ПРИЕМНО-ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК H04B7/00 H03C3/00 

Устройство относится к области радиотехники и может быть использовано преимущественно в обратных дуплексных радиоканалах управления и пакетных радиосетях оперативнокомандной связи в позиционных районах при воздействии различных помех в том числе и внутрисистемных.

Известны системы радиосвязи с шумоподобными сигналами, которые служат для передачи дискретной информации. Основным недостатком этих систем является низкая помехоустойчивость в условиях воздействия помех с сосредоточенным спектром. Этот недостаток обусловлен неоптимальностью алгоритма обработки сигнала по отношению к таким помехам.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является "Аппаратура для подачи и приема дискретной информации. Блок - схема содержит устройства-прототипа содержит (фиг.1):
1 - генератор несущей и тактовой частот /ГНТЧ/;
2, 12 - формирователь ортогональной псевдослучайной синхропоследовательности /ФОПСП/;
3, 13 - блок фазирования;
4 - генератор псевдослучайной последовательности к /ГПСП/;
5, 8, 11, 15 - умножители;
6 - фазовращатель на 90^o;
7 - фазовый манипулятор на 0-180^o;
9 - схема сложения;
10 - блок синхронизации;
14 - генератор опорной пневдослучайной последовательности /ГОПСП/;
16, 18 - полосовые фильтры;
17 - фазовый детектор.

Широкополосные система радиосвязи, широкое распространение получили в командных радиолиниях, к которым помимо минимального времени синхронизации, высокой помехозащищенности к флуктуационным и сосредоточенным помехам предъявляются высокие требования по защищенности от имитационных помех и по снижению вероятности вхождения противника в командную радиоволну с первой попытки. Этим требованиям не отвечает устройство - прототип, что является его недостатком.

Целью приемопередающего устройства широкополосных сигналов является повышение помехоустойчивости в условиях воздействия структурных помех.

На фиг.2 приведена блок-схема приемо-передающего устройства, где введены обозначения:
На передающей стороне:
1 - генератор несущей и тактовых частот /ГНТЧ/;
2 - формирователь псевдослучайной синхропоследовательности /ФОПСП/;
3 - блок фазирования;
4 - генератор псевдослучайной последовательности /ГПСП/;
5, 8 - умножители;
6 - фазовращатель на 90^o;
7 - фазовый манипулятор на 0-180^o;
9 - схема сложения;
19 - сумматор по модулю два;
20 - дополнительный Д ГССП;
21, 22 - первый и второй временные спектры;
23 - регистр сдвига;
24 - сумматор.

На приемной стороне:
10 - блок синхронизации;
11, 15 - первый и второй умножители;
12 - формирователь ортогональной псевдослучайной синхропоследовательности /ФОПСП/;
13 - блок фазирования;
14 - генератор опорной ПСП /ГОПСП/;
16, 18 - первый и второй полосовые фильтры;
17 - фазовый детектор;
25-26 - первый и второй временные селекторы;
27 - регистр сдвига;
28 - элемент задержки;
29 - перемножитель;
30 - анализатор дополнительный ПСП;
31 - знаковый перемножитель;
32 - дополнительный генератор ПСП;
33 - сумматор;
34 - ключ.

Устройство имеет следующие функциональные связи.

На передающей стороне - информация подается одновременно на входы первого временного селектора 21 и сумматора по модулю два 19, второй вход которого подключен к выходу дополнительного генератора 22, выход - к входу второго временного селектора 22, выходы первого 21 и второго 22 временных селекторов соединены с входами сумматора 24, выход которого соединен с информационным входом фазового манипулятора 7, а вторые входы этих временных селекторов соединены с выходами регистра сдвига 23, один выход ГНТЧ1 соединен с двумя тактируемыми входами регистра сдвига 23, второй выход - с первым входом схемы сложения 9 через ФОПСП2 и умножитель 5 и с вторым входом схемы сложения 9 через ГПСПЧ и умножитель 8. Третий выход ГНТЧ1 соединен с вторым входом умножителя 5 через фазовращатель на 90^o 6 и с вторым входом умножителя 8 через фазовый манипулятор 7, четвертый выход ГНТЧ1 соединен с тактируемыми входом регистра сдвига 23. Выходы блока фазирования 3 подключены к вторым входам ФОПСП2 и ГПСП4.

На приемной стороне - принятый сигнал подается на блок синхронизации 10, на первый вход фазового детектора 17 через умножитель 11 и полосовой фильтр 16 и на второй вход фазового детектора 17 через умножитель 15 и полосовой фильтр 18.

Первый выход блока синхронизации 10 соединен с тактируемым входом регистра сдвига 27, второй выход блока синхронизации 10 соединен с тактируемыми входами дополнительного генератора ПСП32 и регистра сдвига 27, а третий выход - с выходами ФОПСП12 и ГОПСП14.

Вторые входы ФОПСП12 и ГОПСП14 соединены с выходами блока фазирования 13, а выходы - с вторыми входами соответствующих умножителей 11 и 15. Выход фазового детектора 17 соединен с входами первого 25 и второго 26 временных селекторов, вторые входы которых подключены к выходам регистра сдвига 27, вход ГПСП32 которого соединен с управляющим входом ключа 34 и через анализатор 30 с выходом перемножителя 29 первый вход которого через элемент задержки 28 соединен с первым временным селектором 25 и с первым входом сумматора 33, а в второй вход - с выходом второго временного селектора 26 и первым входом знакового перемножителя 31, второй вход которого подключен к выходу дополнительного ГПСП32, а выход - с вторым входом сумматора 33, выход которого соединен с входом ключа 34, выход которого является выходом приемника.

Устройство работает следующим образом. На передающей стороне ГНТЧ1 формирует синусоидальное напряжение несущей частоты и три последовательности импульсов, одна из которых задает тактовую частоту ПСП, вырабатываемых ФОПСП2 и ГПСП4, вторая последовательность импульсов имеет частоту следования, равную частоте следования информационных символов /скорости передачи информации/, а частота следования импульсов третьей последовательности вдвое превышает частоту следования информационных символов. Информационные символы, подлежащие передаче, поступают на вход временного селектора 21 и на вход сумматора по модулю два 19, на второй вход которого поступают элементы ПСП, генерируемой дополнительным ГПСП 20, который тактируется импульсами с частотой, равной частоте следования информационных символов. С выхода сумматора по модулю два 19 элементы суммарной последовательности поступают на вход второго временного селектора 22. Работой временных селекторов 21 и 22 управляет регистр сдвига 23, на синхронизирующий вход которого поступают импульсы с выхода ГНТЧ1 с частотой следования, вдвое превышающей скорость передачи информации, а на вход установки регистра 23 в начальное состояние поступает последовательность импульсов с частотой, равной скорости передачи информации. При этом подразумевается, что поступление информационных импульсов синхронно во времени с фазой импульсов, поступающих с выходов ГНТЧ1. Регистр сдвига 23 последовательно формирует на своих выходах импульсы, которые подаются на управляющие входы соответствующих временных селекторов 21 и 22, которые пропускают сигналы на вход сумматора 24 только в момент подачи импульса с выхода регистра 23. Таким образом, на выходе сумматора 24 образуется последовательность символов, следующих с частотой, вдвое превышающей частоту поступления информационных символов. Каждый нечетный элемент этой последовательности представляет собой соответствующий информационный символ, а каждый четный элемент является суммой по модулю два этого информационного символа с соответствующим элементом ПСП, вырабатываемой дополнительным генератором ПСП 20. Период повторения этой ПСП /ее длительность или число элементов/, определяется требованиями по помехоустойчивости к структурным помехам и допустимой сложностью анализатора этой ПСП на приемной стороне. С выхода сумматора 24 последовательность символов с частотой, вдвое превышающей частоту поступления информационных символов на вход устройства, подается на фазовый манипулятор 7, на второй вход которого поступает сигнал несущей частоты с выхода ГНТЧ1. В фазовом манипуляторе 7 осуществляется фазовая манипуляция колебаний несущей частоты на 0-180^o в соответствии со значениями символов, поступающих в фазовый манипулятор 7 с выхода сумматора 24. С выхода фазового манипулятора 7, манипулированный по фазе сигнал несущей поступает на вход умножителя 8, на второй вход которого подается ПСП с выхода ГПСП4. На выходе умножителя 8 образуется фазоманипулированный сигнал, проманипулированный по фазе на 0-180^o как элементами ПСП, так и элементами последовательности символов, поступающих с выхода сумматора 24, который поступает на второй вход сумматора 9. Сигнал несущей частоты с третьего выхода ГНТ41 подается также через фазовращатель 6 на 90^o на второй вход умножителя 5, на первый вход которого поступает ПСП с выхода ФОПСП2, которая ортогональна ПСП, вырабатываемой ГПСП4. С выхода умножителя 5 проманипулированный по фазе на 0-180^o элементами синхропоследовательности сигнал несущей частоты, который также сдвинут по фазе на 90^o относительно фазы несущей частоты в информационном канале, поступает на первый вход сумматора 9. ГПСП4 и ФОПСП2 тактируются импульсами, поступающими с второго выхода ГНТЧ1. Синфазная работа обоих генераторов ПСП обеспечивается блоком фазирования 3, который также обеспечивает синхронность запуска этих генераторов с моментами поступления информационных символов на вход устройства. На выходе сумматора 9 образуется четырехфазный псевдослучайный сигнал, который передается по каналу связи.

В приемнике этот сигнал поступает на синхронизатор 10 и умножители 11 и 15. Блок синхронизации 10 осуществляет обнаружение и поиск по задержке принимаемого сигнала, синхронизацию опорных последовательностей, формируемых ФОРСП12 и ГОПСП14 с аналогичными последовательностями, формируемыми на передающей стороне ФОПСП2 и ГПСП4 и вырабатывает тактовые импульсы, следующие с частотой, равной скорости передачи информации /т.е. с периодом повторения, равным длительности синхросигнала/ и последовательность тактовых импульсов с частотой вдвое большей. После захвата входного сигнала блоком 10 опорная последовательность с выхода ФОПСП12 поступает на второй вход умножителя 11, а опорная последовательность с выхода ГОПСП14 - на второй вход умножителя 15. Сигналы с выходов умножителей 11 и 15 подаются через полосовые фильтры 16 и 18 на входы фазового детектора 17. При этом на выходе полосового фильтра 16 выделяется колебание несущей частоты, а на выходе полосового фильтра 18 то же колебание, но проманипулированное по фазе элементами последовательности, поступающей на передающей стороне на фазовый манипулятор 7 и сдвинутое по фазе на 90^o. В фазовом детекторе 17 эти колебания приводятся к одной фазе и происходит выделение информационной разности фаз между синхросигналом и информационным сигналом, т.е. осуществляется когерентная демодуляция в информационном канале. Демодулированные сигналы с выхода фазового детектора 17 поступает на входы первого 25 и второго 26 временных селекторов. Работой временных селекторов 25, 26 управляет регистр сдвига 27, на синхронизирующий вход которого поступают импульсы с выхода блока синхронизации 10 с периодом, равным половине длительности синхросигнала, а на вход установки регистра 27 в начальное состояние поступает последовательность импульсов с периодом, вдвое большим. Регистр сдвига 27 последовательно формирует на своих выходах импульсы длительностью, равной половине длительности синхросигнала и периодом повторения равным длительности синхросигнала, т.е. "меандр", на каждом из выходов сдвинут по фазе на половине периода. Временные селекторы 25 и 26 пропускают сигналы с выхода регистра 27. Поскольку каждый из информационных символов передавался в течение длительности первой половины синхросигнала без изменений, а в течение второй половины будучи просуммированным с соответствующим элементом ПСП, формируемой дополнительным ГПСП20, то на выходе первого временного селектора 25 выделяется информационный импульс, а на выходе второго временного селектора 26 - результаты наложения на информационный символ элемента дополнительной ПСП. Для сокращения во времени выходных напряжений временных селекторов 25 и 26, сигнал с выхода первого временного селектора 25 задерживается в элементе задержки 28 на время равное половине длительности синхросигнала. Сигнал с выхода элемента задержки 28 непосредственно, а с выхода второго временного селектора 26 - через знаковый перемножитель 31 поступают на сумматор 33. Одновременно эти же сигналы подаются на перемножитель 29. Если блок синхронизации 10 произвел правильное обнаружение сигнала своего передатчика, то на выходе перемножителя 29 выделяется ПСП идентичная ПСП, формируемой на передающей стороне генератором дополнительной ПСП20. С выхода перемножителя 29 выделяемая ПСП поступает на вход анализатора дополнительной ПСП30, который анализирует поступающую последовательность на передатчике дополнительным генератором ПСП20. При опознании этой последовательности как дополнительной, т.е. принадлежащей своему передатчику, анализатор 30 формирует импульс опознания этой последовательности, который фазирует дополнительный генератор ПСП32, на тактовый вход которого поступает тактовые импульсы с блока синхронизации 10 с частотой, равной скорости передачи информации. С выхода дополнительного генератора ПСП32 дополнительная ПСП поступает на второй вход знакового перемножителя 31, на выходе которого выделяются напряжения, соответствующие истинным значениям информационных символов, т.е. осуществляется "снятие" наложенных на информационные символы на передатчике элементов дополнительной ПСП. Выходные напряжения знакового перемножителя 31 и элемента задержки 28 складываются в сумматоре 33, на выходе которого выделяются информационные символы, поступающие в свою очередь на ключ 34. Ключ 34 открывается импульсом опознания дополнительной ПСП, который вырабатывается анализатором дополнительной ПСП30, и пропускает выделяемую информацию на выход устройства.

В случае ложного обнаружения и синхронизации, которые могут произойти в блоке синхронизации 10 под воздействием например мощных структурных помех, как внутрисистемных, так и преднамеренных, на выходе перемножителя 29 выделяется некоторая случайная последовательность символов, которая не опознается в анализаторе дополнительной ПСП30. При этом импульс опознания на выходе анализатора ПСП30 не формируется, ключ 34 не открывается и информация на выход устройства не проходит, что свидетельствует о ложном обнаружении и захвате сигнала в блоке синхронизации 10 и о необходимости осуществления повторного цикла обнаружения.

Таким образом, в устройстве передаваемая информация снабжена признаком в виде структуры дополнительной ПСП, который позволяет идентифицировать принадлежность принимаемых сигналов, передаваемых "своим" передатчиком и отсеять все "чужие" сигналы. Введение данного признака не ухудшает помехоустойчивости предполагаемого устройства по отношению к помехам других типов, таких как шумовые узкополосные, импульсные и т.д. Это обусловлено тем, что в данном устройстве осуществляется линейное сложение элементов сигнала, относящихся к одному информационному символу, которые получены в результате когерентной демодуляции, т.е. как и в известном устройстве реализовано когерентное накопление сигнала.

В обычных широкополосных системах связи с когерентными сигналами очень остро стоит проблема "близкий-далекий", т.е. проблема приема слабого сигнала своего передатчика в присутствии мощного сигнала близкорасположенного передатчика, использующего тот же класс сигналов. В этом случае приемник захватит с вероятностью, близкой к единице сигнал "чужого" передатчика и будет выделять информацию, передаваемую этим передатчиком. Это произойдет, если мощность сигнала постороннего передатчика будет превышать мощность сигнала, своего передатчика с /в месте приема/ примерно в число раз, равное базе используемых сигналов. В устройстве прием информации от постороннего передатчика с любым уровнем мощности поперек практически невозможен, т.к. идентификация сигналов производится не только по уровню взаимной корреляции приходящих и опорных сигналов, но и на логическом уровне за счет анализа введенного признака - структуры дополнительной ПСП.

Использование: в радиотехнике, преимущественно в обратных дуплексных радиоканалах управления и пакетных радиосетях оперативно-командной связи в позиционных районах при воздействии различных помех, в том числе и внутрисистемных. Сущность изобретения: приемно-передающее устройство широкополосных сигналов содержит на передающей стороне генератор 1 ГНГЧ, формирователь 2 ПСП, блок фазирования 3, генератор 4 ГПСП, два умножителя 5 и 8, фазовращатель на 90^o 6. Фазовый манипулятор на 0-180^o 7, схему сложения 9, сумматор 19 по модулю два, дополнительный ГПСП 20, первый и второй временные спектры 21 и 22, регистр сдвига 23, сумматор 24. На приемной стороне устройство содержит блок синхронизации 10, первый и второй умножители 11 и 15, формирователь 12 ПСП, блок фазирования 13, генератор 14 ОПСП, первый и второй полосовые фильтры 16 и 18, фазовый детектор 17, первый и второй временные селекторы 25 и 26, регистр сдвига 27, элемент задержки 28, перемножитель 29, анализатор 30 дополнительной ПСП, знаковый перемножитель 31, дополнительный генератор ПСП 32, сумматор 33, ключ 34. Цель - повышение помехоустойчивости в условиях воздействия структурных помех. В устройстве прием информации от постороннего передатчика с любым уровнем мощности практически невозможен, т. к. идентификация сигналов производится не только по уровню взаимной корреляции приходящих и опорных сигналов, но и на логическом уровне за счет анализа введенного признака - структуры дополнительной ПСП. 2 ил.

Приемно-передающее устройство дискретных сигналов, содержащее на передающей стороне генератор несущей и тактовых частот (НТЧ), первый выход которого соединен с первым входом блока сложения через последовательно соединенные формирователь ортогональной псевдослучайной синхропоследовательности (ОПССР) и первый умножитель и с вторым входом блока сложения через последовательно соединенные генератор псевдослучайной последовательности (ПСП) и второй умножитель, а второй выход генератора НТЧ соединен с вторым входом первого умножителя через фазовращатель на 90^o и с вторым входом второго умножителя через фазовый манипулятор, а выходы блока фазирования соединены соответственно с управляющими входами формирователя ОПССП и генератора ПСП, а на приемной стороне - блок синхронизации, сигнальный вход которого соединен с первым входом фазового детектора через последовательно соединенные первый умножитель и первый полосовой фильтр, а с вторым входом фазового детектора - через последовательно соединенные второй умножитель и второй полосовой фильтр, а выход блока синхронизации соединен с первыми входами формирователя ОПССП и генератора ПСП, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами блока фазирования, а выходы формирователя ОПССП и генератора ПСП соединены соответственно с вторыми входами первого и второго умножителей, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости в условиях воздействия структурных помех, на передающей стороне введены первый и второй временные селекторы, сумматор по модулю два, дополнительный генератор ПСП, регистр сдвига и сумматор, при этом выходы разрядов регистра сдвига соединены соответственно с первыми входами первого и второго временных селекторов, выходы которых через сумматор соединены с другим входом фазового манипулятора, первый дополнительный выход генератора НТЧ соединен с входом дополнительного генератора ПСП и с входом регистра сдвига, тактовый вход которого соединен с соответствующим выходом генератора НТЧ, причем выход дополнительного генератора ПСП соединен с входом первого временного селектора через сумматор по модулю два, другой вход которого соединен с входом второго временного селектора и является информационным входом устройства, а на приемной стороне введены первый и второй временные селекторы, регистр сдвига, анализатор ПСП, элемент задержки, перемножитель, сумматор, знаковый перемножитель и ключ, при этом выход фазового детектора соединен с первыми входами первого и второго временных селекторов, вторые входы которых соединены соответственно с выходами регистра сдвига, тактовый вход которого и тактовый вход дополнительного генератора ПСП соединены с вторым выходом блока синхронизации, выход первого временного селектора через элемент задержки соединен с первыми входами перемножителя и сумматора, а выход второго временного селектора соединен с вторым входом перемножителя и через знаковый перемножитель с вторым входом сумматора, выход которого соединен с входом ключа, управляющий вход которого соединен с входом дополнительного генератора ПСП и с выходом анализатора ПСП, вход которого соединен с выходом перемножителя, выход дополнительного генератора соединен с вторым входом знакового перемножителя, третий выход блока синхронизации соединен с входом регистра сдвига, а выход ключа является выходом устройства.