Coder and decoder of fractal signals of comb-type structure

(1)

Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 4

ÓÄÊ 004.312.26

Р. Л. ПОЛИТАНСКИЙ1_{, А. Д. ВЕРИГА}2

Óêðàèíà, 1_{Нàцèîíàëьíыé óíèâåðñèòåò «Льâîâñêàÿ ïîëèòåõíèêà»,} 2_{Чåðíîâèцêèé íàцèîíàëьíыé óíèâåðñèòåò èмåíè Юðèÿ Фåдьêîâèчà}

E-mail: polroos@mail.ru, veriga@ukr.net

ÊОÄЕР И ÄЕÊОÄЕР ФРАÊÒАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ

ГРЕБЕНЧАÒОЙ СÒРÓÊÒÓРЫ

Фðàêòàëьíыå ñèãíàëы — íîâыé êëàññ шèðî-êîïîëîñíыõ ñèãíàëîâ, êîòîðыå мîãóò быòь èñ-ïîëьзîâàíы â ïîмåõîóñòîéчèâыõ è зàщèщåííыõ ñèñòåмàõ ñâÿзè [1—5].

Сëåдóåò îòмåòèòь, чòî дëÿ ïðàêòèчåñêîé ðå-àëèзàцèè фðàêòàëьíыõ ñèãíàëîâ, ïðåдëîжåí-íыõ àâòîðàмè [2—6], òðåбóåòñÿ èñïîëьзîâàíèå дîðîãîñòîÿщåé ýëåмåíòíîé бàзы (íàïðèмåð, îò-ëàдîчíîé ïëàòы SPARTAN-3 ñ ïðîãðàммèðóå-мîé ëîãèчåñêîé èíòåãðàëьíîé ñõåïðîãðàммèðóå-мîé XILINX SC3S200), à дëÿ âîñïðîèзâåдåíèÿ ñèãíàëà ñ мà-ëîé ïîãðåшíîñòью âîññòàíîâëåíèÿ ðàзðÿдíîñòь ñõåмы дîëжíà ñîñòàâëÿòь íå мåíåå 12 бèòîâ [2].

Пðåдëîжåííыå íàмè фðàêòàëьíыå ñèãíà-ëы ãðåбåíчàòîé ñòðóêòóðы (ФÑÃÑ) ñîñòîÿò èз ýëåêòðèчåñêèõ èмïóëьñîâ ïðÿмîóãîëьíîé фîð-мы îдèíàêîâîé дëèòåëьíîñòè ñ ðàзíîé àмïëèòó-дîé [7]. Мàòåмàòèчåñêàÿ мîдåëь òàêèõ ñèãíàëîâ èмååò ñëåдóющèé âèд:

( ) ( )

– – – – ,

x t A U t

A t t t t l l w l k k l l w l k l k k 0 1 2 0 1 2 – – w l w l $

$ Θ Θ τ

= = = = = = = e ^ ^ o h h 6 @ ) 3

/

ãдå w — ïîðÿдîê фðàêòàëà; l — íîмåð óðîâíÿ фðàêòàëà;

k — ïîñëåдîâàòåëьíыé íîмåð èмïóëьñà l-ãî óðîâ íÿ âî фðàêòàëå;

Al — àмïëèòóдà ýëåмåíòàðíîãî èмïóëьñà l-ãî

óðîâíÿ; ( )

U_lk t _— k-é ïðÿмîóãîëьíыé èмïóëьñ l-ãî óðîâíÿ

åдèíèчíîé àмïëèòóды; t_lk

— мîмåíò íàчàëà èмïóëьñà U_lk( )t

; Q(t) — фóíêцèÿ Хåâèñàéдà;

t — дëèòåëьíîñòь ýëåмåíòàðíîãî èмïóëьñà (îдè íàêîâàÿ дëÿ âñåõ èмïóëьñîâ).

Предложены схемотехнические решения и реализованы блоки кодирования и декодирования фрак-тальных сигналов гребенчатой структуры. Аппаратная реализация модулей управления этих бло-ков осуществлена на базе микроконтроллера PIC18F2550. Фрактальный сигнал формируется из байтовых последовательностей, которые записаны в памяти микроконтроллера в виде таблиц. Декодирование принятого сигнала осуществляется по его среднему значению.

Ключевые слова: фрактал, микроконтроллер, передатчик, кодер, приемник, декодер.

Фðàêòàë w-ãî ïîðÿдêà ñîñòîèò èз 2w+1_{–1 эле} -мåíòàðíыõ ïðÿмîóãîëьíыõ èмïóëьñîâ îдèíàêî-âîé дëèòåëьíîñòè t, êîòîðыå мîãóò быòь ðàздåëå-íы íà w+1 óðîâíÿ ïî èõ зíàчåíèÿм. Амïëèòóдà èмïóëьñîâ ýëåмåíòàðíыõ фðàãмåíòîâ ñîîòâåò-ñòâóющåãî óðîâíÿ ðàâíà ml_{. Сòðóêòóðà}

фðàê-òàëьíыõ ñèãíàëîâ ïåðâыõ чåòыðåõ ïîðÿдêîâ ñ êîýффèцèåíòîм фîðмèðîâàíèÿ m, ðàâíым 1/2, ïðèâåдåíà íà рис. 1.

Цåëью íàñòîÿщåé ðàбîòы ÿâëÿåòñÿ ðàзðàбîò-êà êîдåðà è дåêîдåðà èíфîðмàцèîííыõ ñèãíà-ëîâ, ñфîðмèðîâàííыõ ñ èñïîëьзîâàíèåм ïðåдëî-жåííыõ ФСГС, íà îñíîâå мèêðîêîíòðîëëåðîâ. Ïрактическая реализация кодера и декодера

Êîдåð è дåêîдåð ïðåдëîжåííыõ фðàêòàëьíыõ ñèãíàëîâ ñîñòîÿò èз èдåíòèчíыõ мîдóëåé óïðàâ-ëåíèÿ, à èõ óïðàâëÿåмыå мîдóëÿ èмåюò ðàзëèч-íыå ñõåмîòåõíèчåñêèå ðåшåíèÿ [7, 8].

Мîдóëь óïðàâëåíèÿ (рис. 2) îñóщåñòâëÿ-åò фîðмèðîâàíèå è ðàñïîзíàâàíèå ñèãíàëîâ, à òàêжå îñóщåñòâëÿåò фóíêцèю îбмåíà дàííымè ñ êîмïьюòåðîм.

Оñíîâíым ýëåмåíòîм мîдóëÿ óïðàâëåíèÿ ÿâ-ëÿåòñÿ мèêðîêîíòðîëëåð PIC18F2550 (DD1) фèðмы MicroChip [9], âыïîëíÿющèé фóíêцèè àïïàðàòíîãî ïðîãðàммèðóåмîãî ÿдðà. Еãî òàêòî-âàÿ чàñòîòà зàдàåòñÿ âíåшíèм ãåíåðàòîðîм DA1 (KXO-210 40.0MHz) [10].

DOI: 10.15222/TKEA2014.4.13

Рèñ. 1. Пîñëåдîâàòåëьíыå ýòàïы фîðмèðîâàíèÿ фðàêòàëьíыõ èмïóëьñîâ èз ýëåмåíòàðíыõ èмïóëь-ñîâ ñ îдèíàêîâîé дëèòåëьíîñòью ñ ïîðÿдêàмè

фðàê-òàëà w îò 0 дî 3 t t t t

w=0 w=1 w=2 w=3

(2)

Рèñ. 2. Пðèíцèïèàëьíàÿ ýëåêòðèчåñêàÿ ñõåмà мîдóëÿ óïðàâëåíèÿ êîдåðà è дåêîдåðà

(3)

Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 4

Сâÿзь мèêðîêîíòðîëëåðà ñ êîмïьюòåðîм мî-жåò îñóщåñòâëÿòьñÿ чåðåз ïîðòы USART (ðàзъ-åм XP2) è USB (ðàзъåм XP1). Мèêðîñõåмà MAX232 [11] (DD2) îñóщåñòâëÿåò ñîãëàñîâàíèå èíòåðфåéñà RS-232 (COM-ïîðòà êîмïьюòåðà) ñ ïîðòîм USART мèêðîêîíòðîëëåðà.

В ñõåмå мîдóëÿ óïðàâëåíèÿ èñïîëьзóюòñÿ мè-êðîñõåмы ñ îдíîïîëÿðíым ïèòàíèåм +5 В, êî-òîðîå îñóщåñòâëÿåòñÿ èíòåãðàëьíым ñòàбèëèзà-òîðîм LM7805 [12]. Пðè ýòîм èмååòñÿ âîзмîж-íîñòь зàïèòыâàòь ñõåмó êîдåðà îò èñòîчíèêà íà-ïðÿжåíèåм дî +15 В.

Пðèíцèïèàëьíàÿ ñõåмà óïðàâëÿåмîãî мîдóëÿ êîдåðà ïðèâåдåíà íà рис. 3. Сîчåòàíèå óïðàâëÿ-ющåãî è óïðàâëÿåмîãî мîдóëåé êîдåðà ïîзâîëÿåò

ãåíåðèðîâàòь фðàêòàëьíыå ñèãíàëы ãðåбåíчàòîé ñòðóêòóðы ñ ïðîèзâîëьíым ïîðÿдêîм фðàêòàëà. Пîñëåдîâàòåëьíîñòè êîдîâ фðàêòàëà ñîîò-âåòñòâóющåãî óðîâíÿ, âыбèðàåмыå èз òàбëèцы, õðàíÿщåéñÿ â ïàмÿòè мèêðîêîíòðîëëåðà, ïðå-îбðàзîâыâàюòñÿ âî фðàêòàëьíыé ñèãíàë ñ ïî-мîщью ðåзèñòîðîâ (RR1—RR8, R1—R16), ñî-бðàííыõ â мàòðèцó R–2R. Эòî ïîзâîëÿåò ðåà-ëèзîâàòь íàèбîëåå быñòðîдåéñòâóющóю è ïðî-ñòóю ñõåмó ïàðàëëåëьíîãî цèфðî-àíàëîãîâîãî ïðåîбðàзîâàòåëÿ (ЦАП) [13]. Выñîêîå зíàчåíèå îòíîшåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ òðàíзèñòîðíыõ êëю-чåé ïîðòà RB мèêðîêîíòðîëëåðà â зàêðыòîм è îòêðыòîм ñîñòîÿíèÿõ (R3/R0=2⋅106) îбåñïåчè-âàåò âîзмîжíîñòь èõ èñïîëьзîâàíèÿ â êàчåñòâå

Рèñ. 4. Бëîê-ñõåмà àëãîðèòмà ðàбîòы ïðîãðàммы êîíòðîëëåðà Нàчàëî

Иíèцèàëèзàцèÿ ïîðòîâ RA, RB, RC è èíòåðфåéñàUSB

Пðèåм бèòîâ ñ ЭВМ (Din)

Пðèíÿòî?

Äà Нåò

Нåò

Нåò Äà

Äà Cycle=5

Пåðåдàчà ñèíõðîèмïóëьñîâ

sh_pos=4*16

Êîíåц ïðè îòêëю-чåíèè ïèòàíèÿ

Рàñчåò íàчàëьíîé ïîзè-цèè дàííыõ â òàбëèцå

êîдîâ (sh_pos) Din1=Din and b'0000011'

sh_pos=Din*16

Сдâèã Din íà 2 бèòà âïðàâî

Din>>2

Счèòыâàíèå êîдà îòñчåòà èз òàбëèцы

(Kod)

Пåðåдàчà Kod íà ïîðò RB

Óâåëèчåíèå íîмåðà ïîзè-цèè â òàбëèцå êîдîâ

sh_pos=sh_pos+1

Kod=0

Cycle=Cycle–1

(4)

Рèñ. 5. Пðèíцèïèàëьíàÿ ýëåêòðèчåñêàÿ ñõåмà óïðàâëÿåмîãî мîдóëÿ дåêîдåðà êîммóòàòîðîâ òîêà â ЦАП [9]. Пðè ýòîм

íåîб-õîдèмàÿ ðàзðÿдíîñòь êîдåðà è дåêîдåðà дîëж-íà быòь дîëж-íà åдèíèцó бîëьшå ïîðÿдêà фðàêòàëà (qАЦП=w+1). Óдîâëåòâîðèòåëьíàÿ ëèíåéíîñòь ïðåîбðàзîâàíèÿ «êîд—íàïðÿжåíèå» îбåñïåчè-âàåòñÿ мèíèмàëьíым ðàзбðîñîм зíàчåíèé ñîïðî-òèâëåíèÿ ðåзèñòîðîâ мàòðèцы зà ñчåò èñïîëьзî-âàíèÿ ðåзèñòîðîâ îдèíàêîâîãî íîмèíàëà, ïðè-íàдëåжàщèõ îдíîé ñåðèè.

Сîãëàñîâàíèå âыõîдíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ R–2R-мàòðèцы ñ âîëíîâым ñîïðîòèâëåíèåм êî-àêñèàëьíîãî êàбåëÿ, èñïîëьзóåмîãî дëÿ ïåðåдà-чè èíфîðмàцèîííыõ фðàêòàëьíыõ ñèãíàëîâ, дî-ñòèãàëîñь ïðèмåíåíèåм îïåðàцèîííîãî óñèëèòå-ëÿ AD810 (DA1) [14].

Êîдåð ñèñòåмы îñóщåñòâëÿåò фîðмèðîâàíèå è ïðåîбðàзîâàíèå âî фðàêòàëьíыé ñèãíàë зàдàí-íîãî ïîðÿдêà ïîñëåдîâàòåëьíîñòè дâîèчíыõ ïà-ðàëëåëьíыõ êîдîâ íà âыõîдå ïîðòà RB â ñîîò-âåòñòâèè ñ èíфîðмàцèîííымè бèòàмè, ïîñòóïà-ющèмè îò êîмïьюòåðà.

Äëèòåëьíîñòь фðàêòàëьíыõ ñèãíàëîâ зàâèñèò îò òàêòîâîé чàñòîòы è дëèíы бëîêà ïðîãðàммы, êîòîðыé фîðмèðóåò íåîбõîдèмыé ñèãíàë. С цå-ëью ýêîíîмèè âðåмåííыõ зàòðàò мèêðîêîíòðîë-ëåðà íà фîðмèðîâàíèå фðàêòàëьíыõ ñèãíàëîâ èñïîëьзîâàëè òàбëèцó ðàññчèòàííыõ зíàчåíèé àмïëèòóд ýëåмåíòàðíыõ ïðÿмîóãîëьíыõ èмïóëь-ñîâ, ñîñòàâëÿющèõ èõ ñòðóêòóðó.

Выбîðêà зíàчåíèé ïîñëåдîâàòåëьíîñòè îò-ñчåòîâ фðàêòàëà èз ñîîòâåòñòâóющåé ñòðîêè òàбëèцы ïðîèзâîдèòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ бèòà-мè âõîдíîãî èíфîðмàцèîííîãî бàéòà, ïðèíè-мàåмîãî ñ êîмïьюòåðà. Эòî ïîзâîëÿåò îбåñïå-чèòь мèíèмàëьíî âîзмîжíóю дëÿ èñïîëьзóåмî-ãî ñåмåéñòâà мèêðîêîíòðîëëåðîâ (МÊ) дëèòåëь-íîñòь фðàêòàëьíыõ èмïóëьñîâ. Аëãîðèòм ðàбî-òы «зàшèòîé» â êîíòðîëëåð ïðîãðàммы ïðèâå-дåí íà рис. 4.

Аëãîðèòм ïðåдóñмàòðèâàåò êîдèðîâàíèå ïåðå-дàâàåмîé èíфîðмàцèè дâóõбèòîâымè ñèмâîëà-мè. Обåñïåчåíèå ðàñïîзíàâàíèÿ íàчàëà ïåðåдà-чè êàждîãî бàéòà ïî êàíàëó ñâÿзè îñóщåñòâëÿ-åòñÿ ïåðåдàчåé ñèãíàëà ñèíõðîíèзàцèè.

Бëîê âыбîðêè ïîñëåдîâàòåëьíîñòè êîдîâ, ñî-îòâåòñòâóющèõ зàдàííым óðîâíÿм фðàêòàëà, èз òàбëèцы íàïèñàí íà ÿзыêå ïðîãðàммèðîâàíèÿ «àññåмбëåð» ñ мèíèмàëьíым êîëèчåñòâîм êî-мàíд, чòî ïîзâîëÿåò фîðмèðîâàòь фðàãмåíòы èмïóëьñîâ дëèòåëьíîñòью 20 мêñ ïðè чàñòîòå òàêòîâîãî ãåíåðàòîðà мèêðîêîíòðîëëåðà 4 МГц. Пåðåõîд ê ãåíåðàцèè ñëåдóющåãî фðàêòàëьíîãî èмïóëьñà îñóщåñòâëÿåòñÿ âыïîëíåíèåм дîïîë-íèòåëьíыõ êîмàíд â òåчåíèå ïàóзы мåждó èм-ïóëьñàмè, ñîñòàâëÿющåé 40 мêñ.

(5)

êîм-Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 4

ïьюòåð. Сõåмà óïðàâëÿåмîãî мîдóëÿ дåêîдåðà фðàêòàëьíыõ ñèãíàëîâ ãðåбåíчàòîé ñòðóêòóðы ïðèâåдåíà íà рис. 5.

Пðåîбðàзîâàíèå ñèãíàëà èз àíàëîãîâîé фîð-мы â цèфðîâóю îñóщåñòâëÿëîñь ñ ïîмîщью АЦП AD9051 фèðмы Analog Devices [15] ñ íå-îбõîдèмым дëÿ дåêîдèðîâàíèÿ быñòðîдåéñòâè-åм. Сõåмà âõîдà íà îïåðàцèîííыõ óñèëèòåëÿõ AD820 [16] è AD8041 [17] ïîзâîëÿåò îðãàíè-зîâàòь ïðåîбðàзîâàíèå îдíîïîëÿðíîãî ñèãíàëà. Òàêòèðîâàíèå АЦП îñóщåñòâëÿåòñÿ îò òàêòîâî-ãî ãåíåðàòîðà мèêðîêîíòðîëëåðà.

Сîãëàñîâàíèå âîëíîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ êî-àêñèàëьíîãî êàбåëÿ ñ âõîдíым ñîïðîòèâëåíèåм ñõåмы îñóщåñòâëÿåòñÿ ñ ïîмîщью îïåðàцèîííî-ãî óñèëèòåëÿ AD810 (DA4) [14].

Иíдèêàцèÿ ðåжèмîâ ðàбîòы ñõåмы îñóщåñò-âëÿåòñÿ ñâåòîдèîдàмè.

Аëãîðèòм ðàбîòы ïðîãðàммы мèêðîêîíòðîë-ëåðà мîдóëÿ óïðàâëåíèÿ дåêîдåðà ïðåдñòàâëåí íà рис. 6.

Рàзðàбîòàííыé àëãîðèòм îбåñïåчèâàåò îïðå-дåëåíèå ïîðÿдêà фðàêòàëьíîãî èмïóëьñà. Äåêîдèðîâàíèå фðàêòàëьíыõ èмïóëьñîâ ãðå-бåíчàòîé ñòðóêòóðы îñóщåñòâëÿåòñÿ ïî зíà-чåíèю ñóммы àмïëèòóд ýëåмåíòàðíыõ èм-ïóëьñîâ, ñîñòàâëÿющèõ фðàêòàëьíыé ñèãíàë. Оòñëåжèâàíèå íàчàëà è зàâåðшåíèÿ ïåðåдàчè фðàêòàëьíîãî èмïóëьñà îñóщåñòâëÿåòñÿ ïðîâåð-êîé îòëèчèÿ êîдà íà âõîдå ïîðòà RB îò íóëÿ.

Экспериментальные результаты и их обсуждение

Эêñïåðèмåíòàëьíыå ñèãíàëы, ãåíåðèðîâàí-íыå ðàзðàбîòàííым êîдåðîм фðàêòàëьíыõ ñèã-íàëîâ ãðåбåíчàòîé ñòðóêòóðы, èññëåдîâàëèñь ñ ïîмîщью îñцèëëîãðàфà TEKTRONIX (рис. 7). Òàêòîâàÿ чàñòîòà êîíòðîëëåðà, зàдàâàåмàÿ âêëю-чåííым â ñõåмó êâàðцåâым ðåзîíàòîðîм, ñîñòàâ-ëÿëà 4 МГц.

Мèíèмàëьíàÿ дëèòåëьíîñòь фðàãмåíòîâ ãåíå-ðèðîâàííыõ фðàêòàëьíыõ èмïóëьñîâ ïðè òàê-òîâîé чàñòîòå êîíòðîëëåðà 40 МГц ñîñòàâëÿåò Рèñ. 6. Бëîê-ñõåмà àëãîðèòмà ðàбîòы ïðîãðàммы мîдóëÿ óïðàâëåíèÿ дåêîдåðà

Нàчàëî

Êîíåц ïðè îòêëючåíèè

ïèòàíèÿ

Цèêë â 4 ïðîõîдà Иíèцèàëèзàцèÿ

ïîðòîâ RA, RB, RC è èíòåðфåéñàUSB Пðèñâîåíèå êîíñòàíò porig=32 delta=16 ñycle=4 Очèñòêà ðàбîчèõ ðåãèñòðîâ: pp, pz, fradd, kod, ser,

tx_data

Пåðåдàчà бàéòà ê ЭВМ

(tx_data)

Зàïèñь дàííыõ ñ ïîðòà RB â ïåðåмåííóю pz

Нåò Äà Нåò Нåò Нåò Нåò Нåò Нåò Нåò Нåò Нåò Äà Äà Äà Äà Äà Äà Äà Äà Нåò pz>porig

|pz–pp|>delta

Äà

Зàïèñь ñчèòàííîãî зíàчåíèÿ â

ïðåды-дóщåå pp=pz

Пðèбàâëåíèå ñчè-òàííыõ дàííыõ ê ðåãèñòðó ñóммы fradd= fradd +pz

Óâåëèчåíèå ïåðå-мåííîé êîëèчåñòâà

îòñчåòîâ n=n+1

Зàïèñь дàííыõ ñ ïîðòà RB â ïåðåмåííóю pz pz<porig Вычèñëåíèå ñðåдíå-ãî ser=fradd/n fradd>6367 255>ser>200 fradd>3760 fradd>2485 fradd>1083 fradd>446 fradd>127 Сèíõðî kod=11 kod=10 kod=01 kod=00 error

Смåщåíèå kod â tx_data

сycle=сycle–1

ñycle=0 Пðîâåðêà ñóммы

(6)

2 мêñ. Эòî îбåñïåчèâàåò ñêîðîñòь ïåðåдàчè дàí-íыõ îêîëî 80000 бèò/ñ ïðè êîдèðîâàíèè ëîãè-чåñêîé åдèíèцы фðàêòàëîм ïåðâîãî ïîðÿдêà, à ëîãèчåñêîãî íóëÿ — åãî îòñóòñòâèåм. Пðè êîдè-ðîâàíèè ëîãèчåñêèõ åдèíèцы è íóëÿ фðàêòàëàмè ðàзíыõ ïîðÿдêîâ ñêîðîñòь ïåðåдàчè èíфîðмàцèè îïðåдåëÿåòñÿ ñòðóêòóðîé èíфîðмàцèîííыõ ïî-ñëåдîâàòåëьíîñòåé (дëèíîé фðàãмåíòîâ, ñîñòîÿ-щèõ èз ëîãèчåñêèõ íóëåé è åдèíèц). Êîдèðîâàíèå èíфîðмàцèîííыõ ñèмâîëîâ ðàзðÿдíîñòè n бèòîâ îñóщåñòâëÿåòñÿ êîëèчåñòâîм фðàêòàëьíыõ ñèã-íàëîâ ðàзíîãî ïîðÿдêà, ðàâíым 2n_.

Эêñïåðèмåíòàëьíыå àмïëèòóдíыå ñïåêòðы èññëåдîâàííыõ ñèãíàëîâ ïðèâåдåíы íà рис. 8.

Сïåêòðы фðàêòàëьíыõ ñèãíàëîâ èññëåдîâà-ëèñь â дèàïàзîíå чàñòîò 0—500 êГц. Êàê è

ñëå-дîâàëî îжèдàòь, ïîëóчåííыå ñïåêòðы ñîîòâåò-ñòâóюò îãèбàющåé ñïåêòðà ïðÿмîóãîëьíîãî èм-ïóëьñà. Нà îñíîâàíèè ýêñïåðèмåíòàëьíî ïîëó-чåííыõ ñïåêòðîâ ðàñчåòíыå зíàчåíèÿ бàзы фðàê-òàëьíыõ ñèãíàëîâ ïîðÿдêîâ 0; 1; 2 è 3 ñîñòàâ-ëÿëè 0,9; 2,9; 5,9 è 7,8 ñîîòâåòñòâåííî. Нà îñíî-âàíèè ïîëóчåííыõ ðåзóëьòàòîâ мîжíî ñдåëàòь âыâîд, чòî ñфîðмèðîâàííыå ñ ïîмîщью ïðåдëî-жåííîãî êîдåðà фðàêòàëьíыå ñèãíàëы ÿâëÿюò-ñÿ шèðîêîïîëîñíымè è мîãóò быòь èñïîëьзîâà-íы â ñèñòåмàõ ïîмåõîóñòîéчèâîé ïåðåдàчè èí-фîðмàцèè [6].

Òåñòèðîâàíèå êîдåðà è дåêîдåðà ïðîèзâîдè-ëîñь ïåðåдàчåé òåêñòîâîé èíфîðмàцèè мåждó дâóмÿ êîмïьюòåðàмè. Сâÿзь мåждó бëîêàмè êî-дåðà è дåêîêî-дåðà îñóщåñòâëÿëàñь ïî êîàêñèàëь-íîмó êàбåëю дëèíîé 10 м ñ âîëíîâым ñîïðîòèâ-ëåíèåм 75 Ом. Быëî óñòàíîâëåíî, чòî ïåðåдà-âàåмыé òåêñò èз òыñÿчè ñèмâîëîâ дåêîдèðóåò-ñÿ бåз îшèбîê.

Âыводы

Пðÿмîóãîëьíàÿ фîðмà ýëåмåíòàðíыõ фðàã-мåíòîâ фðàêòàëьíîãî èмïóëьñà óïðîщàåò ñïîñîб åãî фîðмèðîâàíèÿ è àïïàðàòíóю ðåàëèзàцèю êî-дåðà è дåêîêî-дåðà. Äëÿ õðàíåíèÿ âåêòîðà îòñчåòîâ ФСГС ïîðÿдêà w дîñòàòîчíî 2w_{бàéòîâ. Мàëàÿ}

дëèíà âåêòîðà ñèãíàëà óïðîщàåò òðåбîâàíèÿ ê òàêòîâîé чàñòîòå ñõåмы. Мèíèмàëьíàÿ ðàзðÿд-íîñòь ЦАП, íåîбõîдèмàÿ дëÿ ãåíåðàцèè ФСГС чåòâåðòîãî ïîðÿдêà, ðàâíÿåòñÿ чåòыðåм бèòàм. Пðèмåíåíèå òàêîãî èмïóëьñà óñòðàíÿåò íåîбõî-дèмîñòь èñïîëьзîâàíèÿ àíàëîãîâîãî ñãëàжèâà-ющåãî фèëьòðà íà âыõîдå цèфðî-àíàëîãîâîãî ïðåîбðàзîâàòåëÿ.

Пðåдëîжåííыå ñõåмы êîдåðà è дåêîдåðà фðàêòàëьíыõ ñèãíàëîâ ãðåбåíчàòîé ñòðóêòóðы ðàбîòàюò íà îñíîâå мèêðîêîíòðîëëåðîâ «ñðåдíå-ãî ñåмåéñòâà» фèðмы Microchip. Мàêñèмàëьíîå быñòðîдåéñòâèå ñõåм îбåñïåчèâàåò ïðîèзâåдåí-íàÿ îïòèмèзàцèÿ àëãîðèòмîâ è êîдîâ ïðîãðàмм, «зàшèòыõ» â мèêðîêîíòðîëëåðàõ êîдåðà è дå-êîдåðà. Мèíèмàëьíîå зíàчåíèå дëèòåëьíîñòè ýëåмåíòàðíыõ фðàãмåíòîâ èмïóëьñîâ ñîñòàâ-ëÿåò 20; 4; 2 мêñ ïðè òàêòîâыõ чàñòîòàõ 4; 20; 40 МГц ñîîòâåòñòâåííî.

Сêîðîñòь ïåðåдàчè дàííыõ îãðàíèчèâàåòñÿ âðåмåíåм дåêîдèðîâàíèÿ. Пðè òàêòîâîé чàñòîòå 40 МГц дîñòèãíóòàÿ ñêîðîñòь ïåðåдàчè дàííыõ мåждó бëîêàмè ñîñòàâèëà â ñðåдíåм 16000 бèò/ñ. Óâåëèчèòь ñêîðîñòь ïåðåдàчè дàííыõ мîжíî ïó-òåм èñïîëьзîâàíèÿ мèêðîïðîцåññîðíыõ ñõåм ñ бîëåå âыñîêîé òàêòîâîé чàñòîòîé èëè ïðîãðàм-мèðîâàííыõ ëîãèчåñêèõ èíòåãðàëьíыõ ñõåм, à òàêжå îïòèмèзàцèåé ñïîñîбà дåòåêòèðîâàíèÿ.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСÒОЧНИÊИ 1. Фåдåð Е. Фðàêòàëы.— Мîñêâà: Мèð, 1991. 2. Bolotov V. N., Kolesnikov S. E., Tkach Yu. V., Tkach Ya.Yu., Khupchenko P. V. Fractal communication system // Electromagnetic Phenomena.— 2007.— Vol. 7, N 1 (18). 3. Нîâіêîâà О. Б. Фðàêòàëьíèé ñïëàéí-мîдåëь шèðîêîñмóãîâîãî ñèãíàëó// Віñíèê Нàціîíàëьíîãî

Рèñ. 7. Оñцèëëîãðàммы ãåíåðèðîâàííыõ фðàêòàëь-íыõ ñèãíàëîâ ñ ðàзëèчíым ïîðÿдêîм фðàêòàëà w à)

ã) â)

б)

à)

ã) â)

б)

Рèñ. 8. Сïåêòðы фðàêòàëьíыõ ñèãíàëîâ ãðåбåíчàòîé ñòðóêòóðы, ãåíåðèðîâàííыõ ïðåдëîжåííîé ñõåмîé,

дëÿ ðàзëèчíыõ ïîðÿдêîâ фðàêòàëà w

w = 0 w = 1

w = 2 w = 3

w = 0 w = 1

(7)

Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 4 óíіâåðñèòåòó «Льâіâñьêà ïîëіòåõíіêà». Рàдіîåëåêòðîíіêà òà

òåëåêîмóíіêàції.— 2012.— ¹ 738.— С. 28—33.

4. Лàзîðåíêî О. В., Пîòàïîâ А. А., Чåðíîãîð Л. Ф. Фðàêòàëьíыå ñâåðõшèðîêîïîëîñíыå ñèãíàëы // В êí.: Сòðóêîâ А. В., Пîòàïîâ А. А., Чåðíîãîð Л. Ф. è дð. Иíфîðмàцèîííàÿ бåзîïàñíîñòь: мåòîды шèфðîâàíèÿ.— Êí. 7. Мîñêâà: Рàдèîòåõíèêà, 2011.— С. 151—187.

5. Пîëіòàíñьêèé Р. Л., Êëèмàш М. М. Мåòîд êëàñòåð-íîãî êîдóâàííÿ // Вîñòîчíî-Еâðîïåéñêèé жóðíàë ïåðå-дîâыõ òåõíîëîãèé.— 2012.— Ò. 5, ¹ 3(39).— С. 50—53. 6. Бîëîòîâ В. Н., Òêàч Ю. В. Выдåëåíèå фðàêòàëь-íыõ ñèãíàëîâ â óñëîâèÿõ ñëîжíîé ýëåêòðîмàãíèòíîé îб-ñòàíîâêè // Эëåêòðîмàãíèòíыå ÿâëåíèÿ.— 2003.— Ò. 3, ¹ 2(10).— С. 211—227.

7. Вåðèãà А. Ä., Пîëіòàíñьêèé Р. Л. Гåíåðàòîð фðàêòàëьíèõ ñèãíàëіâ òèïó „ïðÿмîêóòíèé імïóëьñ” íà міêðîêîíòðîëåðі // Пðàці IV Міжíàðîд. íàóêîâî-ïðàêòèч. êîíфåðåí. „Обðîбêà ñèãíàëіâ і íåãàóññіâñьêèõ ïðîцåñіâ”.— Óêðàїíà, м.Чåðêàñè.— 2013.— С. 132—134.

8. Вåðèãà А. Ä., Пîëіòàíñьêèé Р. Л. Äåêîдåð фðàê-òàëьíèõ ñèãíàëіâ ãðåбіíêîâîї ñòðóêòóðè // Мàòåðіàëè IIІ Міжíàðîд. íàóêîâî-ïðàêòèч. êîíфåðåí. „Фізèêî-òåõíîëîãічíі ïðîбëåмè ðàдіîòåõíічíèõ ïðèñòðîїâ, зàñîбіâ

òåëåêîмóíіêàції, íàíî- òà міêðîåëåêòðîíіêè”.— Óêðàїíà, м. Чåðíіâці.— 2013.— С. 84—85.

9. ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/ 30292c.pdf

10. http://www.geyer-electronic.com/uploads/ tx_userartikelfrequenz/GEYER-KXO-210_02.pdf

11. www.ti.com/lit/ds/symlink/max232.pdf 12. www.fairchildsemi.com/ds/LM/LM7805.pdf 13. Óãðюмîâ Е. П. Цèфðîâàÿ ñõåмîòåõíèêà.— СПб: БХВ-Пåòåðбóðã, 2004.

14. www.analog.com/static/imported-files/data_ sheets/AD810.pdf

Дата поступления рукописи в редакцию 05.03 2014 г.

R. L. POLITANSKYI1_{, A.D. VERYGA}2

Ukraine, 1_{Lviv Polytechnic National University;} 2_{Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University}

CODER AND DECODER OF FRACTAL SIGNALS OF COMB-TYPE STRUCTURE

The article presents a coder and decoder of fractal signals of comb-type structure (FSCS) based on microcon-trollers (MC). The coder and decoder consist of identical control modules, while their managed modules have different schematic constructions. The control module performs forming or recognition of signals, and also carries out the function of information exchange with a computer. The basic element of the control module is a PIC18F2550 microcontroller from MicroChip.

The coder of the system forms fractal signals of a given order according to the information bits coming from the computer. Samples of the calculated values of the amplitudes of elementary rectangular pulses that consti-tute the structure of fractal pulses are stored in the memory of the microcontroller as a table. Minimum bit ca-pacity of the DAC necessary for the generation of FSCS of fourth order is four bits. The operation algorithm, “wired” into the controller of the program, provides for encoding of the transmitted information by two-bit symbols. Recognition of the start of transmission of each byte in communication channel is performed by the transmission of the timing signal.

In a decoder the microcontroller carries out reception and decoding of the received fractal signals which Р. Л. ПОЛІТАНСЬКИЙ, А. Д. ВЕРИГА

Óêðàїíà, м. Льâіâ, Нàціîíàëьíèé óíіâåðñèòåò «Льâіâñьêà ïîëіòåõíіêà»; Чåðíіâåцьêèé íàціîíàëьíèé óíіâåðñèòåò імåíі Юðіÿ Фåдьêîâèчà

ÊОÄЕР І ÄЕÊОÄЕР ФРАÊÒАЛЬНИХ СИГНАЛІВ ГРЕБІНЧАСÒО

Ї

СÒРÓÊÒÓРИ

Запропоновано схемотехнічні рішення і реалізовано блоки кодування і декодування фрактальних сигналів гребінчастої структури. Апаратна реалізація модулів управління цих блоків здійснена на базі мікроконтролера PIC18F2550. Фрактальний сигнал формується з байтових послідовностей, які записані в пам'яті мікроконтролера у вигляді таблиць. Декодування прийнятого сигналу здійснюється за його середнім значенням.

Ключові слова: фрактал, мікроконтролер, передавач, кодер, приймач, декодер.

(8)

REFERENCES

1. Feder E. [Fraktals] Moscow, Mir, 1991, 261 p. (in Russian)

2. Bolotov V. N., Kolesnikov S. E., Tkach Yu.V., Tkach Ya.Yu., Khupchenko P. V. Fractal Communication System. Electromagnetic Phenomena. 2007, vol. 7, no 1 (18), pp. 174-179.

3. Novikova O. B. Fraktal`nii splain-model` shirokos-mugovogo signalu [Fraktal spline-model of wideband signal] Visnik Natsional`nogo universitetu «L`vivs`ka politekhnika». Radioelektronika ta telekomunikatsiyi. 2012, no 738, pp. 28-33. (in Russian)

4. Lazorenko O. V., Potapov A. A., Chernogor L. F. Fraktal`nye sverkhshirokopolosnye signaly [Fractal UWB signals]. In book: Strukov A. V., Potapov A. A., Chernogor L. F. et al. Informatsionnaya bezopasnost`: metody shifrovaniya [Informative safety: methods of encoding]. Book 7. Moscow, Radio engineering, 2011, pp. 151-187. (in Russian)

5. Politans`kii R. L., Klimash M. M. Metod klasternogo koduvannya [Cluster coding method]. Vostochno-Evropeiskii zhurnal peredovykh tekhnologii. 2012, vol. 5, no 3(39), pp. 50-53. (in Russian)

6. Bolotov V. N., Tkach Yu. V. Vydelenie fraktal`nykh signalov v usloviyakh slozhnoi elektromagnitnoi obstanovki [Extracting of fractal signals in conditions of complex elec-tromagnetic conditions] Elektromagnitnye yavleniya. 2003, vol. 3, no 2(10), pp. 211-227. (in Russian)

7. Veriga A. D., Politans`kii R. L. Generator fraktal`nikh signaliv tipu «pryamokutneyi impul`s» na mikrokontroleri [Generator of the fractal signals of „rectangular pulse” type on microcontroller]. Proceed. of the IV international scientific-practical conference «Processing of signals and non-gaussian processes». Ukraine, Cherkasy. 2013, pp. 132-134. (in Russian)

8. Veriga A. D., Politans`kii R. L. Dekoder fraktal`nikh signaliv grebinkovoyi strukturi [Decoder of fraktal signals of comb strukture]. Proceed. of the IIІ international scienrific-practical conference «Physical and technological problems of radio engineering devices, telecommunication, nano- and micro-electronics». Ukraine, Chernivtsi. 2013, pp. 84-85. (in Russian) 9. ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/ 30292c.pdf

10. http://www.geyer-electronic.com/uploads/ tx_userartikelfrequenz/GEYER-KXO-210_02.pdf

11. www.ti.com/lit/ds/symlink/max232.pdf 12. www.fairchildsemi.com/ds/LM/LM7805.pdf 13. Ugryumov Ye. P. Tsifrovaya shemotekhnika [Digital circuitry]. St. Petersburg. BKhV-Peterburg, 2004.

14. www.analog.com/static/imported-files/data_ sheets/AD810.pdf.

are then transmitted to the computer. The developed algorithm of the program for the microcontroller of the decoder is carried out by determination of order of fractal impulse after the value of sum of amplitudes of elementary impulses, constituents fractal signal.

The programs for coder and decoder are written in “C”. In the most critical places of the program influencing on the fast-acting of chart “assembler” insertions are done.

The blocks of the coder and decoder were connected with a coaxial 10 meters long cable with an impendance of 75 Ohm.

The signals generated by the developed coder of FSCS, were studied using a digital oscillograph. On the basis of the obtained spectrums, it is possible to draw a conclusion, that the fractal signals formed by the coder are wideband and can be used in noise-resistant and protected communication systems.

Keywords: fractal, microcontroller, transmitter, coder, receiver, decoder.

ÍÎÂÛÅ ÊÍÈÃÈ

Ñправочник по радиолокации. Â двух кн. / Ïод ред. Ì.È. Ñкол-ника.— Ìосква: Òехносфера, 2014.