СИСТЕМА СВЯЗИ С ШИРОКОПОЛОСНЫМИ СИГНАЛАМИ Российский патент 1998 года по МПК H04B1/10 

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами.

Известна система связи с широкоплосными фазоманипулированными сигналами, основанная на использовании передачи широкополосного опорного сигнала, описанная в монографии Диксона Р.К. Широкоплосные системы.-М.: Связь, 1979., рис. 6.4, с. 180. Недостаток этой системы - низкая помехоустойчивость к узкополосным и структурным помехам.

Известна система связи, использующая широкополосные сигналы, описанная в патенте РФ N 20015288, кл. H 04 B 1/10, в которой обеспечивается повышение помехоустойчивости к узкополосным помехам, частоты которых занимают определенное положение по отношению к частоте несущей ШПС.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является аппаратура приема и передачи, описанная в а.с. N 300946, кл. H 03 C 3/40, 1971, структурная схема которой представлена на фиг.1, где обозначено: 1 - генератор и несущей и тактовой частоты (ГНТЧ), 2 - формирователь ортогональной ПСП, 3 - генератор ПСП, 4 - устройство фазирования, 5, 6 - умножители, 8 - фазовращатель на 90^o, 7 - фазовый манипулятор, 9 - сумматор, 10, 11 - умножители, 12 - формирователь ортогональной ПСП, 13 - генератор опорной ПСП, 14 - устройство фазирования, 15 - устройство синхронизации, 16, 17 - полосовые фильтры, 18 - фазовый детектор.

На передающей стороне ГНТЧ 1 соединен своим выходом с входами формирователя ортогональной ПСП 1 и генератора ПСП 3, вторые входы которых соединены с выходами устройства фазирования 4.

Выход ФОПП 2 через умножитель 5 соединен с первым входом сумматора 9. Выход генератора ПСП 3 соединен через второй умножитель 6 с вторым входом сумматора 9.

Второй выход ГНТЧ 1 через формирователь на 90^o 8 соединен с вторым входом умножителя 5, а через фазовый манипулятор 7 - с вторым входом умножителя 6.

На приемной стороне устройства синхронизации 15 своим входом соединено с первыми входами умножителей 10 и 11.

Выход устройства синхронизации 15 соединен с входом ФОПП 12 и входом ГОПП 13, вторые входы которых соединены с выходами устройства фазирования 14. Выход ФОПП 12 соединен с вторым входом умножителя 10, выход которого через полосовой фильтр 16 соединен с входом фазового детектора 18. Выход ГОПП 13 соединен с вторым входом умножителя 11, выход которого через полосовой фильтр 17 соединен с вторым входом фазового детектора 18.

Работает устройство-прототип следующим образом.

В передатчике ГНТЧ 1 формирует две частоты: тактовую для ФОПП 2 и ГПСП 3 и несущую частоту сигнала. Тактовая частота с выхода ГНТЧ 1 поступает на входы ФОПП 2 и ГПСП 3, которые вырабатывают двоичные псевдослучайные последовательности. Эти последовательности представляют собой совокупность бинарных импульсов постоянного тока одинаковой величины и длительности, которая определяется тактовой частотой.

Устройство фазирования 4 устанавливает ФОПП 2 и ГПСП 3 в одинаковые начальные состояния, что обеспечивает связь по фазе их ПСП. ПСП с выхода ФОПП 2 поступает на умножитель 5, на второй вход которого через фазовращатель на 90^o с выхода ГНТЧ 1 поступает сигнал несущей частоты, который в умножителе 5 умножается на ПСП. В результате на выходе умножителя 5 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 190^o по закону ПСП. ПСП с выхода ГПСП 3 поступает на умножитель 6, на второй вход которого с выхода ГНТЧ 1 через фазовый манипулятор 7 поступает колебание несущей частоты. В зависимости от закона передаваемой информации фазовый манипулятор 7 поворачивает фазу несущей частоты сигнала на выходе умножителя 6 относительно несущей частоты сигнала на выходе умножителя 5 на 0 или 180^o. С выходов умножителя 5 и 6 сдвинутые между собой по фазе сигнала поступают на сумматор 9, который образует выходной сигнал передатчика с постоянной амплитудой и манипулированный по фазе на 0, 90, 180, 270^o, причем моменты манипуляции и порядок следования этих величин фаз определяются соотношением знаков элементов ПСП ФОПП 2 и ГПСП 3 и передаваемой разности фаз. С сумматора 9 сигнал поступает в ВЧ передатчик и излучается.

Принимаемый сигнал с выхода ВЧ приемника поступает на умножители 10 и 11. В умножителе 10 принимаемый сигнал умножается на ПСП, которую вырабатывает ФОПП 12, а затем поступает на полосовой фильтр 16, который выделяет сигнал несущей частоты. В умножителе 11 принимаемый сигнал умножается на ПСП, которую формирует ГОПП 13, а затем поступает на полосовой фильтр 17, который выделяет манипулированный по фазе сигнал несущей частоты.

С выходов полосовых фильтров 16 и 17 сигналы поступают на фазовый детектор 18, который измеряет информационную разность фаз между ними.

Устройство фазирования 14 обеспечивает связь по фазе выходных ПСП ФОПП 12 и ГОПП 13, соответствующую связи по фазе ПСП ФОПП 2 и ГПСП 3.

ПСП, вырабатываемые генераторами в приемнике, синхронизируются с ПСП принимаемого сигнала с помощью устройства синхронизации 15.

Недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость к узкополосным и структурным помехам.

Для устранения этого недостатка в систему, содержащую на передающей стороне ГНТЧ, один выход которого соединен с входами ГПСП и ФОПП, вторые входы которых соединены с выходами устройства фазирования, выход ФОПП соединен с первым входом первого умножителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход ГПСП соединен с первым входом второго умножителя, выход которого соединен с вторым сумматором, второй выход ГНТЧ через фазовращатель на 90^o соединен с вторым входом первого умножителя, а через фазовый манипулятор с вторым входом второго умножителя; на приемной стороне, содержащей первый и второй умножители, первые входы которых соединены с входом устройства синхронизации, выход устройства синхронизации через ФОПП соединен с вторым входом первого умножителя, а через ГОПП с вторым входом второго умножителя, выходы умножителей соответственно через первый и второй полосовые фильтры соединены с входами фазового детектора, а вторые входы ФОПП И ГОПП соединены с выходами устройства фазирования, введены на приемной стороне усилитель высокой частоты, выход которого соединен с первым входом коммутатора через элемент задержки, а с вторым входом - через блок компенсации помех, третий вход коммутатора соединен с выходом устройства синхронизации, а выход коммутатора соединен с первым входом тракта промежуточной частоты, выход которого соединен с входом устройства синхронизации, второй вход блока компенсации помех соединен с выходом формирователя опорного сигнала, один вход которого соединен с выходом синтезатора частот, а два других входа через элементы задержки соединены соответственно с выходами ФОПП и ГОПП, второй выход синтезатора частот соединен с вторым входом тракта промежуточной частоты.

Структурная схема предлагаемой системы связи представлена на фиг. 2, где обозначено: 1 - ГНТЧ, 2,12 - формирователи ортогональной ПСП, 3 - генератор ПСП, 4, 14 - устройства фазирования, 5,6,10,11 - умножители, 7 - фазовый манипулятор. 8 - фазовращатель на 90^o, 9 - сумматор, 13 - генератор опорной ПСП, 15 - устройство синхронизации, 16,17 - полосовые фильтры, 18 - фазовые детекторы, 19 - усилитель высокой частоты, 21 - коммутатор, 22 - тракт промежуточной частоты, 23 - формирователь опорного сигнала, 24 - синтезатор частот, 25,26,27 - элемента задержки.

Система связи на передающей стороне содержит ГНТЧ 1, выход которого соединен с входами ФОПП 2 и ГПСП 3, вторые входы которых соединены с выходом устройства фазирования 4. Выход ФОПП 2 соединен с входом первого умножителя 5, выход которого соединен с входом сумматора 9. Выход ГПСП 3 соединен с входом второго умножителя 6, выход которого соединен с вторым входом сумматора 9. Второй выход ГНТЧ 1 соединен через фазовращатель на 90^o 8 с вторым входом умножителя 5, а через фазовый манипулятор 7 - с вторым входом умножителя 6.

На приемной стороне усилитель высокой частоты 10 через элемент задержки 25 соединен с первым входом коммутатора 21, а через блок компенсации помех 20 с вторым входом коммутатора 21. Выход коммутатора 21 соединен с входом тракта промежуточной частоты 22, выход которого соединен с входами устройства синхронизации 15 и умножителей 10 и 11. Выходы умножителей 10 и 11 через соответствующие полосовые фильтры 16 и 17 соединены с входами фазового детектора 18. Выход устройства синхронизации 15 соединен с входом ФОПП 12, с входом ГОПП 13 и с третьим входом коммутатора 21. Вторые входы ФОПП 12 и ГОПП 13 соединены с выходами устройства фазирования 14. Выход ФОПП 12 соединен с вторым входом умножителя 10 и через элемент задержки 27 с входом формирователя опорного сигнала 23. Выход ГОПП 13 соединен с вторым входом умножителя 11 и через элемент задержки 26 с вторым входом формирователя опорного сигнала 23, выход которого соединен с вторым входом блока компенсации помех 20. Третий вход формирователя опорного сигнала 23 соединен с выходом синтезатора частот 24, второй выход которого соединен с вторым входом тракта промежуточной частоты 22.

Работает система следующим образом.

В передатчике генератор ГНТЧ 1 формирует две частоты: несущую и тактовую для формирования модулирующих ПСП. С выхода ГНТЧ 1 сигналы тактовой частоты поступают на генератора ФОПП 2 и ГПСП 3, которые вырабатывают сфазированные между собой ортогональные ПСП, поступающие на умножители 5 и 6. На второй вход умножители 5 подаются колебания несущей частоты с выхода ГНТЧ 1, сдвинутые по фазе на 90^o в фазовращателе 8. На второй вход умножителя 6 поступают колебания несущей частоты, проманипулированные по фазе на 0 и на 180^o в фазоманипуляторе 7 передаваемой информацией. На выходах умножителей 5 и 6 образуются фазоманипулированные псевдослучайные сигналы, сдвинутые по фазе несущей относительно друг друга на 90^o, которые складываются в сумматоре 9, образуя четырехфазный псевдослучайный сигнал.

В приемной части системы входная смесь, содержащая ШПС и узкополосную помеху, поступает в УВЧ 19. После усиления входная смесь подается на коммутатор 21 через элемент задержки 25 и через блок компенсации помех 20. С выхода коммутатора 21 сигнал через тракт промежуточной частоты 22 поступает одновременно в устройство синхронизации 15 и на входы умножителей 10 и 11. В устройстве синхронизации 16 осуществляется синхронизация с ШПС, по окончании которой выделяется команда на ФОПП 12 и ГОПП 13, обеспечивающая синхронизацию работы опорных ПСП с принимаемым ШПС.

В умножителе 10 принимаемый сигнал умножается на ПСП, которую вырабатывает ФОПП 12, аналогичный ФОПП 2 передатчика.

С выхода умножители 10 сигнал поступает на полосовой фильтр 16, который выделяет колебания несущей частоты сигнала. В умножителе 11 принимаемый сигнал умножается на ПСП, которую формирует ГОПП 13, аналогичный ГПСП 3 передатчика. С выхода умножителя 11 сигнал поступает на полосовой фильтр 17, который выделяет манипулированное по фазе колебание несущей частоты сигнала. Сигналы с выходов полосовых фильтров 16 и 17 поступают на фазовый детектор 18, в котором осуществляется его демодуляция, и выделенный информационный сигнал поступает на выход устройства.

Устройство фазировании 14, аналогичное устройству фазировании 4 передатчика, обеспечивает связь по фазе ПСП, формируемых ФОПП 12 и ГОПП 13, соответствующую связи по фазе ПСП, формируемых в блоках 2 и 3.

Команды с выхода устройства синхронизации 15 ("0" или "1") поступают на управляющий вход коммутатора 21, обеспечивая подключение элемента задержки 25 к входу тракта промежуточной частоты 22 при отсутствии синхронизации с ШПС ("0" на выходе блока 15) и подключение выхода блока компенсации помех 20 также к входу тракта промежуточной частоты 22 при наличии синхронизации с полезным ШПС ("1" на выходе устройства синхронизации 15). В первом случае (при отсутствии синхронизации) входная смесь с выхода УВЧ 19 через элемент задержки 25 и коммутатор 21 поступает на тракт ПЧ 22. При наличии синхронизации входная смесь с УВЧ 19 поступает в блок компенсации помех 20, где с использованием опорного сигнала, поступающего с формирователя 23, компенсируются узкополосные и структурные помехи. Формирование опорного сигнала в блоке 23 происходит с использованием опорной ПСП, поступающей на его первый вход с выхода ФОПП 12 через элемент задержки 27, опорной ПСП, поступающей на второй вход с ГОПП 13 через элемент задержки 26, и высокочастотного гетеродина, поступающего на третий вход с первого выхода синтезатора частот 24. Со второго выхода синтезатора частот 24 напряжение гетеродина поступает в тракт промежуточной частоты 22, содержащий смеситель и усилители промежуточной частоты.

Элементы задержки 25, 26, 27 вводятся при необходимости для обеспечения выравнивания сигналов по задержке с учетом задержки сигнала при прохождении через блоки приемника.

При этом величина задержки блоков 26 и 27 (τ₂₆ и τ₂₇) выбирается таким образом, чтобы выполнялось соотношение

где Т_ПСП12 и Т_ПСП13 - периоды ПСП, формируемых блоками 12 и 13; τ₂₂ - задержка сигналов в блоке 22.

За счет этого достигается синхронность входных и опорных сигналов в блоках 2-, 10 и 11.

Структурная схема блока компенсации помех 20 приведена на фиг.3, где обозначено: 31, 33 - умножители, 32 - режекторный фильтр, 34, 35 - элементы задержки, 36 - вычитатель, 37 - аттенюатор.

Работает блок компенсации помех следующим образом.

МПС и узкополосная помеха поступают на входы вычитателя 36 через две ветви, первая из которых содержит элемент задержки 25, а вторая - последовательно соединенные умножитель 31, режекторный фильтр 32 и умножитель 33.

В умножителе 31 за счет перемножения с синхронным опорным широкополосным сигналом, поступающим от формирователя опорного сигнала 23, ШПС сворачивается в узкополосный сигнал, который режектируется фильтром 32 и, следовательно, не поступает на второй вход вычитателя 36.

В то же время узкополосная помеха за счет перемножения с широкополосным опорным сигналом в умножителе 31 получает дополнительную манипуляцию, в результате чего становится широкополосной фазоманипулированной помехой, которая через режекторный фильтр 32, режектирующий часть ее спектра, поступает на умножитель 33. В умножителе 33 за счет перемножения с тем же опорным сигналом широкоплосная помеха превращается в узкополосную помеху.

В связи с тем, что полоса режекторного фильтра значительно меньше полосы ШПС, искажения узкополосной помехи за счет режекции части спектра широкополосной помехи в режекторном фильтре 32 незначительны. Таким образом на первый вход вычитателя 36 поступает смесь ШПС и УП, а на второй вход - только УП, за счет чего обеспечиваются компенсация УП и неискаженное прохождение ШПС. Аттенюатор 37 и элементы задержки 34, 35 используются при необходимости для выравнивания сигналов по амплитуде и задержке для обеспечения эффективной компенсации узкополосной помехи.

Аналогичным образом компенсируются структурные и другие виды помех, отличающиеся по структуре от полезного ШПС. Эффект компенсации основан на том, что при перемножении с опорной ШПС полезный сигнал сворачивается в узкополосный сигнал и режектируется. Любая помеха, отличающаяся от полезного ШПС, не сворачивается и, следовательно, проходит на вход вычитателя, где компенсирует помеху, поступившую по его второму входу.

Структурная схема формирователя опорного сигнала 23 приведена на фиг. 4, где обозначено: 41, 42 - умножители, 43 - сумматор.

Опорные ПСП, поступающие от ФОПП 12 и ГОПП 13 через блоки 26 и 27, попадают на перемножители 41 и 41, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина синтезатора 24. В перемножителях 41 и 42 напряжение гетеродина манипулируется опорными ПСП, в результате чего формируются опорные ШПС, которые суммируются в сумматоре 43.

Докажем достижение поставленной цели.

В системе связи - прототипе помехоустойчивость к негауссовым помехам (узкополосным, структурным и т.д.) определяется базой ШПС , где Δf_ш - полоса ШПС; ΔF - информационная полоса сигнала.

Реализуемые базы ШПС в настоящее время составляют (10³ - 10⁴), т.е. 30 - 40 дБ. В то же время уровень помех, действующий на вход приемника ШПС, может превышать уровень полезного сигнала на 70 - 80 дБ. В этих условиях система связи-прототип оказывается неработоспособной.

В заявляемой системе обеспечена компенсация помех. При этом степень компенсации зависит от точности выравнивания помехи и ее оценки по амплитуде и задержке и составляет обычно 30 - 40 дБ.

Таким образом, при Б = 30 - 40 дБ и наличии компенсатора помех допустимый уровень помех на входе приемника ШПС в заявляемой системе будет на 30 - 4- дБ больше, чем для прототипа.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами. Система содержит на передающей стороне генератор несушей и тактовой частот, формирователь ортогональной ПСП, генератор ПСП, устройство фазирования, умножители, фазовый манипулятор, фазоврашатель на 90^o, сумматор, а на приемной стороне содержит умножители, формирователь ортогональной ПСП, генератор опорной ПСП, устройство синхронизации, полосовые фильтры, фазовый детектор, усилитель высокой частоты, блок компенсации помех, коммутатор, тракт промежуточной частоты, формирователь опорного сигнала, синтезатор частот, элементы задержки. Технический результат достигается за счет повышения помехоустойчивости к узкополосным и структурным помехам. 4 ил.

Система связи с широкополосными сигналами, на передающей стороне содержащая генератор несущей и тактовой частот, один выход которого соединен с входом формирователя ортогональной ПСП и с входом генератора ПСП, вторые входы формирователя ортогональной ПСП соединены с выходами устройства фазирования, выход формирователя ортогональной ПСП и генератора ПСП соединены с выходами устройства фазирования, выход формирователя ортогональной ПСП соединен с входом первого умножителя, выход которого соединен с входом сумматора, выход генератора ПСП соединен с входом второго умножителя, выход которого соединен с вторым входом сумматора, второй выход генератора несущей и тактовой частот через фазовращатель на 90^o соединен с вторым входом первого умножителя, а через фазовый манипулятор - с вторым входом второго умножителя, на приемной стороне содержащая первый и второй умножители, первые входы которых соединены с входом устройства синхронизации, выход которого соединен с входом формирователя ортогональной ПСП и с входом генератора опорной ПСП, второй вход формирователя ортогональной ПСП соединен с выходом устройства фазирования, а выход - с вторым входом первого умножителя, выход которого через первый полосовой фильтр соединен с входом фазового детектора, второй вход генератора опорной ПСП соединен с выходом устройства фазирования, а выход - с вторым входом второго умножителя, выход которого через второй полосовой фильтр соединен с вторым входом фазового детектора, отличающаяся тем, что на приемной стороне введены усилитель высокой частоты, выход которого через элемент задержки соединен с первым входом коммутатора, через блок компенсации помех - с вторым входом коммутатора, третий вход которого соединен с выходом устройства синхронизации, а выход - с входом тракта промежуточной частоты, выход которого соединен с входом устройства синхронизации, второй вход блока компенсации помех соединен с выходом формирователя опорного сигнала, первый вход которого соединен через второй элемент задержки с выходом формирователя ортогональной ПСП, второй вход соединен через третий элемент задержки с выходом генератора опорной ПСП, третий вход соединен с выходом синтезатора частот, второй выход которого соединен с вторым входом тракта промежуточной частоты.