CC BY
36MEANS OF COMMUNICATION EQUIPMENT Iss. 1 (141). 2018
М.С. Иванов
кандидат технических наук
A.B. Березин
Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора
Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)
B.Ф.Волковский
Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского
МЕТОДИКА ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ЕДИНОГО
ВРЕМЕНИ ДЛЯ АБОНЕНТОВ ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ СВЯЗИ С ППРЧ
В статье представлены варианты организации системы единого времени и вхождения в связь для абонентских станций в сети с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Приведены примеры организации системы локального единого времени для телекоммуникационной системы с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.
Для обеспечения надёжной связи при ППРЧ необходима взаимная привязка абонентов во времени. Синхронизация абонентов по времени является важнейшим и необходимым условием сжатия спектра на приёмной стороне линии связи. Её можно обеспечить различными способами:
— привязкой абонентов к системе единого времени;
— взаимной привязкой абонентов к локальному времени одного из абонентов сети по принципу сверки часов по часам командира.
Система единого времени и эталонных частот развивается на основе Государственной службы времени и частот, обеспечивающей деятельность Государственной системы единого времени и эталонных частот.
Российские средства передачи системы единого времени состоят из:
— КБ, ДВ и СБ станций, расположенных [1] в Москве, Самаре, Иркутске, Нижнем Новгороде, Новосибирске;
— космических аппаратов спутниковой радионавигационной группировки ГЛОНАСС / GPS.
Передающие СБ радиостанции обеспечивают точность привязки шкал времени объектов до
10 мкс по калибровочным трассам и до 35 мкс по любым трассам, время распространения по которым рассчитывается по типовым методикам. Передающие ДВ радиостанции обеспечивают точность привязки шкал времени до 1мкс в зоне действия до 1500 км.
Спутниковая радионавигационная система о беспечивает точность привязки шкалы времени потребителя не хуже 1мкс в любое время суток и года в любой точке земной поверхности и околоземного пространства.
Привязка абонентов к системе единого времени проводится путем сопряжения их аппаратуры с приемниками системы единого времени. Как правило, приемники системы единого времени имеют стандартные интерфейсы, обеспечивающие информационно-командный обмен и выход секундной (минутной) метки для обеспечения аппаратной синхронизации временной шкалы потребителя.
При наличии навигационных приемников GPS у абонентов локальной типового комплекса связи задача взаимной временной привязки абонентов решается полностью. Точность временной привязки приёмников GPS достаточна для организации информационных
сетей, использующих методы расширения спектра и, в частности, ППРЧ.
Однако не всегда абоненты имеют навигационные приемники, которые влияют на ценовые показатели радиосредства и требуется их регистрация в Государственном комитете по радиочастотам. Особенные сложности это создает подвижным радиосредствам локальных типовых комплексов связи (например, носимым радиостанциям), так как требуется дополнительная мощность от автономного источника питания радиостанции.
Для подобного случая можно рассмотреть методику взаимной временной привязки абонентов путем пересылки времени от одной станции к другой (сверка часов по командиру). В этом случае при организации локальной сети связи одна станция выделяется как ведущая, а остальные как ведомые. Ведущая станция может иметь сопряжение с навигационными приемниками и иметь жесткую привязку к системе единого времени. При отсутствии навигационного приемника на ведущей станции, последняя организовывает локальную временную сеть, используя свой тактовый генератор как источник сигналов времени.
Возможна следующая система сигналов локальной временной сети. Ведущая станция каждые ^ сек. производит излучение сигналов привязки ко времени на нескольких частотных позициях. Например, ^ = 10 сек, а длительность посылокт=1.666 мс.
Сначала станция должна передать сообщение о том, на каких частотах будут переданы сигналы отсчётов времени — преамбула. При передаче преамбулы времени станция производит излучение сигналов на нескольких, например, на трех частотных позициях, определяемых датчиком ПСП (ключом, номером сети, частотным набором), и независящих от времени.
времени
■ ■■
Ш-
Инфсрмацня о
Гранина 10ся
н N / Гц Гц
■
Циклы вр*ммн по 1,66ь мс
Рис. 1. Пример организации системы локального единого времени для телекоммуникационной системы с ППРЧ
В начале каждой минуты ведущая станция излучает дополнительные, например, две посылки, определяемые датчиком ПСП и текущим временем.
Ведомая станция при вхождении в связь находится в режиме ожидания преамбулы времени. Преамбулы времени излучаются, к примеру, на трех несовпадающих частотах, поэтому ожидание на приемной стороне производится по ^ сек. на каждой частоте, соответствующей преамбулы.
Трехкратное излучение преамбулы на разных частотах повышает помехоустойчивость от преднамеренных и непреднамеренных помех. Методика организации локальной системы единого времени для станций связи с ППРЧ иллюстрируется на рисунке 1.
Так как значение частот, на которых происходит излучение информации о времени (первые шесть посылок излучения, как показано на рисунке 1), не зависит от времени, то для локальной сети эти значения являются постоянными и зависят только от ключа датчика ПСП, номера сети и частотного набора.
Для помехозащищенной временной привязки абонентов вводится режим корректировки времени, когда по границе каждой минуты ведущая станция излучает минутную преамбулу с дополнительной синхропосылкой. При приёме минутной синхропосылки обеспечивается корректировка времени с привязкой ведомой станции к единому времени локальной сети.
Принцип вхождения в связь в локальных се-тяхТКСсППРЧ
Для локальных информационных сетей, имеющих ограниченное количество абонентов, предлагается следующий вариант вхождения в связь. При ППРЧ используется N парциальных частот в отведенном участке спектра шириной
ДП АО. Л — - 1м +-у ,
(1)
где ДО — ширина спектра информационного сигнала.
Поэтому можно заранее выделить для абонентов одну или несколько частот /к1 в качестве частот ожидания и передавать на них преамбулы в виде последовательности Голда [2, 3] без модуляции передаваемым сообщением.
мвлн об соммишслткж Ec:í^uгIF»:pм]E:^rт. Iss. 1 (141). 2018
Сигнал преамбулы запускает генераторы ПСП приемников, генерирующие взаимно не коррелированные последовательности Голда с одинаковым периодом реализации. После приёма преамбулы синтезаторы частоты приёмников начинают управляться по закону изменения конкретной ПСП и приёмники сети связи перестраиваются по спектру синхронно со своими абонентами.
На рисунке 2 для примера показано, что передача для трех абонентов началась в момент времени ^ = 3. В момент времени ^ = 4 передатчик заканчивает передачу преамбулы на частоте ожидания и приемники, приняв преамбулу, начинают работать синхронно со своими абонентами.
В любой момент времени передаются спектры сигналов многих абонентов сети, но каждый из них перемещается во времени по оси частот по законам некоррелированных между собой последовательностей Голда.
Поэтому после корреляционной обработки [4] на приёмной стороне информационные потоки различных Мабонентов не мешают друг другу, в общем случае ухудшая соотношение сигнал/шум на входах приёмников в {М-1)/Ы раз. Так как в локальных информационных сетях передачи информации М>>М, то это негативное влияние несущественно.
Преамбула передается периодически в первом блоке каждого цикла на частоте ожидания
и в течение всего сеанса связи. Длительность цикла определяется длиной используемой последовательности Годцаикакправило превышает в 1000 и более раз период тактовой частоты генератора ПСП. С целью маскирования передачи информации и противодействия сосредоточенным помехам дополнительно изменяется структура преамбулы при каждом новом её излучении, и абоненты переходят на работу в разных циклах с новыми реализациями ПСП.
В остальных блоках циклах передаются сигналы данных, группами по т байт каждый. Число байт в цикле зависит от скорости передачи информации в системе, при этом возможны системы ППРЧ как с быстрой, так и с медленной перестройкой рабочей частоты. Характеристики систем в зависимости от скорости перестройки по частотному диапазону значительно различаются [2]. При быстрой перестройке информационные биты дублируются на нескольких участках спектра и за счет избыточности во времени дополнительно реализуется повышенная помехоустойчивость, но и техническая реализация скоростных систем усло-жняется.
После одного периода сигналов ПСП остаётся частотно — временное рассогласование принимаемого и опорного сигналов, определяемое величиной максимального взаимного расхождения счетчиков времени приемного и передающего абонентов за период между двумя коррекциями времени.
- :
1 к 1 |П к
к 1 к
к 1« 1 к
I» К 1
1: • |п 1:
• 1
□ к
IX к м ■
N 1 I* [в 1
I* ¥ и •
|о 1« 1 |о
|о к 1«
■ к |п ■ *
1 •
! I* 0 1
к 1
Режим «Ожидалки»
Реж1[м «Приём»
■ — частота ожидания с преамбулой о начале реализации ПСП; 0 I..], @ — информационные сигналы 1, 2 и 3-го абонентов;
0 — позиции сигналов абонентов до вхождения в связь Рис. 2 — Частотно-временная матрица сигналов при вхождении абонентов системы с ППРЧ в связь
Рис. 3. Схема подстройки задержки сигнала (Д — детектор, ФНЧ — усредняющий фильтр нижних частот, ТГ — тактовый генератор для генератора псевдослучайной последовательности — ГПСП, СЧ — синтезатор частоты)
Для устранения такой ошибки можно использовать следящую схему, показанную на рисунке 3 и основанную на усреднении произведения меандра тактовых импульсов генератора ПСП приёмника и продетектированной огибающей принимаемого сигнала. Результатом перемножения становится знакопеременный сигнал, постоянная составляющая которого пропорциональна задержке входного сигнала относительно тактовых импульсов генератора ПСП.
Анализ модели следящей схемы подстройки сигнала, выполненный на ЭВМ, показал, что в результате усреднения формируется управляющее напряжение для генератора тактовых импульсов ПСП, сводящее после нескольких (3 — 5 циклов, в зависимости от параметров ФНЧ) рассогласование к минимуму. Знак сигнала управления ТГ указывает на направление перестройки, а уровень сигнала — на её величину.
Выигрыш в помехоустойчивости систем с ППРЧ, определяется коэффициентом
X = ^ ^ N , АО
(2)
служебного блока с сигналами преамбулы, так и за счёт ухудшения помеховой обстановки из-за соседних по своей сети станций. Можно показать, что для локальных телекоммуникационных сетей с Л^>2000 и с числом абонентов до 100 при корреляционной обработке проигрыш по этим причинам может составить до 10 дБ, что вполне компенсируется выигрышем. Предлагаемый принцип вхождения в связь основывается на ожидании преамбулы, в качестве которой используется последовательность Голда, представляющую собой модулирующую слабо коррелируемую последовательность в 32 бита, передаваемую на соответствующей частоте ^ в пределах 50 мс интервала времени—сверхцикла, содержащего преамбулуицикл информационных посылок. Для обеспечения вхождения в связь и осуществление приёма информации необходимо, чтобы излучаемая преамбула попала в интервал ожидания на приемной стороне Гож=50 мс. То есть, взаимное расхождение времен абонентов не должно превышать половины времени ожидания, что составляет менее 25 мс.
Для абонентов, привязанных к системе единого времени, это условие всегда соблюдается автоматически, так как привязка к системе единого времени обеспечивает точность 1мкс. Для абонентов, не имеющих привязку к системе единого времени, время проведения связи ограничивается нестабильностью опорных генераторов. При наличии опорных генераторов с нестабильностью частоты A.í/í= 3-10~7 время связи определится в виде
Т
Т — ож
25-10"
АО. АО где А/ = / —— + fN +—--полоса частот, используемая системой связи с ППРЧ.
При многостанционном доступе этот выигрыш в некоторой степени уменьшается, как за счёт использования в каждом цикле
2-А/ / / 2 • 3-10"7 (3)
= 4,166(6) -104сек = 11,574 ч.
Поэтому для поддержания надёжной связи при предлагаемом методе вхождения в связь необходимо проводить не реже одного раза в 11 часов дополнительную синхронизацию абонентов путем нового ввода или коррекции времени.
3
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бернюков А.К. Дискретная и цифровая обработка информации. Изд. ВлГУ, Владимир, 2002. — 160 с.
2. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Сов радио, 1970. — 728 с.
3. Злотник Б.М. Помехоустойчивые коды в си-стемахсвязи. — М.: Радио и связь, 1989, 232с.
4. Стейн С., Джонс Дж. Принципы современной теории связи и их применение к передаче дискретных сообщений. М.: Связь, 1971. — 376 с.
