СИСТЕМА СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ Российский патент 1998 года по МПК H04B7/185 

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в спутниковых системах связи.

Известны системы спутниковой связи, описанные в работе Пуэнте Д. Шмидта В. , Верта Л. Методы многостанционной работы коммерческих ИСЗ. ТИИЭР, 1971, 59, 2, с. 117-130.

Недостатком их является низкая помехоустойчивость. Известна также глобальная навигационная система Navstar, описанная в журнале "Зарубежная радиоэлектроника", 1981 г., N 8, с. 52-82.

Недостатком указанной системы спутниковой связи является ее низкая устойчивость к случайным и преднамеренным помехам, обусловленная низкой помехоустойчивостью борта.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система спутниковой связи, описанная в книге Петровича Н.Т., Каменева Е.Ф., Каблуковой М. В. Космическая радиосвязь, М.: Сов. радио, 1978, с. 66-68, структурная схема которой представлена на фиг. 1, где обозначено:
1, 5, 12, 13, 20 - антенна,
2, 6, 14 - приемник (без демодулятора),
3, 7 - демодулятор,
4 - получатель сообщения,
8 - блок управления,
9 - источник сообщения,
10 - модулятор,
11, 19 - передатчик (без модулятора),
15 - гребенка n полосовых фильтров,
16 - смеситель,
17 - гетеродин,
18 - фильтр.

Система состоит из передающих центральных станций (ЦС), содержащих последовательно соединенные антенну 5, приемник 6, демодулятор 7, блок управления 8, источник сообщения 9, модулятор 10, передатчик 11 и передающую антенну 12; абонентских станций (АС), содержащих последовательно соединенные антенну 1, приемник 2, демодулятор 3, получатель сообщения 4; а также бортового спутникового ретранслятора, содержащего последовательно соединенные приемную антенну 13, приемник 14, гребенку n-канальных фильтров 15, смеситель 16, второй вход которого соединен с гетеродином 17, полосовой фильтр 18, передатчик 19 и передающую антенну 20.

Работает система связи следующим образом.

Передающая станция ЦС i-го направления (i=1,2,3,...,n) передает дискретную информацию на несущей частоте f_i. При этом может быть использован любой способ передачи. Сигнал с несущей частотой f_i совместно с сигналами других направлений поступает на приемную антенну 13 ретранслятора, усиливается в приемнике 14 и расфильтровывается гребенкой фильтров 15. Сигналы с выходов фильтров 15 поступают на смеситель 16, куда одновременно подается напряжение от гетеродина 17, сетка частот которого соответствует расстановке несущих частот передатчиков ЦС.

С выхода смесителя 15 через полосовой фильтр 18 последовательно поступают посылки сигналов различных ЦС длительностью T/n в передатчик 19 и излучаются антенной 20. Посылки сигналов соответствуют несущим частотам f_i (i= 1,2,3, ...,n) и поступают в передатчик 19 укороченные в n раз по сравнению с длительностью элементарного импульса T.

Сформированный и переизлученный ретранслятором групповой сигнал поступает на антенны 1 и 5 земных станций, затем соответственно на приемники 2 и 6, демодуляторы 3 и 7, где из группового сигнала выделяются посылки, несущие сообщения i-той передающей станции. В блоке управления 8 принятые посылки анализируются.

Если "вырезанная" в ретрансляторе посылка попадает на границу двух соседних посылок противоположного знака, то блок управления 8 настолько изменит частоту дискретизации (скорость передачи информации в источнике сообщений 9), чтобы стробирующий импульс в ретрансляторе (напряжение от гетеродина 17) приходился на середину посылки от данной i-той ЦС.

Переданные со всех ЦС сигналы (разделенные по частоте) в ретрансляторе уплотняются во времени путем стробирования в смесителе 16 напряжением гетеродина 17, и групповой сигнал переизлучается на землю. Выделение из уплотненного во времени группового сигнала сообщения, соответствующего i-той ЦС, происходит с помощью подстройки по тактам по обратному каналу путем изменения частоты дискретизации (скорости передачи информации источником сообщений 9) блоком управления 8.

Система-прототип может работать и в циркулярном режиме.

Недостатком прототипа является его низкая помехоустойчивость.

Для устранения этого недостатка автор предлагает систему, структурная схема которой представлена на фиг. 2, где обозначено:
1, 5, 12, 13, 20 - антенна,
2, 6, 14 - приемник (без демодулятора),
3, 7 - демодулятор,
4 - блок оценки качества канала,
8 - блок управления,
9 - источник сообщений,
10 - модулятор,
11, 19 - передатчик (без модулятора),
15 - гребенка n полосовых фильтров,
16, 23 - согласующее устройство,
17 - демодулятор,
18 - накопитель повторов,
21, 26 - устройство выделения сигнала "сброс",
22 - модулятор,
24 - фильтры,
25 - ключ,
27 - формирователь сигнала "сброс",
28, 29 - элемент задержки,
30 - получатель сообщения.

На центральной станции (ЦС) содержатся последовательно соединенные антенна 5, приемник 6, демодулятор 7, блок оценки качества канала 30, формирователь сигнала "сброс" 27, а также источник сообщений 9, вход которого соединен с выходом блока оценки качества канала 30. Выход формирователя сигнала "сброс" 27 и выход источника сообщений 9 через соответствующие цепочки, состоящие из последовательно соединенных модулятора 10 и передатчика 11, соединены с входами согласующего устройства 16, выход которого соединен с входом антенны 12.

На абонентской станции (АС) содержатся последовательно соединенные приемная антенна 1, приемник 2, выход которого соединен с двумя цепочками, каждая из которых содержит фильтр 24 и демодулятор 3, причем выход одного из демодуляторов 3 соединен с ключом 25 непосредственно, другой через устройство выделения сигнала "сброс" 26. Выход ключа 25 соединен с входом получателя сообщений 4.

На ретрансляторе содержатся последовательно соединенные приемная антенна 13, приемник 14, выход приемника 14 соединен с двумя цепочками, каждая из которых содержит последовательно соединенные фильтр 15, демодулятор 17. Первый демодулятор 17₁ соединен с накопителем повторов 18, второй демодулятор 17₂ соединен с вторым входом накопителя повторов 18 через устройство выделения сигнала "сброс" 21 и элемент задержки 28. Выход накопителя повторов 18 соединен с модулятором 22₁, который через передатчик 19₁ соединен с входом согласующего устройства 23. С вторым входом согласующего устройства 23 соединен передатчик 19₂, который через модулятор 22₂ соединен с выходом демодулятора 17₂.

Работает система следующим образом.

Информация с выхода источника сообщений 9, представляющая собой повторяющиеся кодограммы, подается на модулятор 10₁ и далее через передатчик 11₁, согласующее устройство 16 и антенну 12 излучается на ретранслятор.

На ретрансляторе сигнал через антенну 13, приемник 14 и фильтр 15₁ поступает в демодулятор 17₁. В блоке накопления повторов 18 происходит накопление повторяющихся кодограмм до появления импульса сброса, поступающего с выхода блока 21. Сигнал сброса формируется на ЦС в формирователе 27 и через модулятор 10₂, передатчик 11₂, согласующее устройство 16 и передающую антенну 12, формирующие дополнительный параллельный канал передачи служебной информации, поступает на ретраснлятор. На ретрансляторе фильтр 15₂ и модулятор 22₂ образуют канал выделения сигнала "сброс". Элемент задержки 28 обеспечивает задержку импульса "сброс" на время, необходимое для передачи накопленной информации с заданным качеством абоненту. Информационный сигнал с выхода накопителя повторов 18 через модулятор 22₁, передатчик 19₁, согласующее устройство 23 и передающую антенну 20 излучается на землю. На ЦС информационный сигнал, выделенный антенной 5, приемником 6 и демодулятором 7 поступает на блок оценки качества канала 30, где происходит оценка принятой с ретранслятора информации на основании сравнения ее с переданной, поступающей с выхода источника сообщений 9. При удовлетворительном качестве формируется метка, поступает на источник сообщения 9, где разрешает передачу нового блока информационных символов, и на блок 27, где при поступлении метки формируется сигнал сброса. На АС сигнал с выхода приемника 2 поступает одновременно на два канала; информационный, состоящий из фильтра 24₁, демодулятора 3₁, ключа 25, получателя информации 4, и канал служебной информации, содержащий фильтр 24₂, демодулятор 3₂, устройство выделения сигнала сброса 26, где выделяется сигнал "сброс", разрешающий прохождение информации к получателю информации 4 при достаточном ее качестве. Сигнал "сброс" обеспечивает подключение выхода демодулятора 3₁ к входу получателя информации 4 через ключ 25.

Докажем достижение поставленной цели.

В прототипе оценка качества принимаемой информации может осуществляться только на абонентской станции.

В заявляемой системе используется когерентное накопление повторов кодограмм на ретрансляторе, а решение о качестве принимаемой информации и достаточности времени накопления принимается на ЦС.

Таким образом обеспечивается возможность адаптивного накопления повторов в зависимости от помеховой обстановки. Вследствие того, что накопление повторов происходит на ретрансляторе, значительно повышается помехоустойчивость радиолинии Земля - борт, которая является наиболее уязвимой.

В прототипе соотношение сигнал - помеха на борту определяется известным сообщением:

где
B - база используемого ШПС;
P_c - полезная мощность сигнала;
P_ш, P_п - мощность шума и помехи в полосе полезного сигнала.

В заявляемой системе отношение сигнал - помеха с учетом накопления повторов на борту определяется:
,
где
K - где количество накапливаемых повторов, определяемое в процессе ведения связи.

Таким образом, за счет введения адаптивного накопления повторов в заявляемой системе обеспечивается заданное качество связи при различной помеховой обстановке.

Рассмотрим аппаратурную реализацию некоторых блоков.

Блок оценки качества 30 может быть выполнен, например, как это показано на фиг. 3, где: 31 - счетчик, 32 - ключ, 33, 34 - регистр, 35 - компаратор.

Как только источник информации 9 начинает выдавать очередную кодограмму, она записывается в регистр 33 (выполненный, например, на интегральной схеме 564ИР6), при этом счетчик 31, коэффициент деления которого выбирается в соответствии с длиной кодограммы, по окончании записи последнего бита кодограммы в регистр 33 вырабатывает запрещающий импульс на ключ 32. После этого тактовые импульсы перестают поступать на тактовый вход регистра 33 и записанная в нем кодограмма в параллельном коде с выхода регистра 33 подается на входы компаратора 35 (выполненного, например, на И/С 564НП2) и постоянно находится на этих входах. Переизлученная ретранслятором информация после выделения с выхода демодулятора 11 поступает на вход регистра 34, далее в параллельном коде поступает с выхода регистра 34 на входы компаратора 35. Информация в регистре 34 постоянно обновляется по мере выделения в демодулятор 11. Как только принятая информация совпадает с переданной, записанной в регистре 33, на выходе компаратора 35 вырабатывается импульс сброса, который поступает на вход формирователя 27, источника сообщений, а также на установочные входы счетчика 31 и регистра 33. Таким образом, счетчик 31 обнуляется, а содержимое регистра 33 стирается и блок оценки качества канала 30 подготовлен для проверки следующей кодограммы, выделенной демодулятором 11.

Блок 27 - формирователь сигнала "сброс" может быть выполнен различными способами, например, в виде генератора ПСП, который управляется от блока оценки качества 30. При поступлении команды от блока оценки качества 30 формирователь 27 вырабатывает ПСП, которая излучается на борт и там выделяется демодулятором 17, который в рассматриваемом случае может представлять собой согласованный фильтр, детектор и схему сравнения с порогом.

Накопитель повторов 18 может быть выполнен так, как показано на фиг. 4, где обозначено:
41 - аналого-цифровой преобразователь,
42 - сумматор,
43 - оперативное запоминающее устройство,
44 - регистр.

Накопитель повторов 18 предполагает запоминание в цифровом виде i-го блока кодограмм в ОЗУ 43 и суммирование в сумматоре 42 с (i+1)-м блоком. Блоки, входящие в состав накопителя повторов, выполнены на стандартных элементах цифровой техники, например на микросхемах 1107 ПВ1, 564 ИМ1, 564 РУ2, 564 ИР3.

Источник сообщений 9 может быть выполнен так, как показано на фиг. 5, где обозначено:
51₁ - формирователь кодограмм N 1,
51₂ - формирователь кодограмм N 2,
51_n - формирователь кодограмм N n,
52 - счетчик,
53 - коммутатор.

Формирователи 51 - это генератор ПСП. Импульсы "сброс" поступают на счетчик 52. В зависимости от числа поступивших импульсов "сброс" к выходу коммутатора 53 подключается выход одного из блоков 51. Коммутатор 53 может быть выполнен, например, на микросхеме 564 КП1.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в спутниковых системах связи. Предлагаемая система связи за счет введения адаптивного накопления повторов на ретрансляторе обеспечивает заданное качество связи при различной помеховой обстановке. На центральной станции (ЦС) содержатся последовательно соединенные антенна 5, приемник 6, демодулятор 7, блок оценки качества канала 30, формирователь сигнала "сброс" 27, а также источник сообщений 9, вход которого соединен с выходом блока оценки качества канала 30. Выход формирователя сигнала "сброс" 27 и выход источника сообщений 5 через соответствующие цепочки, состоящие из последовательно соединенных модулятора 10 и передатчика 11, соединены с входами согласующего устройства 16, выход которого соединен с входом антенны 12. На абонентской станции (АС) содержатся последовательно соединенные приемная антенна 1, приемник 2, выход которого соединен с двумя цепочками, каждая из которых содержит фильтр 24 и демодулятор 3, причем выход одного из демодуляторов 3 соединен с ключом 25 непосредственно, другой через устройство выделения сигнала "сброс" 26. Выход ключа 25 соединен с входом получателя сообщений 4. На ретрансляторе содержатся последовательно соединенные приемная антенна 13, приемник 14, выход приемника 14 соединен с двумя цепочками, каждая из которых содержит последовательно соединенные фильтр 15, демодулятор 17. Первый демодулятор 17₁ соединен с накопителем повторов 18, второй демодулятор 17₂ соединен с вторым входом накопителя повторов 18 через устройство выделения сигнала "сброс" 21 и элемент задержки 28. Выход накопителя повторов 18 соединен с модулятором 22₁, который через передатчик 19₁ соединен с входом согласующего устройства 23. С вторым входом согласующего устройства 23 соединен передатчик 19₂, который через модулятор 22₂ соединен с выходом демодулятора 17₂. 5 ил.

Система спутниковой связи, содержащая на центральной станции последовательно соединенные приемную антенну, приемник, демодулятор, последовательно соединенные источник сообщения, модулятор, передатчик, а также передающую антенну, на абонентской станции - последовательно соединенные приемную антенну, приемник, а также демодулятор и получатель информации, на ретрансляторе - последовательно соединенные приемную антенну, приемник, фильтр, первый демодулятор, а также передатчик, передающую антенну, второй фильтр, соединенные с выходом приемника, отличающаяся тем, что на центральной станции введены последовательно соединенные блок оценки качества канала, формирователь сигнала "Сброс", второй модулятор, второй передатчик, согласующее устройство, второй вход которого соединен с выходом первого передатчика, а выход - с входом передающей антенны, первый вход блока оценки качества канала соединен с выходом демодулятора, второй вход - с выходом источника сообщений, вход источника сообщений - с выходом блока оценки качества, на абонентской станции введены первый и второй фильтры, входы которых объединены и соединены с выходом приемника, последовательно соединенные второй демодулятор, вход которого соединен с выходом второго фильтра, устройство выделения сигнала "Сброс", ключ, присоединенный между выходом первого демодулятора и входом получателя информации, вход первого демодулятора соединен с выходом первого фильтра, на ретрансляторе введены последовательно соединенные второй демодулятор, устройство выделения сигнала "Сброс", накопитель повторов, первый модулятор, выход которого соединен с входом первого передатчика, а также последовательно соединенные второй модулятор, выход которого соединен с входом первого передатчика, а также последовательно соединенные второй модулятор, вход которого соединен с выходом второго демодулятора, второй передатчик, согласующее устройство, второй вход которого соединен с выходом первого передатчика, а выход - с входом передающей антенны, вход накопителя повторов соединен с выходом первого демодулятора.