ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ С ЧАСТИЧНО-МАНИПУЛИРОВАННЫМИ ШУМОПОДОБНЫМИ СИГНАЛАМИ Российский патент 2000 года по МПК H04B7/22 

Устройство относится к области передачи дискретной информации и может быть использовано в радиоканалах для осуществления передачи информации при связи с движущимися объектами, а также в обратных дуплексах радиоканалах управления и пакетных радиосетях оперативно-командной связи в позиционных районах.

Известны системы радиосвязи с шумоподобными сигналами, например, по а.с. 651492, которое служит для передачи дискретной информации.

Основным недостатком этой системы является низкая помехоустойчивость в условиях воздействия помех с сосредоточенным спектром, который обусловлен неоптимальностью алгоритма обработки сигнала по отношению к таким помехам.

Известна также широкополосная система связи с шумоподобным сигналом (ШПС) (см. Л.Е.Варакин. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, с. 16, рис. 1.7), предназначенная для передачи дискретных сообщений.

Так как в данное устройство входит согласованный фильтр, то с помощью этого устройства практически возможен только некогерентный прием ортогональных сигналов, что приводит к недостаточной помехоустойчивости информации, поскольку более высокая помехоустойчивость обеспечивается при когерентном приеме и использовании противоположных сигналов.

Кроме того, практическая реализация согласованного фильтра при больших базах сигнала представляет собой сложную техническую задачу.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является "Линия радиосвязи с частотно-манипулированным широкополосным сигналом", функциональная схема которой приведена в книге Л.Е.Варакин Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, с. 19, рис. 1.11, взятая за прототип.

Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где введены следующие обозначения.

1 - источник информации;
2 - первый модулятор;
3 - второй модулятор;
4 - усилитель мощности;
5 - передающая антенна;
6 - генератор кодовой последовательности передатчика;
7 - частотный манипулятор передатчика;
8 - генератор несущих частот;
9 - генератор сетки частот;
10 - синхронизатор передатчика;
11 - приемная антенна;
12 - первый смеситель;
13 - первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ);
14 - второй смеситель;
15 - второй УПЧ;
16 - согласованный фильтр;
17 - решающий блок;
18 - получатель информации;
19 - гетеродин;
20 - генератор кодовой последовательности приемника;
21 - частотный манипулятор приемника;
22 - генератор сетки частот приемника;
23 - синхронизатор приемника.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи. Передающее устройство: последовательно соединенные источник информации 1, первый модулятор 2, второй модулятор 3 и усилитель мощности 4, выход которого соединен с передающей антенной 5. Генератор кодовой последовательности 6, вход которого соединен с одним из выходов синхронизатора 10, а выход присоединен к одному из входов частотного манипулятора 7, выход которого соединен со вторым входом первого модулятора 2, второй выход синхронизатора 10 присоединен ко входу генератора сетки частот 9, один из выходов которого через генератор несущих частот 8 соединен со вторым входом второго модулятора 3, второй выход генератора сетки частот шиной соединен с другим входом частотного манипулятора 7. Приемное устройство: последовательно соединенные первый смеситель 12, первый усилитель промежуточной частоты (УПС) 13, второй смеситель 14, второй УПЧ 15, согласованный фильтр 16, решающий блок 17 и получатель информации 18. Ко входу первого смесителя 12 присоединена приемная антенна 11. Гетеродин 19, вход которого соединен с первым выходом синхронизатора 23, а выход гетеродина 19 присоединен ко второму входу первого смесителя 12, второй выход синхронизатора 23 соединен со входом генератора кодовой последовательности 20, выход которого присоединен к одному из входов частотного манипулятора 21, выход которого соединен со вторым входом второго смесителя 14, другие входы частотного манипулятора 21 шиной соединены с выходами генератора сетки частот 22, вход которого присоединен к третьему выходу синхронизатора 23, четвертый выход которого соединен со вторым входом решающего блока 17, а выход согласованного фильтра 16, кроме того, соединен со входом синхронизатора 23.

Работает устройство-прототип следующим образом.

В передатчике от источника информации 1 последовательность двоичных единиц 1 и 0 поступает на вход первого модулятора 2, где производится модуляция частотно-манипулированным шумоподобным сигналом (ЧМ ШПС) дискретным сообщением. ЧМ ШПС представляет собой сигнал, состоящий из M импульсов, несущие частоты которых принимают одно из возможных значений от f₀ до f₀ + (M - 1)/T с интервалом между соседними значениями Всего используется М частот и ни одна из них не применяется дважды в одном ШПС. База такого сигнала B ≈ M². ЧМ ШПС формируется с помощью частотного манипулятора 7, у которого на один вход через шину (широкая стрелка) подаются M частот от генератора сетки частот 9. На другой вход подается кодовая последовательность от генератора кодовой последовательности ЧМ ШПС 6, (ЧМ) определяющая порядок изменения частот в ЧМ ШПС. Во втором модуляторе 3 с помощью генератора несущих частот 8 производится перенос ЧМ ШПС на несущую частоту. Затем усиленный по мощности в усилителе мощности 4 сигнал через антенну 5 излучается в пространство. Работой генератора кодовой последовательности 6, генератором сетки частот 9 и генератора несущих частот 8 управляет синхронизатор 10, который вырабатывает необходимые частоты и управляющие сигналы.

В приемнике принятый приемной антенной 11 сигнал поступает на первый смеситель 12, где с помощью гетеродина 19 переносится на промежуточную частоту и после усиления в УПЧ 13 поступает на второй смеситель 14, в котором производится перенос всех частот сигнала на вторую промежуточную частоту с помощью опорного ЧМ ШПС, поступающего от частотного манипулятора 21. Опорный ЧМ ШПС формируется аналогично формированию в передатчике.

Во втором усилителе промежуточной частоты 15 сигнал усиливается до необходимой величины и с его выхода этот сигнал длительностью Т, не имеющий частотной манипуляции, поступает на согласованный фильтр 16, где производится оптимальная обработка. Сигнал с выхода согласованного фильтра 16 поступает на синхронизатор 23 и решающий блок 17. Синхронизатор 23 осуществляет поиск сигнала по частоте и по времени, накапливает сигнал для увеличения надежности синхронизации, управляет режимом работы решающего блока 17, генератора сетки частот 22 и генератором кодовой последовательности 20. Для поиска сигнала по частоте синхронизатор 23 перестраивает гетеродин 19.

По окончании поиска и вхождения в синхронизм на выходе решающего блока 17 появляется информационная последовательность в виде двоичных символов, которые передаются получателю информации 18.

Для передачи все возрастающего объема информации необходимо увеличивать скорость передачи или число радиоканалов, что в том и другом случаях приводит к расширению полосы радиочастот. А как известно в настоящее время диапазон радиочастот, начиная с самых низких - ОНЧ и кончая самыми высокими - СВЧ весьма перегружен.

Недостатком устройства-прототипа является недостаточный объем передаваемой информации.

Предлагаемое устройство в некоторой степени разрешает эту проблему, то есть позволяет увеличить объем передаваемой информации.

Для увеличения объема передаваемой информации в устройство, содержащее на передающей стороне: последовательно соединенные первый источник информации, первый модулятор, второй модулятор, усилитель мощности, выход которого соединен с передающей антенной, синхронизатор, один из выходов которого соединен со входом первого генератора кодовой последовательности, а второй выход синхронизатора соединен со входом генератора сетки частот, один из выходов которого шиной соединен с одним из входов частотного манипулятора, выход которого присоединен ко второму входу первого модулятора, а второй выход генератора сетки частот через генератор несущих частот соединен со вторым входом второго модулятора; на приемной стороне: приемная антенна присоединена к одному из входом первого смесителя, выход которого через первый усилитель промежуточной частоты соединен со входом второго смесителя, последовательно соединенные второй усилитель промежуточной частоты, согласованный фильтр, решающий блок и первый получатель информации, второй вход первого смесителя соединен с выходом гетеродина, вход которого присоединен к одному из выходов синхронизатора, генератор сетки частот, вход которого соединен с соответствующим выходом синхронизатора, а выход генератора сетки частот шиной соединен со входом первого частотного манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора кодовой последовательности, вход которого соединен с соответствующим выходом синхронизатора, вход которого соединен с выходом согласованного фильтра, а второй вход решающего блока присоединен к соответствующему выходу синхронизатора, введены на передающей стороне: второй источник информации, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, другие два входа которого соединены соответственно с выходами первого и второго генераторов кодовой последовательности, входы которых соединены между собой, и выход электронного ключа соединен со вторым входом частотного манипулятора; на приемной стороне: третий смеситель, один из входов которого соединен со входом второго смесителя, а выход через второй пороговый блок соединен со вторыми входами блока ИЛИ второго получателя информации, первые входы которых соединены с выходом первого порогового блока, вход которого присоединен с выходу второго смесителя, а выход блока ИЛИ соединен со входом второго УПЧ, второй генератор кодовой последовательности, вход которого соединен со входом первого генератора кодовой последовательности, а выход присоединен к одному из входов второго частотного манипулятора, второй вход которого шиной соединен со входом первого частотного манипулятора, а выход частотного манипулятора соединен со вторым входом третьего смесителя.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены обозначения.

Передающее устройство.

1, 25 - первый и второй источники информации соответственно;
2, 3 - первый и второй модуляторы соответственно;
4 - усилитель мощности;
5 - передающая антенна;
6₁, 6₂ - первый и второй генератор кодовой последовательности;
7 - частотный манипулятор;
8 - генератор несущих частот;
9 - генератор сетки частот;
10 - синхронизатор;
24 - электронный ключ;
Приемное устройство.

11 - приемная антенна;
12 - первый смеситель;
13 - первый УПЧ;
14₁, 14₂ - второй и третий смесители соответственно;
15 - второй УПЧ;
16 - согласованный фильтр;
17 - решающий блок;
18, 29 - первый и второй получатели информации;
19 - гетеродин;
20₁, 20₂ - первый и второй генератор кодовой последовательности;
21₁, 21₂ - первый и второй частотные манипуляторы;
22 - генератор сетки частот;
23 - синхронизатор;
26, 27 - первый и второй пороговый блок;
28 - блок ИЛИ.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи.

Передающее устройство - последовательно соединенные первый источник информации 1, первый модулятор 2, второй модулятор 3, усилитель мощности 4, выход которого соединен с передающей антенной 5, первый 6₁, и второй 6₂ генераторы кодовой последовательности, выходы которых соединены между собой и с одним их выходов синхронизатора 10, а выходы присоединены соответственно к двум сигнальным входам электронного ключа 24, а управляемый вход ключа 24 присоединен к выходу второго источника информации 25, выход ключа 24 соединен с одним из входов частотного манипулятора 7, выход которого присоединен ко второму входу первого модулятора 2, второй выход синхронизатора 10, соединен со входом генератора сетки частот 9, один из выходов которого через генератор несущих частот 8 соединен со вторым входом второго модулятора, а второй выход генератора сетки частот 9 шиной соединен со вторым входом частотного манипулятора 7.

Приемное устройство - последовательно соединенные первый смеситель 12, первый УПЧ 13, второй смеситель 14₁, первый пороговый блок 26, блок ИЛИ 28, второй УПЧ 15, согласованный фильтр 16, решающий блок 17 и первый получатель информации 18, приемная антенна 11 присоединена к одному из входов первого смесителя 12, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 19, первый 20₁ и второй 20₂ генераторы кодовых последовательностей, входы которых соединены между собой и с одним из выходов синхронизатора 23, выход первого 20₁ генератора кодовой последовательности через первый 21₁ частотный манипулятор соединен со вторым входом второго смесителя 14₁, а выход второго 20₂ генератора кодовой последовательности через второй 21₂ частотный манипулятор соединен со вторым входом третьего смесителя 14₂ первый вход которого соединен со входом второго смесителя 14₁, выход третьего смесителя через второй пороговый блок 27 соединен со вторыми входами блока ИЛИ 28 и второго получателя информации 29, первый вход которого соединен с выходом первого порогового блока 26, входы первого 21₁ и второго 21₂ частотных манипуляторов соединены шиной между собой и с выходом генератора сетки частот 22, вход которой присоединен к одному из выходов синхронизатора 23, вход синхронизатора 23 соединен с сигнальным входом решающего блока 17, синхронизирующий вход которого соединен с соответствующим выходом синхронизатора 23.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. В передатчике от источника информации 1 последовательность двоичных единиц 1 и 0 поступает на вход первого модулятора 2, где производится модуляция частотно-манипулированным шумоподобным сигналом (ЧМ ШПС) дискретным сообщением.

ЧМ ШПС представляет собой сигнал, состоящий из М импульсов, несущие частоты которых принимают одно из возможных значений от f₀ до f₀ + (M-1)/T с интервалом между соседними значениями Всего используется M частот и ни одна из них не принимается дважды в одном ШПС. База такого сигнала B ≈ M² ЧМ ШПС формируется с помощью частотного манипулятора 7, у которого на один вход через шину (широкая стрелка) подается M частот генератора сетки частот 9. На другой вход частотного манипулятора подаются кодовые последовательности от генераторов кодовой последовательности 6₁ и 6₂, которые коммутируются ключом 24, на управляющий вход которого поступает последовательность двоичных единиц 1 и 0 от второго источника информации 25. Эти кодовые последовательности определяют порядок изменения частот в ЧМ ШПС 7. Во втором модуляторе 3 с помощью генератора несущих частот 8 производится перенос ЧМ ШПС на несущую частоту. Затем усиленный по мощности в усилителе мощности 4 сигнал через антенну 5 излучается в пространство. Работой генераторов кодовых последовательностей 6₁, 6₂, генератора сетки частот 9 и генератора несущих частот 8 управляет синхронизатор 10, который вырабатывает необходимые частоты и управляющие сигналы.

В приемнике принятый на приемную антенну 11 сигнал поступает на первый смеситель 12, где с помощью гетеродина 19 переносится на промежуточную частоту и после усиления в УПЧ 13 поступает на входы второго 14₁ и третьего 14₂ смесителей, в которых производится перенос всех частот сигнала на вторую промежуточную частоту с помощью опорных ЧМ ШПС, поступающих соответственно от частотных манипуляторов 21₁ и 21₂. На первые входы частотных манипуляторов 21₁, 21₂ поступают M частот от генератора сетки частот 22, а на вторые входы манипуляторов подаются кодовые последовательности соответственно с генераторов кодовой последовательности 20₁ и 20₂.

Причем кодовая последовательность генератора 20₁ должна соответствовать кодовой последовательности генератора 6₁ передатчика, а кодовая последовательность генератора 20₂ должна соответствовать кодовой последовательности генератора 6₂ датчика.

Опорная ЧМ ШПС с фазового манипулятора 21₁ подается на второй смеситель 14₁, а опорная ЧМ ШПС с фазового манипулятора 21₂ подается на третий смеситель 14₂. В результате на выходах смесителей 14₁ и 14₂ сигнал приводится к единой второй промежуточной частоте, со снятой частотной манипуляцией. С выходов смесителей 14₁ и 14₂ через пороговые блоки 26 и 27 соответственно сигнал подается второму получателю информации 29. С выходов пороговых блоков 26 и 27 сигнал, кроме того, поступает на блок ИЛИ 28, с выхода которого затем подается на второй УПЧ 15, где усиливается до необходимой величины и с его выхода. Этот сигнал длительностью Т, не имеющий частотной манипуляции поступает на согласованный фильтр 16, где производится оптимальная обработка. С выхода согласованного фильтра 16, сигнал поступает на синхронизатор 23 и решающее устройство 17. Синхронизатор 23 осуществляет поиск сигнала по частоте и по времени, накапливает сигнал для увеличения надежности синхронизации, управляет режимом работы решающего устройства 17, генератора сетки частот 22 и генераторами кодовых последовательностей 20₁ и 20₂. Для поиска сигнала по частоте синхронизатор 23 перестраивает гетеродин 19.

После окончания поиска и вхождения в синхронизм на выходе решающего устройства 17 появляется информационная последовательность в виде двоичных символов, которые передаются первому получателю информации 18.

Устройство относится к области передачи дискретной информации и может быть использовано в радиоканалах для осуществления передачи информации при связи с движущимися объектами, а также в обратных дуплексных радиоканалах управления и пакетных радиосетях оперативно-командной связи в позиционных районах. Предлагаемое устройство содержит на передающей стороне первый источник информации, первый и второй модуляторы, усилитель мощности, синхронизатор, генератор сетки частот, генератор кодовой последовательности, частотный манипулятор и генератор несущих частот; на приемной стороне - первый и второй смесители, гетеродин, первый и второй УПЧ, первый генератор кодовой последовательности, первый частотный манипулятор, синхронизатор, генератор сетки частот, согласованный фильтр, решающее устройство и первый получатель информации. Введение на передающей стороне второго генератора кодовой последовательности и ключа; на приемной стороне второго генератора кодовой последовательности, второго частотного манипулятора, третьего смесителя, первого и второго пороговых устройств позволило вдвое увеличить объем передаваемой информации, что является техническим результатом. 2 ил.

Линия радиосвязи с частотно-манипулированными шумоподобными сигналами, содержащая на передающей стороне последовательно соединенные первый источник информации, первый модулятор, второй модулятор и усилитель мощности, выход которого соединен с передающей антенной, синхронизатор, один из выходов которого соединен с входом первого генератора кодовой последовательности, второй выход синхронизатора соединен с входом генератора сетки частот, один из выходов которого через генератор несущих частот соединен со вторым входом второго модулятора, а второй выход генератора сетки частот шиной соединен с одним из входов частотного манипулятора, выход которого присоединен ко второму входу первого модулятора, на приемной стороне последовательно соединенные гетеродин, первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ) и второй смеситель, ко второму входу первого смесителя присоединена приемная антенна, последовательно соединенные второй УПЧ, согласованный фильтр, решающее устройство и получатель информации, вход гетеродина соединен с одним из входов синхронизатора, второй выход которого через первый генератор кодовой последовательности соединен с одним из входов первого частотного манипулятора, второй вход которого шиной соединен с выходом генератора сетки частот, вход которого соединен с соответствующим выходом синхронизатора, а выход первого частотного манипулятора соединен со вторым входом второго смесителя, а выход согласованного фильтра, кроме того, соединен с входом синхронизатора, отличающаяся тем, что введены на передающей стороне: второй генератор кодовой последовательности, вход которого соединен со входом первого генератора кодовой последовательности, второй источник информации, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, два других входа которого соединены соответственно с выходом первого и второго генераторов кодовых последовательностей, а выход электронного ключа соединен с одним из входов частотного манипулятора; на приемной стороне: второй генератор кодовой последовательности, вход которого соединен со входом первого генератора кодовой последовательности, а выход через второй частотный манипулятор соединен с одним из выходов третьего смесителя, второй вход которого присоединен к выходу первого УПЧ, а выход через второе пороговое устройство соединен со вторыми входами второго получателя информации и блока ИЛИ, первые входы которых соединены с выходом первого порогового устройства, вход которого соединен с выходом второго смесителя, выход блока ИЛИ присоединен ко входу второго УПЧ, второй вход второго частотного манипулятора шиной соединен со входом первого частотного манипулятора.