РЕТРАНСЛЯТОР Российский патент 1995 года по МПК H04B7/185 H04B7/14 

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для организации ретрансляции в системах связи с подвижными пространственно разнесенными объектами в диапазоне сантиметровых волн.

Известны ретрансляторы с приемом пространственно разнесенных сигналов, содержащие разнесенные в пространстве антенны, сигналы с которых фазируются между собой, усиливаются и ретранслируются в заданном направлении. Такие ретрансляторы не обеспечивают разделение сигналов по каналам и не передают их в различные направления.

Известен также многоканальный ретранслятор, содержащий приемную часть и передающую часть, при этом в приемной части осуществляется преобразование частоты путем переноса несущей частоты на поднесущую и промежуточную частоты, усиление сигналов и преобразование их на несущую частоту передачи.

Однако такой ретранслятор не обеспечивает демодуляцию сигналов на ретрансляторе и поэтому невозможна коммутация отдельных каналов по различным направлениям.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является многоканальный ретранслятор, содержащий антенно-фидерный блок, соединенный с входом блока частотного разделения, выходы которого соединены с n каналами, каждый из которых содержит последовательно соединенные первый ключ, усилитель высокой частоты, первый смеситель, демодулятор, второй ключ, элемент памяти, модулятор, третий ключ, полосовой фильтр, второй смеситель и усилитель высокой частоты, а также генератор частот, блок управления и задающий генератор.

Однако такой ретранслятор не может ретранслировать сигналы в условиях изменения структуры сигнала.

Цель изобретения создание такого ретранслятора, который позволил бы повысить помехозащищенность каналов радиосвязи и снизить спектральную плотность потока мощности, обеспечить одновременную связь с пространственно разнесенными абонентами в сантиметровом диапазоне волн, повысить устойчивость связи, а также реализовать возможность организации как радиальной сети связи (между абонентами), так и сети по принципу "каждый с каждым".

Повышение помехозащищенности каналов радиосвязи достигается преобразованием цифровых информационных сигналов в ретрансляторе в сигналы с широким спектром (шумоподобные сигналы) путем их кодирования псевдослучайными последовательностями (ПСП) в расширителях спектров сигналов.

Расширение спектров сигналов приводит к соответствующему снижению спектральной плотности мощности и тем самым к повышению скрытности связи, а также позволяет ослабить действие любых непрерывно действующих помех независимо от их спектра.

Специфика организации связи с пространственно разнесенными абонентами в сантиметровом диапазоне волн состоит в необходимости использования большого числа антенн с узкими лучами по числу абонентов связи.

В предложенном ретрансляторе это достигается использованием по приему одной многолучевой фазированной антенной решетки с электронным управлением лучами, по передаче одной однолучевой фазированной антенной решетки с быстрым сканированием луча, обслуживающей абонентов отдельных каналов, и одной фазированной антенной решетки с фиксированным лучом, обслуживающим абонентов группового канала.

Повышение устойчивости связи достигается применением атомного стандарта частоты, обладающего высокой стабильностью частоты и позволяющего осуществить более быстрое вхождение в связь и улучшить энергетические характеристики каналов.

Организация линий связи по принципу радиальной сети, либо по принципу "каждый с каждым" обеспечивается введением коммутатора каналов.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема предлагаемого ретранслятора; на фиг. 2 схема передающего тракта каналов, содержащая расширители спектра сигнала, формирователи сигнала, временной уплотнитель и АФАР; на фиг. 3 временные диаграммы передающего тракта каналов.

Ретранслятор содержит приемную антенну 1, линейный тракт 2, демодулятор 3, коммутатор каналов 4, расширитель спектра 5, формирователь модулированного сигнала 6, временной уплотнитель 7, первую передающую антенну 8, блок управления 9, блок эталонной частоты 10, задающий генератор 11, формирователь гетеродинных частот 12, формирователь частоты передачи 13, линейный тракт группового канала 14, групповой демодулятор 15, расширитель спектра сигнала 16, временной уплотнитель группового канала 17, фазовый модулятор группового канала 18, вторую передающую антенну 19, дополнительный коммутатор 20.

Устройство работает следующим образом. Приемная антенна 1 представляет собой многоэлементную активную фазированную антенную решетку (АФАР), формирующую по командам блока управления 9 (m+1) приемных лучей, один из которых обслуживает приемный групповой канал, остальные m лучей приемные основные каналы, сформированные сигналы фильтруются фильтрами в составе АФАР. Указанные m выходов АФАР соединены с линейными трактами 2 каналов, выходы которых соединены с входами коммутатора 20, управляемого от блока управления 9. К выходам коммутатора 20 подсоединены n демодуляторов 3 отдельных каналов.

Линейные тракты 2 и 14 каналов выполнены по схеме с двойным преобразованием частоты и различаются номиналами гетеродинных и промежуточных частот. Демодуляторы 3 осуществляют кодовую демодуляцию сигналов отдельных каналов, демодулятор 15 кодовую демодуляцию и временное разуплотнение сигналов группового канала.

Демодулированные сигналы, кроме сигнала управления группового приемного канала, поступают на входы коммутатора каналов 4, осуществляющего необходимые коммутации между входами и выходами по заранее заложенной программе или командам, поступающим в блок управления 9.

Регенерированные сигналы для группового передающего канала и в том числе сигнал телеметрического контроля из блока управления 9 преобразуются в расширителях спектров сигналов 16 псевдослучайными последовательностями (ПСП) в широкополосные сигналы, уплотняются временным уплотнителем 17, с выхода которого поступают на фазовый модулятор 18, и излучаются передающей антенной 19 АФАР с фиксированным лучом, управляемым по сигналу от блока управления 9.

Регенерированные сигналы отдельных каналов кодируются ПСП в расширителях спектра 5, после чего в блоках 6 с учетом фазовых программ каждого отдельного канала формируются
сигналы управления фазой для всех модулей АФАР;
сигналы уплотняются временным уплотнителем 7, с выхода которого поступают на фазовращатели передающей АФАР со сканирующим лучом, обеспечивающей последовательное перенацеливание луча по абонентам связи.

Излучаемые антеннами 8 и 19 сигналы различаются по поляризации.

Все частоты ретранслятора формируются от одного задающего генератора 11, который по командам от блока управления 9 может работать либо в режиме подстройки частоты атомным стандартом (АСЧ) 10, либо в режиме работы с отключенным АСЧ.

По сигналу задающего генератора 11 работает формирователь гетеродинных частот 12 для приемных каналов и формирователь частоты передачи 13. Управление всеми режимами работы и параметрами осуществляется блоком управления 9 по командам от БЦВМ.

Работа отдельных каналов на передачу поясняется схемами на фиг. 2 и 3.

На фиг. 2 в качестве примера изображена схема формирования сигналов, их уплотнения и модуляции несущей при однократной ФМ 4-лучевой 16-элементной передающей АФАР с быстрым сканированием луча, имеющей 3-разрядные дискретные фазовращатели.

Расширитель спектра сигналов 5 (см. фиг. 2) содержит генератор двоичной последовательности 21 и сумматор 22, формирователь модулированного сигнала 6 содержит сумматоры 22, временной уплотнитель 7 содержит генератор стробов 23, элементы И 24, элементы ИЛИ 25, передающая АФАР 8 содержит фазовращатели 26, усилитель-возбудитель 27, делитель мощности 28 и выходные усилители 29, излучатели 30.

4-Лучевая ДН передающей АФАР, имеющей одноканальное управление фазовращателями, формируется за счет быстрого переключения фазовых программ синхронно по всем фазовращателям 26 АФАР 8. Период коммутации фазовых программ и соответствующих им лучей ДН составляет 0,4 мкм, время непрерывного формирования каждого луча ДН в цикле коммутации 0,1 мкс. В течение этого времени осуществляется кодово-импульсная модуляция сигнала каждого луча одним элементом псевдослучайной последовательности (ПСП), соответствующей данному лучу. При таком формировании 4-лучевой ДН сигнал в каждом луче представляет собой последовательность радиоимпульсов длительностью 0,1 мкс со скважностью 4, фаза высокочастотного заполнения которых манипулирована 0; π по закону ПСП (с тактовой частотой 2,5 МГц), манипулированной по фазе двоичной последовательностью информационного сигнала с тактовой частотой 2,4 кГц.

Диаграммы, представленные на фиг. 2 и 3, соответствуют значениям:
информации, передаваемой по каналу 1, ИНФ 1 0
информации, передаваемой по каналу 2, ИНФ 2 1
информации, передаваемой по каналу 3, ИНФ 3 1
информации, передаваемой по каналу 4, ИНФ 4 0
фазовой программы 45^о-разряда фазовращателя ФВ1 для 1-го луча ДН Ф_45,1,1 1,
фазовой программы 45^о-разряда фазовращателя ФВ1 для 2-го луча ДН Ф_45,2,1 0,
фазовой программы 45^о-разряда фазовращателя ФВ1 для 3-го луча ДН Ф_45,3,1 0
фазовой программы 45^о-разряда фазовращателя ФВ1 для 4-го луча ДН Ф_45,4,1 0
фазовой программы 90^о-разряда фазовращателя ФВ1 для 1-го луча ДН Ф_90,1,1 0
фазовой программы 90^о-разряда фазовращателя ФВ1 для 2-го луча ДН Ф_90,2,1 1,
фазовой программы 90^о-разряда фазовращателя ФВ1 для 3-го луча ДН Ф_90,3,1 0,
фазовой программы 90^о-разряда фазовращателя ФВ1 для 4-го луча ДН Ф_90,4,1 1,
фазовой программы 180^о-разряда фазовращателя ФВ1 для 1-го луча ДН Ф_180,1,1 0,
фазовой программы 180^о-разряда фазовращателя ФВ1 для 2-го луча ДН Ф_180,2,1 1,
фазовой программы 180^о-разряда фазовращателя ФИ1 для 3-го луча ДН Ф_180,3,1 1,
фазовой программы 180^о-разряда фазовращателя ФВ1 для 4-го луча ДН Ф_180,4,1 1.

Длительность одного элемента цифровой информационной последовательности составляет Т_и 420 мкс.

Использование: техника связи, системы связи с подвижными разнесенными в пространстве объектами. Сущность изобретения: ретранслятор содержит антенны 1, 8, 19, линейные тракты 2, 14, демодулятор 3, групповой демодулятор 15, коммутатор каналов 4, расширители спектра 5, 16 информационного сигнала, фрмирователь сигнала 6, временные уплотнители 7, 17, фазовый модулятор 18, задающий генератор 11. 4 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. РЕТРАНСЛЯТОР, содержащий приемную антенну, выходы которой соединены с входами n каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных линейного тракта и демодулятора, а также первую передающую антенну, блок управления, задающий генератор, выход которого соединен с входом формирователя гетеродинных частот и входом формирователя частот передачи, при этом выход формирователя гетеродинных частот соединен с гетеродинными входами линейных трактов всех n каналов, отличающийся тем, что в него введены коммутатор каналов, первый временной уплотнитель информационных сигналов, а в каждый канал расширитель спектра и формирователь модулированного сигнала, причем выходы демодуляторов соединены с входами коммутатора каналов, соответствующие выходы которого соединены с соответствующими входами первого временного уплотнителя информационных сигналов через соответствующие последовательно соединенные расширитель спектра и формирователь модулированного сигнала, выходы блока управления соединены с входами управления демодуляторов всех каналов, коммутатора каналов, формирователей модулированного сигнала всех каналов и первой передающей антенны, а выход формирователя частоты передачи соединен с входом управления первой передающей антенны, при этом выход задающего генератора соединен с входом синхронизации первого временного уплотнителя информационных сигналов и входами расширителей спектра, а вход управления задающего генератора с соответствующим входом блока управления. 2. Ретранслятор по п.1, отличающийся тем, что в него введен группой приемопередающий канал, содержащий последовательно соединенные линейный трак и групповой демодулятор, а также дополнительные расширители спектра, фазовый модулятор, вторую передающую антенну, и второй временной уплотнитель информационных сигналов, причем выходы группового демодулятора соединены с дополнительными входами коммутатора каналов, дополнительные выходы которого через соответствующие дополнительные расширители спектра соединены с соответствующими входами второго временного уплотнителя, выход которого через фазовый модулятор соединен с входом второй передающей антенны, при этом соответствующие выходы блока управления соединены с входами управления группового демодулятора, дополнительных расширителей спектра и второй передающей антенны, выход задающего генератора соединен с гетеродинными входами дополнительных расширителей спектра и синхровходом второго временного уплотнителя информационных сигналов, выход формирователя частот передачи соединен с вторым входом фазового модулятора, выход служебного канала группового демодулятора соединен с входом блока управления, при этом вход линейного тракта группового приемопередающего канала является входом канала и соединен с дополнительным выходом приемной антенны. 3. Ретранслятор по п.1, отличающийся тем, что в него введен дополнительный коммутатор, при этом выходы линейных трактов n каналов соединены с соответствующими демодуляторами через дополнительный коммутатор, вход управления которого соединен с дополнительным выходом блока управления. 4. Ретранслятор по пп. 1 3, отличающийся тем, что приемная антенна, первая и вторая передающие антенны выполнены в виде активных фазированных антенных решеток. 5. Ретранслятор по пп. 1 4, отличающийся тем, что в него введен блок эталонной частоты, выход которого соединен с входом задающего генератора.