ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ Российский патент 2000 года по МПК H04B7/02 

Предлагаемое устройство относится к области радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных системах связи, использующих пространственную модуляцию.

Известны устройства для радиосвязи с повторным использованием частоты (см. пат. США N 4087818), в котором повторное использование частоты в условиях изменения параметров среды распространения сигналов и изменение взаимного расположения антенн достигается за счет обеспечения ортогональности по поляризации двух одновременно передаваемых сигналов с круговой или линейной поляризацией. Однако эти устройства из-за высоких требований к точности обеспечения ортогональности по поляризации передаваемых сигналов имеют сложную систему автоподстройки, использующую специальные пилот-сигналы. Кроме того, применение пилот-сигналов требует выделение дополнительных частотных каналов, на совпадающих со спектром передаваемых сигналов, что существенно усложняет конструкцию устройства и ухудшает его помехоустойчивость.

Известно также устройство по а.с. N 1141978, содержащее два канала, в одном из которых информация передается с использованием угловой модуляции, а во втором канале - с использованием дополнительной модуляции сигналов по поляризации волн, позволяющей передавать дополнительную информацию (повторно использовать частоту).

Однако в случае использования широкополосных сигналов, что характерно для современных систем связи, низка помехоустойчивость приема информации по второму каналу, обусловленная низкой помехоустойчивостью опорного сигнала для синхронного детектора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является "Аппаратура для передачи дискретной информации", авт.св. N 300946, принято за прототип.

Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, 2, где введены обозначения:
Передающее устройство:
1 - генератор колебаний несущей и тактовой частоты (ГТНЧ);
2 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);
3 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПП);
4 - устройство фазирования;
5, 6 - первый и второй умножители соответственно;
7 - фазовращатель на 90^o;
8 - фазовый манипулятор;
9 - схема сложения.

Приемное устройство:
10, 11 - первый и второй умножители соответственно;
12 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);
13 - генератор опорной псевдослучайной последовательности (ГОПП);
14 - устройство фазирования;
15 - устройство синхронизации;
16, 17 - первый и второй полосовые фильтры соответственно;
18 - фазовый детектор.

Устройство-прототип содержит на передающей стороне ГНТЧ1, первый выход которого соединен с первыми входами ФОПП2 и ГПП3, вторые входы которых присоединены соответственно к первому и второму выходам устройства фазирования 4, выход ФОПП2 соединен с первым входом первого умножителя 5, второй вход которого соединен с выходом фазовращателя на 90^o 7, а вход этого фазовращателя соединен с одним из входов фазового манипулятора 8 и вторым выходом ГНТЧ1, выход ГПП3 соединен с одним из входов второго умножителя 6, второй вход которого присоединен к выходу фазового манипулятора 8, а выход второго умножителя 6 соединен со вторым входом схемы сложения 9, первый вход которого соединен с выходом первого умножителя 5, выход сумматора 9 является выходом передатчика, первый вход фазового манипулятора 8 является информационным входом; на приемной стороне вход устройства синхронизации 15 соединен с первыми входами первого 10 и второго 11 умножителей, выходы которых соединены соответственно со входами первого 16 и второго 17 полосовых фильтров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами фазового детектора 18. выход которого является выходом устройства, выход устройства синхронизации 15 соединен с первыми входами ФОПП12 и ГОПП13, вторые входы которых присоединены соответственно к первому и второму выходам устройства фазирования 14, выход ФОПП12 соединен со вторым входом первого умножителя 10, а выход ГОПП13 соединен со вторым входом второго умножителя 11.

Устройство-прототип работает следующим образом.

В передатчике ГНТЧ1 формирует две частоты: тактовую частоту для ФОПП2 и ГПП3 и несущую частоту сигнала. Тактовая частота с выхода ГНТЧ1 поступает на вход ФОПП2 и ГПП3, которые вырабатывают двойные псевдослучайные последовательности. Эти последовательности представляют собой совокупности биполярных импульсов постоянного тока одинаковой величины и длительности, которая определяется величиной тактовой частоты. Законы образования псевдослучайных последовательностей выбираются такими, чтобы обеспечить малую взаимную корреляцию между псевдослучайными последовательностями ФОПП2 и ТПП3 при любом фазовом сдвиге между ними (квазиортогональные двоичные псевдослучайные последовательности. Это условие необходимо для их эффективного разделения и подавления эхо-сигнала в приемнике.

Устройство фазирования 4 устанавливают сдвиговые регистры ФОПП2 и ГПП3 в одинаковое начальное состояние, что обеспечивает связь по фазе их псевдослучайных последовательностей. Устройство фазирования 4 состоит из дешифраторов начальных состояний ФОПП2 и ГПП3 и импульсной схемы фазирования, которая обеспечивает совмещение их начальных состояний по фазе. Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ФОПП2 поступает на умножитель 5. На второй вход умножителя 5 через фазовращатель на 90^o 7 с выхода ГНТЧ1 поступает колебание несущей частоты, которое в умножителе 5 умножается на двоичную псевдослучайную последовательность. В результате на выходе умножителя 5 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180^o по закону двоичной псевдослучайной последовательности. Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ГПП3 поступает на умножитель 6, на второй вход которого через фазовый манипулятор с выхода ГНТЧ1 поступает колебание несущей частоты. На выходе умножителя 6 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180^o по закону двоичной псевдослучайной последовательности. В зависимости от закона передаваемой информации фазовый манипулятор 8 осуществляет поворот фазы несущей частоты сигнала на выходе умножителя 6 относительно несущей частоты сигнала на выходе умножителя 5 на 0 или 180^o. Таким образом, в зависимости от знака передаваемой информации несущие частоты этих сигналов сдвинуты между собой по фазе. С выходов умножителей 5 и 6 сигналы поступают на схему сложения 9, которая образует выходной сигнал передатчика, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 0^o, 90^o, 180^o и 270^oC, причем моменты манипуляции и порядок следования этих величин фаз определяется соотношением знаков элементов двоичных псевдослучайных последовательностей ФОПП2 и ГПП3 и передаваемой разностью фаз. Со схемы сложения 9 сигнал поступает в высокочастотный передатчик и излучается в эфир.

Принимаемый сигнал с выхода высокочастотного приемника поступает на умножители 10 и 11, аналогичные умножителям 5 и 6 передатчика. В умножителе 10 принимаемый сигнал умножается на двоичную псевдослучайную последовательность, которую вырабатывает ФОПП12, аналогичный ФОПП2 передатчика. Сигнал с выхода умножителя 10 поступает на полосовой фильтр 16, который выделяет колебание несущей частоты сигнала. В умножителе 11 принимаемый сигнал умножается на двоичную псевдослучайную последовательность, которую формирует ГОПП13, аналогичный ГПП3 передатчика. Сигнал с выхода умножителя 11 поступает на полосовой фильтр 17, который выделяет манипулированное по фазе колебание несущей частоты сигнала. Устройство фазирования 14, аналогичное устройству фазирования 4 передатчика, обеспечивает связь по фазе выходных последовательностей ФОПП12 и ГОПП13, соответствующую связи по фазе последовательностей ФОПП2 и ГПП3 передатчика. Двоичные псевдослучайные последовательности, вырабатываемые генераторами в приемнике, синхронизируются с двоичными псевдослучайными последовательностями принимаемого сигнала с помощью устройства синхронизации 15. В качестве устройства синхронизации 15 могут быть использованы известные устройства синхронизации, обеспечивающие синхронизм местных сигналов приемника с одним из сильнейших лучей принимаемого многолучевого сигнала на основе анализа функции взаимной корреляции принимаемого и местных сигналов. Как известно, при использовании широкополосных сигналов при этом может быть обеспечено эффективное подавление мешающих лучей либо сложение нескольких выделенных наиболее сильных лучей, а также подавление сосредоточенных помех.

Колебания несущей частоты с выходов полосовых фильтров 16 и 17 поступают на фазовый детектор 18, который измеряет информационную разность фаз между ними.

Данному устройству-прототипу присущ следующий недостаток: для передачи всевозрастающего 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 от самых низких ОНЧ и кончая самыми высокими СВЧ, весьма перегружен. Поэтому задача выделения какого-либо участка диапазона радиочастот становится все более проблематичной.

Предлагаемое устройство позволяет осуществить передачу помимо основной ИНФ1, еще и дополнительную - ИНФ2, используя тот же радиоканал.

Это достигается тем, что в устройство, содержащее на передающей стороне: генератор колебаний несущей и тактовых частот (ГНТЧ), первый выход которого соединен с первыми входами формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП) и генератор псевдослучайной последовательности (ГПП), вторые входы которых соединены с первыми и вторым выходами устройства фазирования, выход ФОПП через первый умножитель соединен с первым входом первой схемы сложения, а выход ГПП через второй умножитель соединен со вторым входом первой схемы сложения, вторые входы первого и второго умножителей присоединены соответственно к выходам фазовращателя на 90^o и фазового манипулятора, входы которых соединены между собой; на приемной стороне: вход устройства синхронизации соединен с первым и вторым входами первого и второго умножителей, а выход устройства синхронизации соединен с первыми входами ФОПП и ГОПП, вторые входы которых присоединены к первому и второму выходам устройства фазирования, а выходы ФОПП и ГОПП соединены соответственно со вторыми входами первого и второго умножителей, выходы первого и второго умножителей соединены со входами первого и второго полосовых фильтров соответственно, а также фазовый детектор, введены на передающей стороне: синтезатор частот, фазоинвертор, первый и второй ключи и вторая схема сложения; на приемной стороне: третий и четвертый полосовые фильтры, схема сравнения, первая и вторая схемы выбора максимума и фазовращатель на 90^oC.

При этом на передающей стороне: вход синтезатора частот соединен со вторым входом ГНТЧ, а первый и второй выходы синтезатора частот через первый и второй ключи соединены соответственно с первым и вторым входами второй схемы сложения, выход которой соединен со входами фазовращателя на 90^o и фазового манипулятора, вход фазоинвертора объединен с управляющим входом второго ключа и соединен с источником ИНФ2, выход фазоинвертора соединен с управляющим входом первого ключа. На приемной стороне: выход первой схемы выбора максимума через фазовращатель на 90^o соединен с первым входом фазового детектора, выход второй схемы выбора максимума соединен со вторым входом фазового детектора, вход третьего полосового фильтра соединен со входом первого полосового фильтра, а выход подсоединен ко второму входу первой схемы выбора максимума, первый вход которой соединен с выходом первого полосового фильтра, вход четвертого полосового фильтра соединен со входом второго полосового фильтра, а выход подсоединен к первому входу второй схемы выбора максимума и второму входу схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом второго полосового фильтра и вторым входом второй схемы выбора максимума.

На фиг. 3, 4 приведена функциональная сема линий радиосвязи.

Линия радиосвязи содержит на передающей стороне генератор 1 колебаний несущей и тактовой частот, (ГТНЧ) формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП), генератор псевдослучайной последовательности 3(ГПП), устройство фазирования 4, первый и второй умножители 5, 6, фазовращатель на 90^o 7, фазовый манипулятор 8, схема сложения 9, синтезатор частот 19, фазогенератор 20, первый и второй ключи 21, 22, вторая схема сложения 23, на приемной стороне - первый и второй умножители 10, 11, формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП) 12, генератор опорной псевдослучайной последовательности (ГОПП)13, устройство фазирования 14, устройство синхронизации 15, первый и второй полосовые фильтры 16, 17, фазовый детектор 18, третий и четвертый полосовые фильтры 24, 25, схема сравнения 26, первая и вторая схемы выбора максимума 27, 28, фазовращатель на 90^o 29.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи: на передающей стороне - первый выход генератора колебаний несущей и тактовой частоты 1 соединен со входами ФОПП2, ГПП3 и второй выход этого ГНТЧ соединен со входом синтезатора частот 19, вторые входы ФОПП2и ГПП3 соединены с первым и вторым выходами устройства фазирования 4 соответственно, первый и второй выходы синтезатора частот 19 через первый 21 и второй 22 ключи соответственно соединены с первым и вторым входами второго сумматора 23 соответственно, управляющий вход ключа 22 присоединен ко входу фазоинвертора 20, выход которого соединен с управляющим входом ключа 21, выход ФОПП2 соединен с одним из входов первого умножителя 5, второй вход которого присоединен к выходу фазовращателя на 90^o 7, а выход этого умножителя соединен с одним из входов схемы сложения 9, второй вход которой соединен с выходом второго умножителя 6, один из входов которого присоединен к выходу ГПП3, а второй вход этого умножителя соединен с выходом фазового манипулятора 8, вход которого соединен со входом фазовращателя на 90^o 7 и с выходом сумматора 23; на приемной стороне - вход устройства синхронизации 15 соединен со входами первого 10 и второго 11 умножителей, второй вход первого умножителя 10 соединен с выходом ФОПП12, один из входов которого присоединен с выходу устройства синхронизации 15 и одному из входов ГОПП13, второй вход которого соединен с одним из выходов устройства фазирования 14, второй выход которого присоединен ко второму входу ФОПП12, выход первого умножителя 10 соединен со входами первого 16 и третьего 24 полосовых фильтров, выходы этих фильтров соединены с первым и вторым входами первой схемы выбора максимума 27 соответственно, выход которого через фазовращатель 29 соединен с одним из выходов фазового детектора 18, второй вход которого присоединен к выходу второй схемы выбора максимума 28, два входа которой соединены соответственно с двумя входами схемы сравнения 26, и кроме того, первый вход схемы выбора максимума 28 соединен с выходом четвертого полосового фильтра 25, а второй вход этой схемы выбора максимума присоединен к выходу второго полосового фильтра 17, входы второго 17 и четвертого 25 полосовых фильтров соединены между собой и с выходом второго умножителя 11; выходы фазового детектора 18 и схемы сравнения 26 являются первым и вторым выходами приемного устройства соответственно.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В передатчике генератор несущей и тактовой частот 1 (ГНТЧ) формирует две частоты: тактовую для ФОПП2 и ГПП3 и несущую частоту сигнала, подаваемую на синтезатор частот 19. Тактовая частота с выхода ГНТЧ1 поступает на вход ФОПП2 и ГПП3, которые вырабатывают двоичные псевдослучайные последовательности - ПСП. Эти ПСП представляют собой совокупности биполярных импульсов постоянного тока одинаковой величины и длительности, которая определяется величиной тактовой частоты. Законы образования ПСП выбираются такими, чтобы обеспечить малую взаимную корреляцию между псевдослучайными последовательностями ФОПП2 и ГПП3 при любом фазовом сдвиге между ними (квазиортогональные двоичные ПСП). Это условие необходимо для их эффективного разделения и подавления эхо-сигналов в приемнике.

Устройство фазирования 4 устанавливает сдвиговые регистры ФОПП2 и ГПП3 в одинаковое начальное состояние, что обеспечивает связь по фазе их псевдослучайных последовательностей. Устройство фазирования 4 состоит из дешифраторов начальных состояний ФОПП2 и ГПП3 и импульсной схемы фазирования, которая обеспечивает совмещение их начальных состояний по фазе. Двоичная ПСП с выхода ФОПП2 поступает на умножитель 5, на второй вход которого через фазовращатель на 90^o 7 поступает колебание несущей частоты с выхода сумматора 23. Со второго выхода ГНТЧ1 колебание несущей частоты поступает на вход синтезатора частот 19, где из этого колебания формируется первая f₁, и вторая f₂ несущие частоты и которые через первый ключ 21 и второй ключ 22 соответственно коммутируются на входы второго суммирующего устройства 23. Управление ключами 21 и 22 производится сигналом информации "ИНФ2", причем на первый ключ - через фазоинвертор 20. С выхода второго суммирующего устройства 23 несущие частоты f₁ и f₂ поступают на входы фазового манипулятора 8 и фазовращателя на 90^o 7. В умножителе 5 сигнал двоичной ПСП, поступающий на первый вход умножителя, умножается на сигнал несущей частоты, поступающего на второй вход умножителя. В результате на входе умножителя 5 образуется сигнал, представляющий колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180^o по закону двоичной ПСП. Двоичная ПСП с выхода ГПП3 поступает на умножитель 6, на второй вход которого поступает сигнал с фазового манипулятора 8. На входе умножителя 6, таким образом, образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180^o по закону двоичной ПСП. В зависимости от знака передаваемой информации "ИНФ1" фазовый манипулятор 8 осуществляет поворот фазы несущей частоты сигнала на выходе умножителя 6 относительно несущей частоты сигнала на выходе умножителя 5 на 0 или 180^o. Таким образом, в зависимости от знака передаваемой информации несущие частоты этих сигналов сдвинуты между собой по фазе. С выходов умножителей 5 и 6 сигналы поступают на схему сложения 9, которая образует выходной сигнал передатчика, представляющий собой колебания несущих частот f₁ и f₂ с постоянной амплитудой, манипулированные по фазе на 0^o, 90^o, 180^o и 270^o, причем моменты манипуляции и порядок следования этих величин определяются соотношением знаков элементов двоичных ПСП ФОПП2 и ГПП3 и передаваемой разностью фаз ИНФ1. Со схемы сложения 9 сигнал поступает в высокочастотный передатчик и излучается в эфир. Принимаемый сигнал с выхода высокочастотного приемника поступает на умножители 10 и 11, аналогичные умножители 5 и 6 передатчика. В умножителе 10 принимаемый сигнал умножается на двоичную ПСП, которую вырабатывает ФОПП12, аналогичный ФОПП2 передатчика. Сигнал с выхода умножителя 10 поступает на полосовые фильтры 16, 4, которые настроены соответственно на частоты f₁ и f₂ и в зависимости от того, на какой частоте (f₁ или f₂) был принят сигнал в данный момент, через тот фильтр и проходит принятый сигнал. С выходов фильтров 16 и 24 сигнал поступает на схему выбора максимума 27, (точнее сигнал в данный момент поступает только с одного из этих фильтров, а с другого - только шум), где производится выбор наибольшего значения из двух сигналов, и это и будет полезный сигнал, снятый с одного из фильтров. Со схемы выбора максимума 27 сигнал через фазовращатель на 90^o 29 поступает на один из входов фазового детектора 18.

В умножителе 11 принимаемый сигнал умножается на двоичную ПСП, которую формирует ГОПП13, аналогичную ГПП3 передатчика. Сигнал с выхода умножителя 11 поступает на полосовые фильтры 11, 25, настроенные, как и фильтры 16, 24, на частоты f₁ и f₂. С фильтров 17, 25 сигнал поступает на входы схемы сравнения 26, с выхода который снимается сигнал "ИНФ2". С этих же фильтров 17, 25 сигнал, кроме того, поступает на входы второй схемы выбора максимума 28, аналогичной схеме выбора максимума 27. С выхода второй схемы выбора максимума 28 сигнал поступает на второй вход фазового детектора 18, который измеряет информационную разность фаз между ними и с выхода которого и снимается сигнал "ИНФ1". Устройство фазирования 14, аналогичное устройству фазирования 4 передатчика, обеспечивает связь по фазе выходных последовательностей ФОПП12 и ГОПП13, соответствующую связи по фазе последовательностей ФОПП2 и ГПП3 передатчика.

Двоичные ПСП, вырабатываемые генераторами в приемнике, синхронизируются с двоичными ПСП принимаемого сигнала с помощью устройства синхронизации 15. В качестве устройства синхронизации 15 могут быть использованы известные устройства синхронизации, обеспечивающие синхронизм местных сигналов приемника с одним из сильнейших лучей принимаемого моноголучевого сигнала на основе анализа функции взаимной корреляции принимаемого и местного сигналов.

Как известно, при использовании широкополосных сигналов, при этом может быть обеспечено эффективное подавление мешающих лучей либо сложение нескольких выделенных наиболее сильных лучей, а также подавление сосредоточенных помех.

Таким образом, если в устройстве-прототипе при использовании двух ортогональных каналов передается только одна основная информация, то в предлагаемом устройстве при использовании тех же двух ортогональных каналов передается помимо основной еще и дополнительная информация, которая может быть использована как служебная или для каких-либо других целей. Это позволяет во многих случаях отказаться от организации специального канала передачи служебной информации.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных системах связи, использующих пространственную модуляцию. Технический результат - расширение функциональных возможностей и повышение скорости информации. Линия радиосвязи содержит на передающей стороне генератор несущей и тактовой частот, два канала формирования ортогональных частотных каналов, один из которых используется как канал синхронизации, а второй как переносчик информации. На приемной стороне осуществляется синхронизация принимаемого сигнала с опорным и выделение принятой информации. Введение на передающей стороне синтезатора частот, двух ключей, фазоинвертора и сумматора, а на приемной двух полосовых фильтров, двух схем выбора максимума, схемы сравнения и фазовращателя на 90° позволило по двум ортогональным каналам передавать как основную информацию, так и дополнительную, которая может быть использована в качестве служебного канала. 4 ил.

Линия радиосвязи с повторным использованием частоты, содержащее на передающей стороне генератор колебаний несущей и тактовой частот (ГНТЧ), первый выход которого соединен с первыми входами формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП) и генератора псевдослучайной последовательности (ГПП), к вторым входам которых подсоединены соответственно первый и второй выходы устройства фазирования, при этом выход ФООП через первый умножитель соединен с первым входом первой схемы сложения, а выход ГПП через второй умножитель соединен с вторым входом первой схемы сложения, к вторым входам первого и второго умножителей подсоединены соответственно выходы фазовращателя на 90^o и фазового манипулятора, входы которых соединены между собой, на приемной стороне - фазовый детектор, устройство синхронизации, вход которого соединен с входами первого и второго умножителей, а выход устройства синхронизации соединен с первыми входами ФОПП и генератором опорной псевдослучайной последовательности (ГОПП), к вторым входам которых подсоединены соответственно первый и второй выходы устройства фазирования, а выходы ФОПП и ГОПП подсоединены к вторым входам первого и второго умножителей, а выходы первого и второго умножителей соединены со входами соответственно первого и второго полосовых фильтров, отличающаяся тем, что введены на передающей стороне первый и второй ключи, фазоинвертор, вторая схема сложения и синтезатор сетки частот, к второму входу которого подсоединен выход ГНТЧ, а первый и второй выходы синтезатора сетки частот соответственно через первый и второй ключи подсоединены к первому и второму входам второй схемы сложения, выход которой подсоединен ко входам фазовращателя на 90^o и фазового манипулятора, при этом вход фазоинвертора соединен с источником ИНФ 2 и управляющим входом второго ключа, а выход фазоинвертора соединен с управляющим входом первого ключа, а на приемной стороне - третий и четвертый полосовые фильтры, фазовращатель на 90^o, схема сравнения, первая и вторая схемы выбора максимума, при этом выходы первого и третьего полосовых фильтров подсоединены соответственно к первому и второму входам первой схемы выбора максимума, выход которой через фазовращатель на 90^o подсоединен к первому входу фазового детектора, к второму входу которого подсоединен выход второй схемы выбора максимума, вход третьего полосового фильтра соединен со входом первого полосового фильтра, а вход четвертого полосового фильтра соединен со входом второго полосового фильтра, выход которого подсоединен к первому входу схемы сравнения и второму входу схемы выбора максимума, к первому входу которой и второму входу схемы сравнения подсоединен выход четвертого полосового фильтра.