ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ Российский патент 2001 года по МПК H04B7/22 

Предлагаемое устройство относится к области радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных системах радиосвязи с повторным использованием частоты.

Известны устройства с использованием поляризационной модуляции радиосигнала, в частности с эллиптической поляризацией волны путем изменения параметров эллипса поляризации (Г.К. Гусев, А.Д. Филатов, А.П. Сополев. Поляризационная модуляция. М.: Сов. радио, 1974, с. 63-161).

Недостатком этих устройств является то, что они могут быть использованы в условиях, когда параметры распространения сигналов по трассе и взаимное положение передающей и приемной антенн постоянны, так как в противном случае возникает большой уровень взаимных помех между отдельными каналами радиолинии.

Однако в большинстве практических случаев изменяются как параметры распространения сигналов, так и взаимное расположение антенн.

Известно также устройство по патенту США N 4087818, в котором повторное использование частоты в условиях изменения параметров среды распространения сигналов и взаимного положения антенн достигается за счет обеспечения ортогональности по поляризации двух передаваемых одновременно сигналов с круговой или линейной поляризацией. Эта ортогональность поддерживается с помощью автоматической цели в виде замкнутого контура регулирования с применением специальных пилот-сигналов. Оно содержит передающее устройство, формирующее два сигнала с одинаковой частотой со взаимно ортогональной поляризацией волны. Приемное устройство, обеспечивающее раздельный прием указанных сигналов за счет их ортогональной поляризации.

Однако это устройство в силу высоких требований к необходимой точности обеспечения ортогональности по поляризации передаваемых сигналов имеет сложную систему автоподстройки. Кроме того, реализация этого устройства требует специальной дополнительной линии связи.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является "Устройство радиосвязи с повторным использованием частоты" по авторскому свидетельству N 1385305, принятое за прототип.

Но данное устройство имеет низкую помехозащищенность по отношению к сосредоточенным и импульсным помехам, а также значительное время поиска принимаемой информации.

Для увеличения помехозащищенности по отношению к сосредоточенным и импульсным помехам и для уменьшения времени поиска информации в устройство, содержащее на передающей стороне генератор сигналов основных сообщений, на первый вход которого подается основная информация S_о, а выход соединен со входом разветвителя мощности, два выхода которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго амплитудных модуляторов, вторые входы которых присоединены соответственно к первому и второму облучателям передающей антенны, на приемной стороне первой и второй возбудители приемной антенны присоединены соответственно к двум входам устройства поворота поляризации, два выхода которого соединены соответственно с двумя входами первого сумматора и двумя входами вычитающего устройства, синхронный детектор, один из входов которого соединен с выходом амплитудного ограничителя, а выход синхронного детектора через узкополосный низкочастотный фильтр присоединен к управляющему входу устройства поворота поляризации и демодулятор основных сообщений, с выхода которого снимается основная информация S_осн, введены на передающей стороне синтезатор частот, выход которого соединен со вторым входом генератора сигналов основных сообщений, а n входов синтезатора частот соединены соответственно с n выходами дешифратора, вход которого присоединен к первому выходу генератора ПСП, второй выход которого соединен с первыми входами сумматора и синхронизатора. На второй вход синхронизатора подается дополнительная информация S_доп, выход же синхронизатора соединен со вторым входом сумматора, выход которого присоединен ко входу парафазного усилителя, опорный генератор, выход которого соединен со входом генератора ПСП.

На приемной стороне опорный генератор, выход которого соединен с одним из входов синтезатора частот и через формирователь тактовых импульсов - с одним из входов синхронизатора, второй вход которого соединен с первым входом регистра сдвига и выходом блока обработки, выход же синхронизатора через делитель соединен со вторым входом регистра сдвига, n выходов которого присоединены соответственно к управляющим входам n ключей и n входам кодопреобразователя, n выходов которого соединены соответственно с n входами синтезатора частоты, выход которого соединен с гетеродинным входом смесителя, сигнальный вход которого соединен с выходом второго сумматора, n входов второго сумматора соединен соответственно с выходами n полосных фильтров, вход каждого из которых соединен соответственно с выходами одного из n ключей, входы которых соединены между собой и с выходом амплитудного ограничителя, первый полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом вычитающего устройства, а выход - с одним из входов синхронного детектора, второй полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход - со входом амплитудного ограничителя, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, а выход - со входом блока обработки, с выхода которого снимается дополнительная информация S_доп.

На фиг. 2, 3 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:
1 - генератор сигналов основных сообщений,
2 - разветвитель мощности,
3, 4 - первый и второй амплитудные модуляторы,
5 - парафазный усилитель,
6, 7 - первый и второй облучатели передающей антенны,
8 - передающая антенна,
9, 10 - первый и второй возбудители приемной антенны,
11 - приемная антенна,
12 - первый сумматор,
13 - вычитающее устройство,
14 - синхронный детектор,
15 - амплитудный ограничитель,
16 - демодулятор основных сообщений,
17 - узкополосный низкочастотный фильтр,
18 - устройство поворота поляризации,
19 - синтезатор частот передатчика,
20 - дешифратор,
21 - генератор ПСП,
22 - опорный генератор передатчика,
23 - первый полосовой фильтр,
24 - фильтр нижних частот,
25 - блок обработки,
26 - второй полосовой фильтр,
27 - опорный генератор приемника,
28 - формирователь тактовых импульсов,
29 - синхронизатор,
30 - делитель,
31 - регистр сдвига,
32 - кодопреобразователь,
33 - синтезатор частот приемника,
34 - 34n - ключи,
35 - 35n - полосовые фильтры,
36 - второй сумматор,
37 - смеситель,
38 - сумматор передатчика,
39 - синхронизатор передатчика.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи.

Передающее устройство - генератор сигналов основных сообщений 1, на первый вход которого подается основная информация S_осн своим выходом соединен со входом разветвителя мощности 2, два выхода которого соединены соответственно с первыми входами первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены соответственно с первыми и вторыми выходами парафазного усилителя, выходы первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов соединены соответственно с первым 6 и вторым 7 облучателями передающей антенны 8, опорный генератор 22 своим выходом соединен со входом генератора ПСП 21, один из выходов которого соединен со входами сумматора 38 и синхронизатора 39, на второй вход которого подается дополнительная S_доп информация, выход синхронизатора 39 через сумматор 39 через сумматор 38 соединен со входом парафазного усилителя 5, второй выход генератора ПСП 21 соединен со входом дешифратора 20, n выходов которого соединены соответственно с n входами синтезатора частот 19, выход которого присоединен ко входу генератора сигналов основных сообщений 1.

Приемное устройство - первый 9 и второй 10 возбудители приемной антенны 11 через устройство поворота поляризации 18 соединены соответственно с двумя входами первого сумматора 12 и двумя входами вычитающего устройства 13, выход вычитающего устройства 13 через первый полосовой фильтр 23 соединен с одним из входов синхронного детектора 14, второй вход которого соединен со входами n ключей 34₁ - 34_n и с выходом амплитудного ограничителя 15, вход которого через второй полосовой фильтр 26 присоединен к выходу первого сумматора 12. Выход синхронного детектора 14 через узкополосный низкочастотный фильтр 17 соединен с управляющим входом устройства поворота поляризации 18, а через фильтр нижних частот 24 соединен со входом блока обработки 25, с выхода которого снимается дополнительная информация S_доп, а второй выход блока обработки соединен с синхронизирующими входами синхронизатора 29 и регистра сдвига 31. Выход опорного генератора 27 соединен со входами синтезатора частот 33 и формирователя тактовых импульсов 28, выход которого через синхронизатор 29 соединен со входом делителя 30. Выход делителя 30 присоединен ко входу регистра сдвига 31, n выходов которого соединены соответственно с управляющими входами n ключей 34₁ - 34_n соответственно и с n входами кодопреобразователя 32, n выходов которого соединены с n входами синтезатора частот 33, выход которого присоединен с гетеродинному входу смесителя 37. Выходы n ключей 34₁ - 34_n через соответствующие полосовые фильтры 35₁ - 35_n соединены соответственно с n входами второго сумматора 36, а выход этого сумматора соединен с сигнальным входом смесителя 37, выход которого присоединен ко входу демодулятора 16, с выхода которого снимается основная информация S_осн.

По материалам отечественной и зарубежной литературы определенный интерес представляют сигналы с расширенным спектром класса дискретные частотные (ДЧ) и дискретные составные частотные (частотно-манипулированные) фазоманипулированные сигналы (ДСЧ-ФМ, ДСЧ-ЧМ).

Основное отличие ДЧ от фазоманипулированных сигналов - ФМ заключается в том, что при одинаковой базе ДЧ сигналы имеют меньшую область сильной корреляции по сравнению с сигналами ФМ. (Под областью сильной корреляции понимается частотно-временная область интегрирования сигнала, реализуемая в аппаратуре с учетом известных допущений в смысле Фурье - преобразований для финитных сигналов).

Как отмечается рядом авторов, многочастотность сигналов ДЧ делает их весьма перспективными, так как появляется возможность "взвешенного" распределения энергии сигнала по частоте и времени непосредственно внутри области частота - время (FT).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Опорный генератор 22 вырабатывает синусоидальные колебания определенной частоты, которые поступают на генератор 21 для получения сигнала псевдослучайной последовательности (ПСП) необходимой структуры.

Генератор 21, кроме ПСП вырабатывает установочные импульсы (фиг. 2, позиция 2), начало и период которых совпадает с началом и периодом ПСП (информационных импульсов).

Реализация таких генераторов приведена в книге Петрович Н.Т., Размахнин М.К. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Сов. радио, 1969, с. 146.

Установочные импульсы с периодом T, вырабатываемые генератором 21, используются для быстрой синхронизации по каналу дополнительной поляризационной модуляции. Причем T = nτ, где n - число частотных позиций, τ - длительность одной частотной позиции (см. фиг. 2).

Сигнал в виде ПСП с генератора 21 по двум выходам (канал "1" и канал "0") поступает на дешифратор 20, в котором структура ПСП преобразуется в код, необходимый для получения нужных частот в синтезаторе 19. Синтезатор 19 вырабатывает частоты как, например, приведено на фиг. 4.

На фиг. 4 показана частотно-временная плоскость, на которой штриховкой выделено распределение энергии ДСЧ-ФМ сигнала. Такой сигнал с синтезатора частот 19 поступает на один из входов генератора колебаний 1 основных сообщений, на второй вход которого подается сигнал основных сообщений, на второй вход которого подается сигнал основной информации S_осн. В генераторе 1 формируется сигнал, модулированный по фазе основным сообщением в каждой из n частотных позиций. Этот сигнал поступает на разветвитель мощности 2, где осуществляется разделение его мощности пополам и каждая половина выдается соответственно по двум выходам на амплитудные модуляторы 3 и 4.

Дополнительная информация S_доп подается на один из входов синхронизатора 39, а на второй вход поступает установочные импульсы (см. фиг. 1, поз. 2) с генератора ПСП 21.

В синхронизаторе 39 производится жесткая синхронизация дополнительной информации S_доп по установочным импульсам и задержка во времени для получения защитного интервала (фиг. 1, поз. 8).

Защитный интервал вводится для разделения сигналов по каналу дополнительной поляризационной модуляции. Для уверенного разделения информации защитный интервал должен быть примерно равным пяти тактовым интервалам. Сигнал с выхода синхронизатора (фиг. 1, поз. 8) поступает на один из входов сумматора 38, на второй вход которого подаются установочные импульсы с генератора 21. В сумматоре 38 производится суммирования двух сигналов и в результате чего получается сигнал, как показано на фиг. 1, поз. 9.

Этот сигнал с выхода сумматора 38 поступает на парафазный усилитель 5.

В амплитудных модуляторах 3 и 4 амплитуда приходящих основных сигналов изменяется противофазно по закону передаваемых дополнительных сообщений S_доп, с помощью напряжений, снимаемых с парафазного усилителя 5. С выходов амплитудных модуляторов 3 и 4 сигнал поступает соответственно на облучатели 6 и 7 передающей антенны 8. Облучатели 6 и 7 создают поля с ортогональной одно относительно другого линейной или круговой поляризацией.

Сигналы, излучаемые передающей антенной 8, принимаются приемной антенной 11 (с возбудителями 9, 10), выполненной аналогично передающей антенне.

Сигналы, принятые приемной антенной 11 через устройство поворота поляризации 18, поступают на входы сумматора 12 и вычитающего устройства 13. В сумматоре производится частичное сглаживание амплитудной модуляции и этот сигнал через полосовой фильтр 26, имеющий полосу пропускания ΔF = nΔf, где n - число частотных позиций (равное числу элементов ПСП) и через амплитудный ограничитель 15 поступает на один из входов синхронного детектора 14 в качестве опорного сигнала.

На другой вход этого синхронного детектора поступает сигнал с выхода вычитающего устройства 13 через полосовой фильтр 23, имеющий такую же полосу пропускания, как и фильтр 26. С выхода синхронного детектора 14 через ФНЧ 24 сигнал поступает на блок обработки 25, который выделяет дополнительную информацию S_доп. С другого выхода блока обработки 25 снимаются установочные импульсы, период которых равен периоду ПСП и начало их периодов совпадает (см. фиг. 1, позиции 2, 4, 5, 6, 7). Установочные импульсы поступают на блок синхронизации 29, где по ним осуществляется синхронизация тактовых импульсов, формируемых генератором 28 тактовых импульсов (фиг. 1, позиция 1) из колебаний задающего генератора 27. Тактовые импульсы, засинхронизированные с установочными импульсами, поступают на делитель 30, где производится деление такта с таким расчетом, чтобы в периоде T стало n тактовых импульсов (фиг. 1, позиция 3), которая затем с делителя 30 подается на регистр сдвига 31, на синхронизирующий вход которого поступают установочные импульсы. С n выходов регистра сдвига 31 поступают импульсы на кодопреобразователь 32, в котором формируются коды и которые по n выходам выдаются на синтезатор частот 33, для образования n частот, необходимых в качестве частот гетеродина для смесителя 37. На синхронизирующий вход синтезатора частот 33 подаются тактовые импульсы с генератора 27.

С n выходов регистра сдвига 31, кроме того, импульсы поступают соответственно на управляющие входы ключей 34₁ - 34_n, на сигнальные входы которых подается сигнал основной информации с выхода амплитудного ограничителя 15. Сигнал основной информации через открытый ключ 34₁ - 34_n (ключи открываются в определенной последовательности, в зависимости от времени поступления импульсов с регистра сдвига 31) и узкополосный фильтр 35₁ - 35_n, имеющий полосу пропускания Δf = ΔF/n, где n - число частотных позиций (равное числу элементов ПСП), а ΔF - ширина полосы пропускания входной части приемника (в частности, фильтров 23 и 26), поступает на сумматор 36, а с выхода этого сумматора - на сигнальный вход смесителя 37.

С выхода смесителя 37 сигнал поступает на демодулятор 16, с выхода которого и снимается основная информация.

Таким образом, введение установочных импульсов, передаваемых по дополнительному каналу, позволяет по ним быстро засинхронизировать тактовые импульсы на приемнике, что позволяет значительно ускорить поиск информации. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет повысить помехоустойчивость в n раз по сравнению с устройством-прототипом (n - число частотных позиций, равное числу элементов ПСП).

Реализация предлагаемого устройства не вызывает никаких затруднений, так как все блоки и узлы, входящие в него, общеизвестны и широко опубликованы в технической литературе.

Предлагаемое устройство относится к области радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных ШПС системах радиосвязи с повторным использованием частоты. Предлагаемое устройство содержит на передающей стороне генератор сигналов основных сообщений, разветвитель мощности, первый и второй амплитудные модуляторы, парафазный усилитель и передающую систему, на приемной стороне - приемную антенну, сумматор, вычитающее устройство, синхронный детектор, амплитудный ограничитель, демодулятор, узкополосный низкочастотный фильтр и устройство поворота поляризации. Введение на передающей стороне синтезатора частоты, дешифратора, опорного генератоpa, генератора ПСП, синхронизатора и сумматора, а на приемной стороне опорного генератора, формирователя тактовых импульсов, синтезатора частот, делителя, регистра сдвига, кодопреобразователя, синхронизатора, n ключей, n полосовых фильтров, сумматора, смесителя частот первого и второго полосовых фильтров, блока обработки и фильтра нижних частот позволило передавать дополнительную информацию, в значительной мере ускорить поиск передаваемой информации и улучшить помехоустойчивость по отношению к сосредоточенным и импульсным помехам, что является достигаемым техническим результатом. 4 ил.

Линия радиосвязи, содержащая на передающей стороне генератор сигналов основных сообщений, один из входов которого является входом основной информации, а выход соединен со входом разветвителя мощности, для выхода которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго амплитудных модуляторов, вторые входы которых присоединены соответственно к двум выходам парафазного усилителя, выходы первого и второго амплитудных модуляторов присоединены соответственно к первому и второму облучателям передающей антенны, на приемной стороне первый и второй возбудители приемной антенны присоединены к двум входам устройства поворота поляризации, два выхода которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого сумматора и вычитающего устройства, амплитудный ограничитель, выход которого соединен с одним из входов синхронного детектора, выход которого подключен к узкополосному низкочастотному фильтру, и демодулятор, выход которого является выходом основной информации, отличающаяся тем, что введены на передающей стороне синтезатор частот, выход которого соединен со входом генератора сигналов основных сообщений, а n входов этого синтезатора частот соединены соответственно с n выходами дешифратора, вход которого присоединен к одному из выходов генератора ПСП, вход которого соединен с выходом опорного генератора, а выход генератора ПСП соединен с первыми входами синхронизатора и сумматора, на второй вход синхронизатора подается дополнительная информация, а второй вход сумматора соединен с выходом синхронизатора, а выход сумматора присоединен ко входу парафазного усилителя, на приемной стороне введен опорный генератор, выход которого соединен со входом синтезатора частот и через формирователь тактовых импульсов - с первым входом синхронизатора, второй вход которого соединен с выходом блока обработки и одним из входов регистра сдвига, второй вход которого через делитель присоединен к выходу синхронизатора, n выходов регистра сдвига соединены соответственно с управляющими входами n ключей и n входами кодопреобразователя, n выходов которого соединены соответственно с n входами синтезатора частот, выход которого присоединен с гетеродинному входу смесителя, входы n ключей соединены между собой и с выходом амплитудного ограничителя, а выходы ключей соответственно через n полосовых фильтров соединены с n входами второго сумматора, выход которого присоединен к сигнальному входу смесителя, а выход этого смесителя соединен со входом демодулятора, первый полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом вычитающего устройства, а выход - со входом синхронного детектора, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, а выход через блок обработки - со вторым входом синхронизатора, второй полосовой фильтр, вход которого присоединен к выходу первого сумматора, а выход - ко входу амплитудного ограничителя, с выхода блока обработки снимается дополнительная информация, выход узкополосного низкочастотного фильтра соединен с управляющим входом устройства поворота поляризации.