СПОСОБ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАЗНЕСЕННОГО ПРИЕМА СИГНАЛА ОТ ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ, ПЕРЕДАННОГО ПО МНОГОЛУЧЕВОМУ КАНАЛУ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H04B7/08 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике радиосвязи, и может быть использовано в системах связи декаметрового (ДКМ) диапазона.

В декаметровых радиолиниях при приеме дискретной информации (ДИ) в условиях интерференционных замираний сигналов, вызванных многолучевостью среды распространения радиоволн, одиновочный прием не может в достаточной мере обеспечить помехоустойчивость.

Известным методом, обеспечивающим повышение помехоустойчивости, является разнесенный прием по параллельным каналам с последующим когерентным или дискретным сложением принятой ДИ [1]
Известен способ разнесенного приема с использованием отрицательной корреляции замираний сигналов в параллельных каналах [2]
Этот способ основан на модели распространения радиоволн, при которой возможно возникновение отрицательной корреляции замирания в пространственно разнесенных точках приема, и предполагает наличие источника излучения, например радиопередатчика с одиночным вертикальным вибратором, среды распространения, в которой один путь прихода волны в точку приема прямой ("земная волна"), а другой с отражением от вертикальной плоскости, например, от ионосферного слоя, и по крайней мере двух приемников излучения, например, в виде вертикальных вибраторных антенн, разнесенных в пространстве на расстоянии порядка нескольких длин волн. Возникновение отрицательно коррелированных замирания сигнала в приемных элементах зависит от ряда параметров: дальности трассы, высоты отражающего слоя, величины пространственного разноса между приемными антеннами.

При организации радиосвязи в ДКМ диапазоне на трассах протяженностью от 500 км и более "земная волна" практически отсутствует. В то же время известны экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что в точку приема приходят несколько лучей сигнала (как минимум два), отраженных от различных слоев ионосферы [3] При многолучевом, в частности при двухлучевом, распространении радиоволн на трассах, длиной 500 км и более, возможно создание условий для возникновения отрицательной корреляции замираний сигналов.

Этот способ пространственного разнесения не использует возможность приема с отрицательной корреляцией запирания сигналов, поскольку применяется сложение сразу же всех сигналов от разнесенных приемных элементов когерентным или некогерентным способом.

Известен способ разнесенного приема сигнала от источника излучения [4] выбранный в качестве прототипа и заключающийся в размещении трех приемных элементов на прямой, ориентированной на источник излучения, на расстоянии, большем длины волны и кратном ей друг от друга и последующем оптимальном сложении сигналов разнесения, причем каждый из сигналов разнесения образуется в результате когерентного сложения сигналов с среднего приемного антенного элемента с каждым из крайних приемных антенных элементов.

Недостатком этого способа является невозможность использования отрицательной корреляции замираний сигнала в ветвях разнесения в полной мере.

Известно устройство многоканального когерентного сложения разнесенных сигналов [4] Устройство содержит пространственно разнесенных антенных элементов, устройство сложения (когератор), решающую схему, а также в каждом приемном канале фильтр основной селекции, нормирующий усилитель, регулируемый усилитель и устройство управления, содержащее решающую схему, измеритель модуля ВИП: усреднитель и функциональный преобразователь, подключенный к схеме нормирования весовых коэффициентов.

Недостатком этого устройства является то, что в когерентном сложении участвуют все каналы приема, сигналы в которых могут оказаться значительно ослабленными из-за замирания в канале связи.

Известно также устройство пространственного разнесенного приема [5] выбранное в качестве прототипа. Это устройство содержит три антенных приемных элемента, расположенных на прямой, ориентированной на источник излучения, на расстоянии друг от друга, большем длины волны и кратном ей, два блока когерентного сложения, входы которых подключены к среднему и соответствующему крайнему приемному антенному элементу, а выходы подключены к блоку оптимального сложения. В этом устройстве расстояние между парами приемных элементов фиксировано и используется только две пары.

Возможность использования при этом отрицательной корреляции замираний сигнала в ветвях разнесения крайне ограничена.

Изобретение обеспечивает повышение помехоустойчивости приема дискретной информации в радиолиниях ДКМ диапазона.

Это достигается тем, что способ пространственного разнесенного приема с использованием отрицательной корреляции замираний сигналов в каналах приема основан на двухлучевой модели распространения радиоволн в ДКМ диапазоне. В этой модели предполагается наличие источника излучения, например радиопередатчика с одиночным вертикальным вибратором, среды распространения, в которой волна в точку приема проходит двумя путями, отразившись от разных по высоте слоев ионосферы, и по крайней мере двух приемников излучения, например в виде вертикальных вибраторных антенн, разнесенных в пространстве на расстоянии в несколько длин волн.

Поставленная задача решается также тем, что в устройство, реализующее заявляемый способ, введен дополнительный блок когерентного сложения, входы которого подключены к выходам приемных антенных элементов, а выход к дополнительному входу блока оптимального сложения, выполненного в виде блока мажоритарного весового суммирования, а другие входы блоков когерентного сложения подключены к выходу первого приемного антенного элемента.

Использование отрицательной корреляции замирания сигналов позволяет осуществить многократный пространственно разнесенный прием, среди ветвей разнесения которого с большой вероятностью находятся отрицательно коррелированные, что обеспечивает повышение помехоустойчивости приема дискретной информации в радиолиниях ДКМ диапазона.

Заявленный способ пространственного разнесенного приема включает передачу волн по многолучевому каналу и их прием с разнесением приемных элементов в пространстве на расстояние порядка нескольких длин волн. Прием осуществляется на несколько приемных элементов, установленных на прямой, ориентированной на источник излучения, на расстоянии друг от друга, большем длины волны и кратном ей, при последующем оптимальном сложении сигналов разнесения, причем каждый сигнал разнесения формируется в результате когерентного сложения сигнала одного приемного элемента, являющегося опорным, с сигналом каждого из остальных антенных приемных элементов. На фиг. 1 представлена вероятная модель вдухлучевого распространения радиоволн; на фиг. 2 структурная электрическая схема устройства, реализующего заявленный способ.

Устройство пространственного разнесенного приема содержит N пространственно разнесенных приемных антенных элементов 1, N-1 блоков когерентного сложения 2, блок мажоритарного весового суммирования 3 и дополнительный блок когерентного сложения 4.

Первые входы всех блоков когерентного сложения 2 подключены к первому приемному антенному элементу 1,1, вторые входы подключены к соответствующим антенным элементам 1,2-1. Все антенные элементы подключены кроме того к входам дополнительного блока когерентного сложения 4. Выходы блоков когерентного сложения 2 и дополнительного блока когерентного сложения 4 подключены к входам блока мажоритарного весового суммирования 3, выход которого является выходом устройства.

Блоки когерентного сложения 4 и когерентного сложения 2 предназначены для работы на промежуточной частоте и содержат управляемые фазовращатели и схему управления. Они могут быть реализованы аналогично блоку когерентного сложения сигналов, применяемому в серийно выпускаемом многоканальном радиоприемном устройстве "ОТРАДА" Р-692.

Блок мажоритарного весового суммирования 3 функционирует по принципу, описанному в книге Л. М. Финка [6] Более конкретное описание приведено в статье Г. А.Жукова [7] Схема блока содержит устройство синхронизации и устройство сравнения сигналов, которое оценивает короткие блоки информации, например, длиной 8-10 знаков при скорости 500 бит/сек; такая длина блока соответствует периоду квазистационарности ДКМ канала. По результатам оценки, например по максимальному числу безошибочно принятых знаков дискретной информации, принимается решение о назначении приемному канала веса 0 или 1.

Устройство работает следующим образом. В соответствии с моделью распространения радиоволн (фиг. 1) в антенных элементах 1 и I и II, отстоящих друг от друга на расстояние Δ, каждый луч двухлучевого электромагнитного поля индуцирует напряжение Ui.

Разность фаз между этими напряжениями определяется в виде:

Коэффициент корреляции между напряжениями, индуцированными в антенных элементах I и II, определяется по формуле:

где


K отношение амплитуд второго и первого луча;
Φ разность фаз между напряжениями, индуцированными двумя лучами в антенном элементе; черта над символом означает усреднение по ансамблю v.

RE в выражении (2) меняет свою величину от +1 до -1 в зависимости от величины D при стальных фиксированных параметрах (длина трассы D высота ионосферных слоев H₁ и H₂, рабочая длина волны l). В N пространственно разнесенных антенных элементах, установленных на одной прямой линии с межэлементным расстоянием D с вероятностью 100% найдутся также элементы, при которых коэффициент корреляции относительно первого элемента будет отрицательным.

Сигналы, принятые антенными элементами, подаются на двухканальные блоки когерентного сложения. При сложении сигналов в каналах разнесения с отрицательным коэффициентом корреляции вероятность ошибки в приеме элемента ДИ на 1,5-2 порядка меньше, чем в каналах с положительным коэффициентом корреляции. После сложения в блоках когерентного сложения 2 и демодуляции ДИ поступает на входы блока мажоритарного весового суммирования 3. Здесь происходит селекция каналов приема по числу безошибочно принятых элементов (или знаков) ДИ. При этом каналы с числом ошибок, превышающим определенный заданный порог, получают вес 0 и принятые по ним сигналы в дальнейших процессах не участвуют. Сигналы в каналах с числом ошибок, не превышающим порог, подвергаются дискретному мажоритарному сложению в блоке 3.

Одновременно происходит когерентное сложение сигналов всех приемных элементов в дополнительном блоке когерентного сложения 4. Необходимость такого вида сложения вызвана тем, что в реальной ситуации при связи в ДКМ диапазоне наличие двухлучевой модели распространения волн хотя и вероятно, но не обязательно. В других условиях когерентное многоканальное сложение может оказаться эффективнее попарного. Выбор способа сложения, более эффективного в когерентной ситуации, осуществляется блоком мажоритарного весового суммирования 3.

Предлагаемый способ и устройство, его реализующее, позволяют определить каналы с отрицательной корреляцией замираний (по минимальной вероятности ошибок) и обеспечить повышенный выигрыш по вероятности ошибок.

Использование: радиотехника, системы связи. Способ пространственного разнесенного приема сигнала от источника излучения, переданного по многолучевому каналу, заключается в размещении приемных антенных элементов на прямой, ориентированной на источник излучения, на расстоянии друг от друга, большим длины волны и кратном ей, и последующем оптимальном сложении сигналов разнесения, причем каждый из сигналов разнесения формируется в результате когерентного сложения сигнала с первого приемного антенного элемента, являющегося опорным, с сигналом каждого из остальных антенных приемных элементов. Устройство для осуществления способа содержит N пространственно разнесенных приемных антенных элементов 1, N-1 блоков когерентного сложения 2, блок мажоритарного весового суммирования 3 и дополнительный блок когерентного сложения 4. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ пространственного разнесенного приема сигнала от источника излучения, переданного по многолучевому каналу, заключающий в размещении приемных антенных элементов на прямой, ориентированной на источник излучения, на расстоянии друг от друга большим длины волны и кратной ей, и последующем оптимальном сложении сигналов разнесения, причем каждый из сигналов разнесения формируется в результате когерентного сложения сигнала с одного приемного антенного элемента, являющегося опорным, с сигналом каждого из остальных антенных приемных элементов, отличающийся тем, что опорным приемным антенным элементом является первый приемный антенный элемент. 2. Устройство пространственного разнесенного приема сигнала от источника излучения, переданного по многолучевому каналу, содержащее N приемных антенных элементов, размещенных на прямой, ориентированной на источник излучения, на расстоянии друг от друга большим длины волны или или кратном ей, N-1 блоков когерентного сложения, один из входов i-го блока когерентного сложения, где i= 1,2, N-1, подключен к выходу j-го приемного антенного элемента, где j= 2,3, N, блок оптимального сложения, входы которого подключены к выходам блоков когерентного сложения, входы которого подключены к выходам блоков когерентного сложения, отличающееся тем, что в него введен дополнительный блок когерентного сложения, входы которого подключены к выходам приемных антенных элементов, а выход к дополнительному входу блока оптимального сложения, выполненного в виде блока мажоритарного весового суммирования, а другие входы блоков когерентного сложения подключены к выходу первого приемного антенного элемента.