исключение потери строк изображения, Указанная цель достигается путем автоматической регулировки времени задержки в блоке регулируемой задержки, осуществляемой путем подачи управляющего напряжения, пол 30 35 40 45 ученного путем вычитания восстановленного и экстраполированного значений сигнала, Для этого в устройство передачи и приема информации, содержащее последовательно соединенные источник информации, предыскажающий фильтр, канал связи, корректирующий фильтр и приемник информации, а также канал обратной связи, выход которого соединен с управляющим входом предыскажающего фильтра, и ана 50 лизатор спектра помехи, вход которого подключен к выходу канала связи и к информационному входу корректирующего фильтра, а также среднеквадратичный детектор, вход которого совместно с входом анализатора спектра помехи подсоединен к выходу канала связи, а выходы анализатора спектра помехи среднеквадратичного детектора соединены соответственно с первым и вторым входами блока деления. выход которого соединен с первым управля 25 чивость системы. Постоянная временная за 178666840 45 50 55 ющим входом блока регулируемой задержки и управляющим входом корректирующего фильтра, причем выходы блока регулируемой задержки подключены к первому и второму входам блока вычитания, а его выход соединен с входом канала обратной связи, дополнительно введены последовательно включенные блок экстраполяции и второй блок вычитания, причем выход источника информации соединен с входом блока экстраполяции и вторым входом второго блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом канала обратной связи, второй выход которого соединен с включенными последовательно блоком сложения и третьим блоком вычитания, выход которого подключен ко второму управляющему входу блока регулируемой задержки, а второй вход соединен с выходом корректирующего фильтра, при этом второй вход блока сложения соединен с выходом блока интерполяции, вход которого соединен с выходом блока сложения,Сравнительный анализ предлагаемого устройства и прототипа показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков; двух блоков вычитания, блока сложения и блоков экстраполяции и интерполяции. Перечисленные блоки с их связями характеризуют новизну предлагаемого устройства,Предлагаемое устройство обладает также следующими признаками существенного отличия: предсказанием передаваемого сигнала и непрерывной регулировкой времени задержки управляющего сигнала при изменении протяженности линии связи. Первое достигается в результате соединения второго блока вычитания, двух блоков предсказания и блока сложения; второе -комбинацией связей третьего блока вычитания, При введении новых блоков в указанной взаимосвязи проявляются новые свойства, приводящие к повышению помехоустойчивости устройства при быстром изменении помеховой обстановки и протяженности линии связи и автоматизации работы устройства с целью исключения потерь информации,На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства для передачи и приема информации; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема блока регулируемой задержки; на фиг, 3 - схема блока сложения; на фиг. 4 - принципиальная схема блока экстраполяции.Устройство для передачи и приема информации (фиг, 1) содержит источник 1 информации, предыскажающий фильтр 2,канал 3 связи, корректирующий фильтр 4,5 10 15 20 25 30 35 приемник 5 информации, анализатор 6 спектра помехи, среднеквадратичный детектор 7, блок 8 деления, блок 9 регулируемой задержки, канал 10 обратной связи, блоки 11, 12, 13 вычитания, блоки 14 экстраполяции и 15 интерполяции, блок 16 сложения, Блок регулируемой задержки (фиг. 2) содержит генератор, управляемый преобразователем 17 напряжения в частоту на микросхеме К 531 ГГ 1: конденсаторы 19-21;К-триггер 22 на микросхеме 133 ТВ 1; логические элементы 2 И - НЕ на микросхеме К 155 ЛАЗ 23; резисторы 24-30; транзисторы 31 - 33; диоды 34 - 36; активную схему 37 задержки аналоговых сигналов на микросхеме 5285 Р 1, Блок сложения (фиг, 3) содержит резисторы 38 - 41; операционный усилитель 42 на микросхеме К 153 УД 2; конденсаторы 43 и 44, Блок предсказания фиг. 4) содержит резисторы 45-57; диод 58; конденсаторы 59-64; операционные усилители 65-67 на микросхемах К 153 УД 2; активную схему 68 задержки аналоговых сигналов на микросхеме 528 БР 1,Источник 1 информации служит для получения сигнала, который с его выхода поступает на первый вход предыскажающего фильтра и входы первого блока предсказания и второго блока вычитания.Предыскажающий фильтр 2 предназначен для преобразования спектра сигнала с целью приближения его к оптимальному, Его первый вход соединен с выходом источника сигнала, второй вход соединен с первым выходом канала обратной связи, а выход связан с входом канала связи,Канал связи 3 служит для передачи сиг.- нала на приемную сторону системы. Его вход соединен с выходом предыскажающего фильтра 2, выход - с входом корректирующего фильтра 4, а также с входами анализатора 6 спектра помехи и среднеквадратичного детектора 7.Корректирующий фильтр служит для преобразования спектра принятого сигнала к исходному виду, Первый вход его соединен с выходом канала связи 3, второй вход подключен к выходу блока 8 деления, а выход соединен с входом приемника 5 информации и входом третьего блока 13 вычитания, Приемник информации является оконечным устойством системы и служит для отображения принятого сигнала. Его вход соединен с выходом корректирующего фильтра.Анализатор 6 спектра помехи предназначен для получения сигнала, пропорционального мощности помехи в полосе частот канала Рл, Его вход соединен с выходом канала 3 связи и входами корректирующегофильтра 4 и среднеквадратичного детектора7, а выход соединен с первым входом блока8 деления,Среднеквадратичный детектор служитдля получения сигнала, пропорциональногомощности смеси сигнала и помехи. Его входсоединен с выходом канала 3 связи, выходподключен ко второму входу блока 8 деления,Блок деления предназначен для формирования управляющего сигнала, пропорционального выражению Рп/(Рс+Рп). Егопервый вход соединен с выходом анализатора 6 спектра помехи, второй вход соединен с выходом среднеквадратичногодетектора 7, а выход подключен к первомувходу блока 9 регулируемой задержки и ковторому входу корректирующего фильтра 4,Блок 9 регулируемой задержки предназначен для формирования двух задержанных во времени сигналов управления,Его первый вход соединен с выходом блока8 деления, второй вход- с выходом третьегоблока 13 вычитания, а выходы соединенысоответственно с первым и вторым входамипервого блока 11 вычитания,Блок вычитания 11 предназначен дляформирования сигнала, управляющего работой предыскажающего фильтра, Его входы соединены соответственно с первым ивторым выходами блока 9 регулируемой задержки, выход соединен с первым входомканала 10 обратной связи,Канал 10 обратной связи предназначендля передачи сигналов, управляющих работой предыскажающего фильтра 2 и блока 9регулируемой задержки. Его первый входсоединен с выходом первого блока 11 вычитания, второй вход - с выходом второго блока 12 вычитания, первый выход соединен совторым входом предыскажающего фильтра,а второй - с первым входом блока 16 сложения,Второй блок 12 вычитания предназначен для получения сигнала ошибки предсказания, Его первый вход соединен с выходомпервого блока 14 экстраполяции, второйвход соединен с выходом источника 1 информации, а выход подключен ко второмувходу каанала 10 обратной связи.Третий блок 13 вычитания служит дляполучения управляющего сигнала, перестраивающего линии задержки в блоке 9регулируемой задержки, Его первый входсоединен с выходом блока 16 сложения, второй вход - с выходом корректирующегофильтра, а выход - со вторым управляющимвходом блока регулируемой задержки.Блоки 14 экстраполяции и 15 интерполяции предназначены для формирования5 10 15 20 25, фильтра 4, поскольку АЧХ предыскажающе 55 30 35 40 45 50 предсказанного, значения сигналов из предыдущих коррелированных значений, Вход блока 14 экстраполяции соединен с выходом источника информации, а его выход - с первым входом блока 12 вычитания, Вход блока 15 интерполяции соединен с выходом блока 16 сложения, а его выход - со вторым входом блока 16 сложения.Блок 16 сложения предназначен для формирования сигнала информации из сигнала ошибки предсказания, передаваемого по каналу 10 обратной связи, Его первый вход соединен с выходом канала 10 обратной связи, второй вход - с выходом блока 15 интерполяции, а выход с входом блока 13 вычитания и входом блока 15 интерполяции,Устройство работает следующим образом. Сигнал от источника информации поступает через адаптивный предыскажающий фильтр 2 в канал связи 3,где подвергается воздействию аддитивных и мультипликативных помех, после чего восстанавливается его первоначальная форма с помощью адаптивного корректирующего го и корректирующего фильтра взаимообратны, С выхода корректирующего фильтра сигнал поступает на вход приемника 5 информации. Одновременно с выхода канала связи смесь оптимально предыскаженного сигнала и помехи поступает на входы анализатора 6 спектра г омехи и среднеквадратичного детектора 7. Эффективные полосы пропускания их совпадают, и на выходе анализатора спектра помехи присутствует сигнал, пропорциональный мощности помехи, а на выходе среднеквадратичного детектора - пропорциональный мощности смеси сигнала и помехи, В блоке 8 деления происходит деление этих сигналов и формируется низкочастотный управляющий сигнал, пропорциональный выражению Рп/(Рс+Рп), равному(1-Р+РПД), где Р, Рп - соответственно мощности сигнала и помехи. При этом среднеквадратичные детекторы в блоке 6 работают в малосигнальном режиме, Отношение Рс/(Рс+Рп) в полосе частот канала отображает усредненный коэффициент передачи оптимального линейного фильтра Винера-Колмогорова (корректирующего фильтра 4). Управляющий сигнал, пропорционал ьн ы й значению 1-Рс/(Рс+Рп, характеризует оптимальный закон управления адаптивными корректирующим и предыскажающим фильтрами и прямо пропорционален отличию передаточных функций адаптивных фильтров от прямоугольных в рабочей полосе частот,Управляющий сигнал с выхода блока 8 деления подается одновременно на управ 1786668 10ляющий вход адаптивного корректирующего фильтра 4 и блока 9 регулируемой задержки (фиг, 2). В этом блоке перестраиваемая линия задержки аналоговых сигналов формирует два задержанных во времени сигнала. 5 Один из них 1 ф-тз) задержан на время, необходимое для согласования во времени процессов предыскажения и корректирования для одинаковых участков строк изображения: тз =тс - тос - ткс, гдетс, - длитель ность строки; гос - воемя прохождения сигнала по каналу 10 обратной связи (фиг, 1); 7 кс - время прохождения информационного сигнала по каналу 3 связи, Второй сигнал 12(т-тз - т ) задержан на время, равное тз + тс = 2 гс - гос - ксВремя задержки 7 ос и Гкс зависит от длины канала связи. Для того, чтобы менять время задержки линии задержки в блоке 9 при изменении длины каналов связи осуществляется предсказание сигнала с помощью блоков 14 экстраполяции и 15 интерполяции, после чего предсказанный и восстановленный сигналы вычитаются в блоке 13 и разностный сигнал поступает на преобразователь 17 напряжения в частоту в блоке регулируемой задержки (фиг, 2). С выхода преобразователя из полученного сигнала с помощью триггера 22, схемы 2 И - НЕ 23, конденсаторов 19-21, резисторов 24-30, тран 30 зисторов 31 - 33 и диодов 34 - 36 формируется трехфазная последовательность тактовых импульсов, управляющих работой схемы 37 задержки и определяющих время задержки, При соответствии времени задержки схемы 37 значениям, требуемым для сигналов т 1 и т 2, разностный сигнал на выходе блока 13 уменьшается и таким образом осуществляется непрерывное регулирование системы, По каналу обратной связи при этом передается сигнал ошибки предсказания, получаемый на выходе блока 13. Для его получения вычитаются сигналы с выхода источника информации и предсказанный в блоке 14, который представляет собой сумму задержанных видеосигналов ф-т) и 1(ст), получаемых с выхода схемы задержки 68 (фиг, 4). На входе блока экстраполяции находится усилитель-ограничитель, реализуемый с помощью операционных усилителей 65 и 66, резисторов 45-48, конденсаторов 59-61 и диода 58, Задержанные сигналы суммируются в сумматоре, выполненном на операционном усилителе 67, резисторах 49-52, конденсаторах 62 - 63,Задержанные на требуемое время сигналы с выходов блока 9 подаются на входы блока 11, где происходит вычитание удвоенного по амплитуде первого сигнала со вторым сигналом, Сигнал с выхода блока 11, равный з(с)= 201(с) - 12(т - хз-тс), линейно экстраполирует сигнал управления во времени, упреждая предыскажение сигнала на строку относительно времени корректирования информационного сигнала в соответствующем участке строки изображения. Таким образом, при воздействии выходного сигнала блока 11 через канал 10 обратной связи происходит упреждающее предыскажение телевизионного сигнала..Для формирования временных задержек в блоках 9, 14 и 15 используется микросхема типа 528 БР 1 - активная схема задержки аналоговых сигналов (поз. 37 на фиг, 2, поз, 68 на фиг. 4). Применены операционные усилители типа К 154 УД 2 в типовой схеме включения (поз. 42 на фиг. 3, поз.65 - 67 на фиг, 4), преобразователь напряжения в частоту типа 531 ГГ 1 (поз, 17 на фиг. 2), токоограничительные резисторы в блоке 9 (поз,24 - 29 на фиг. 2) подбираются в процессе настройки, так же, как и резисторы 53 - 57 (фиг. 4).В заключение приведем расчет эффекти в н ости и редла гае мого устройства. Суммарное время задержки сигнала, управляющего перестройкой активной линии 37 задержки в блоке регулируемой задержки составляет не более 50 мкс при использовании быстродействующих операционных усилителей, Время, прошедшее между анализом состояния канала связи и приходом скорректированного в предыскажающем фильтре сигнала, составляет2Тд=КТгде- длина канала связи; с - скорость распространения сигнала в канале; Т - длительность элемента сигнала (определяется сложностью сюжета); К - коэффициент, характеризующий длительность последовательности, Суммарное время, необходимое для анализа состояния канала связи и перестройки АЧХ адаптивного предыскажающего фильтра, для прототипа составляет Т 100 мкс, Таким образом, находим, что регулирование начинает отставать по времени при скорости движения источника информации свыше 500 м/с, что позволяет использовать устройство на любых движущихся объектах, тогда как устройство-прототип требует регулировки при изменении протяженности линии связи более чем на 1 км, что требует прерывания передачи информации,Формула изобретения Устройство для передачи и приема информации по авт, св, М 1555868, о т л и ч а 11178666812ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости при связи с подвижными обьектами, введены последовательно соединенные блок экстраполяции и второй блок вычитания, последовательно соеди ненные сумматор и блок интерполяции, а также третий блок вычитания и дополнительный канал связи, причем вход блока экстраполяции соединен с выходом источника информации и вторым входом второ го блока вычитания, выход которого соединен с входом дополнительного канала связи, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом третьего блока вычитания, выход которого соединен с дополнительным входом блока регулируемой задержки, а второй вход третьего блока вычитания соединен с выходом корректирующего фильтра, причем выход блока интерполяции соединен с вторым входом сумматора.178 ббб 8 Составитель В.МаригодРедактор Т,Федотов Техред М.Моргентал Ревск ррек каз 257 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина