Способ синхронизации псевдослучайных последовательностей для повышения безопасности связи в сложной помеховой обстановке Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.391.1

СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ СВЯЗИ В СЛОЖНОЙ ПОМЕХОВОЙ ОБСТАНОВКЕ

© 2005 г. Е.В. Апанасов

Псевдослучайные последовательности, а именно М-последовательности (псевдослучайные последовательности максимального периода), нашли широкое применение в радиоэлектронной технике, связи и др. Известные способы синхронизации [1, 2] имеют ряд недостатков, обусловленных потерей информации при квантовании сигнала. Предлагаемый способ синхронизации псевдослучайных последовательностей основан на аналогово-цифровой обработке сигнала и уменьшает время вхождения в синхронизм, за счет увеличения вероятности правильного приема элемента сигнала.

Пусть псевдослучайная последовательность (ПСП) формируется линейным рекуррентным регистром (ЛРР), Структурная схема ЛРР состоит из двух основных элементов - сумматоров по модулю два и ячеек памяти, рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема ЛРР

Известно, что если ЛРР построен на основе неприводимого примитивного многочлена, то он генерирует ПСП максимального периода (М-последова-тельность) с периодом

Ь = 2 п - 1,

где Ь - период последовательности; п - длина регистра. В нашем случае Ь=31.

Отличительными особенностями предлагаемого способа синхронизации [3] и одновременно его достоинствами являются:

- отказ от предварительного квантования сигнала, приводящего к потере некоторой части информации;

- аналогово-цифровая обработка сигнала;

- учёт рекуррентных свойств ПСП по предсказанию очередного значения элемента;

- вычисление оценочных значений элементов ПСП как внутри тактовых интервалов, так и на их границах.

Сущность предлагаемого способа синхронизации заключается в следующем. Время синхронизации определяется в соответствии с выражением

Т ~ 1Рп

± синхр ?

где Тсинхр - время синхронизации; р - вероятность правильного приема элемента ПС. Так, при использовании длинных последовательностей даже незначительное увеличение вероятности правильного приема ведет к резкому уменьшению времени синхронизации.

Отказ от предварительного квантования сигнала и аналого-цифровая обработка требуют использования некоторых преобразований на передаче и приеме. В частности, в канале связи сигнал должен иметь биим-пульсную форму. Для формирования таких сигналов необходимо применять ЛРР, использующий в своей структуре ячейки памяти с аналоговыми значениями, а в цепи обратной связи перемножители (рис. 2).

X t

Yi Y2 <- Y3 Y4 *- Y5

Рис. 2. Структурная схема аналогового ЛРР

Такое преобразование соответствует операции суммирования по модулю два, если произвести перекодировку по правилу:

0 ^ +1; 1 ^ -1.

Таблицы истинности для дискретных и аналоговых значений в этом случае имеют вид, представленный в таблице, где Х\ , Х4 - дискретные значения, 7Ь Т4 - аналоговые значения.

Х / Yi Х4 / Y4 Х ©Х4 / Y1xY4

1/-1 1/-1 0/+1

0/+1 1/-1 1/-1

1/-1 0/+1 1/-1

0/+1 0/+1 0/+1

При установлении синхронизации неискажённые элементы ПСП на передаче могут иметь вид, представленный на рис. 3 а. Под воздействием шумов и помех в канале связи элементы сигнала могут быть искажены таким образом, что, пользуясь известными способами, невозможно определить истинное значение элемента ПСП. На приёмной стороне смесь сигнала, шума и помех имеет вид, см. рис. 3 б. Строби-рующие импульсы с частотой, равной тактовой частоте ПСП, показаны на рис. 3 в, где Т - длительность элемента сигнала.

П Е Р Е Д А Ч А Биимпульсный сигнал

т

► <

ш

IUI

Ш

INI

ш

Предсказа

сШи

Квантова

'тробирую в к раз пр|

IUI

ЛЬ

щие импу евышающе:

I I I I

Аналоговые

де дискретиз принятых, элем(

нные оцено

нные аналоговые дис] принятых элемент

FNq:

сы с часто й тактову

I I I I

Той о

:ированны ентов ПСГ

эв ПСП ( Р

1чные значения элементов ПСП

INI

отсчеты ( S )

га

:ретизированные отсч

Рис. 3. Способ синхронизации ПСП

t

t

t

)

t

t

С целью избежания внесения дополнительных искажений принимаемый сигнал на входе приёмника не квантуют на два уровня, а дискретизируют с частотой, в к раз превышающей тактовую, и получают аналоговые дискретизированные отсчёты (ДО) элемента сигнала с длительностью т. Стробирующие импульсы с частотой, в к раз превышающей тактовую частоту, показаны на рис. 3 г. Аналоговые ДО принятых элементов ПСП показаны на рис. 3 д.

На рис. 3 е представлены предсказанные значения принятых элементов сигнала, полученные на основе рекуррентного правила преобразования п ранее принятых элементов ПСП.

Вычисление оценочных значений внутри тактовых интервалов и на их границах производится с целью наиболее точной оценки элемента ПСП.

Получение оценочного значения можно записать в следующем виде:

^ = СР + С2(Б1 - СР),

где Сь С2 - весовые коэффициенты; Р - предсказанное аналоговое значение ДО принятого элемента сигнала; ^ - принятое аналоговое значение ДО элемента ПСП.

С целью определения правильности сделанных оценок вычисляют коэффициент корреляции между полученным оценочным значением элемента ПСП и принятым значением ДО. Полученные значения коэффициентов суммируют до тех пор, пока не будет превышен заданный порог. Значение порога суммирования задают в зависимости от уровня шумов и помех.

Итоговые оценочные значения квантуют на два уровня и записывают в ЛРР, сформированный на основе того же характеристического полинома, что и на передающей стороне. Квантованные оценочные значения элементов ПСП представлены на рис. 3 ж. В случае, когда суммарное значение коэффициента корреляции превысит заданный порог, в ЛРР подаётся управляющее воздействие для начала генерации ПСП, синхронной с принимаемой последовательностью.

Структурная схема устройства синхронизации (рис. 4) содержит следующие основные элементы:

- выделитель тактовой частоты (ВТЧ) - для выделения тактовой частоты из принимаемой смеси сигнала, шума и помех;

- дискретизатор (Д) - для дискретизации принимаемой смеси с частотой в к раз превышающей тактовую частоту;

- линия задержки (ЛЗ) - для задержки принятой смеси на время его обработки в блоке формирования оценочного сигнала;

- блок формирования оценочного сигнала (БФОС) - для формирования оценочного сигнала, в соответствии с приведенным выше правилом;

- блок коммутации (БК) - для обеспечения заданных режимов работы;

- квантователь (Кв) - для квантования аналоговых оценочных значений;

- коррелятор (К) - для вычисления коэффициента корреляции между полученными оценочными значениями и принятыми ДО элементов ПСП;

- устройство управления (УУ) - для формирования управляющего воздействия на начало генерации ПСП;

- линейный рекуррентный регистр (ЛРР)- для генерации ПСП, синхронной с принимаемой.

Рис. 4. Структурная схема устройства синхронизации М-последовательности

Результаты статистического моделирования свидетельствуют о наличии существенного эффекта по времени синхронизации в сравнении с традиционными способами. Предлагаемый способ и устройство синхронизации может найти применение для повышения помехоустойчивости и уменьшения времени синхронизации последовательностей с большим периодом, а также при синхронизации в условиях сложной помеховой обстановки.

Литература

1. Гилл А. Линейные последовательные машины. М., 1974.

2. Гинзбург В.В., Каяцкас А.А. Теория синхронизации демодуляторов. М., 1974.

3. Емельянов Г.А., Шварцман В.О. Передача дискретной информации и основы телеграфии: Учебник для вузов. М., 1973.

Новочеркасское высшее военное командное училище (институт) связи 16 декабря 2004 г.

УДК 621.865.8

ПОДЪЕМНАЯ ПЛАТФОРМА РОБОТИЗИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА НА БАЗЕ СКОЛЬЗЯЩЕЙ ОПАЛУБКИ

© 2005 г. А.Г. Булгаков, Д.Я. Паршин, Д.А. Короткий

Скользящая опалубка в силу своей технологической особенности является базой для организации работы роботизированного комплекса, позволяющего использовать все ее преимущества и обеспечивать безупречное качество выполнения операций. Роботизированный технологический комплекс выполняет параллельно с укладкой бетонной смеси установку арматуры и ее крепление. В состав комплекса включен бетоноукладочный робот, обеспечивающий укладку бетона в опалубку, а также бетоносмесительная станция с бетононасосами (рис. 1). Для уплотнения бетонной смеси предложено использовать пьезокера-мические излучатели ультразвуковых колебаний [1, 2]. Такой способ уплотнения позволяет автоматизировать как саму операцию, так и режимы ее выполнения.

Наиболее сложной задачей является автоматизация арматурных операций, решение которой представляет самостоятельную проблему. Для механизации установки арматуры в состав РТК включено два робота: один для установки и крепления вертикальной арматуры, а второй для укладки горизонтальной арматуры [1]. Для доставки и подачи арматуры к месту установки предложено использовать транс-портно-накопительные устройства, построенные на основе робокара с адаптивным управлением [3]. Мобильный робот с накопительным устройством, перемещаясь по платформе, обеспечивает доставку арматурных стержней к месту их монтажа в любую точку опалубки.