ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ С МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ Российский патент 2001 года по МПК H04B7/10 H04L27/32 

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 радиосигналов, в частности, с эллиптической поляризацией волны путем изменения параметров эллипса поляризации (К. Г. Гусев, А. Д. Филатов, А.П.Сополев "Поляризационная модуляция", М., "Сов. радио", 1974 г., стр. 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 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 цепи 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 "Система радиосвязи" по а.с. 1385305, принятое за прототип.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где введены обозначения:
1 - генератор сигналов;
2 - разветвитель мощности;
3 и 4 - первый и второй амплитудные модуляторы соответственно;
5 - противофазный усилитель;
6 и 7 - первый и второй облучатели передающей антенны;
8 - передающая антенна;
9 и 10 - первый и второй облучатели приемной антенны;
11 - приемная антенна;
12 - суммарно-разностный блок;
13 - сумматор;
14 - вычитающий блок;
15 - демодулятор дополнительного сообщения;
16 - демодулятор основных сообщений;
17 - амплитудный ограничитель;
18 - первый фильтр нижних частот;
19 - второй фильтр нижних частот;
20 - блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны;
21 - ключ;
22 - фазовый детектор;
23 - фазовращатель;
24 и 25 - первая и вторая линии задержки соответственно;
26 - компаратор.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи.

На передающей стороне выход генератора 1 сигналов соединен со входом разветвителя мощности 2, первый и второй выходы которого соединены с высокочастотными входами модуляторов 3 и 4 соответственно, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами парафазного усилителя 5, вход которого соединен с источником дополнительной информации S_д, выходы первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов соединены соответственно с первым 6 и вторым 7 облучателями передающей антенны 8; на приемной стороне выход первого 9 и второго 10 облучателей приемной антенны 11 соединены соответственно со входами устройства поворота поляризации 20, два выхода которого присоединены к двум входам сумматора 13 и вычитающего устройства 14, выход сумматора 13 через ограничитель 17 соединен со входами фазового детектора 22 и первой линии задержки 24, второй вход фазового детектора 22 соединен с выходом фазовращателя 23 и одним из входов синхронного детектора 15, второй вход которого соединен с выходом второй линии задержки 25, вход которой присоединен к выходу вычитающего блока 14, выход синхронного детектора 15 через второй фильтр нижних частот 19 соединен с управляющим входом блока управления положением осей поляризации 20. Выход первой линии задержки 24 соединен с одним из входов ключа 21, второй вход которого присоединен к выходу компаратора 26, вход которого соединен с выходом второго фильтра нижних частот 19, вход которого соединен с выходом фазового детектора 22. Вход фазовращателя 23 соединен с выходом демодулятора 16 основных сообщений, вход которого соединен с выходом ключа 21, со второго выхода демодулятора 16 снимается основная информация S_о, а дополнительная информация S_д снимается с выхода синхронного детектора 15.

На фиг. 3 приведена структурная электрическая схема демодулятора основного сообщения 16, которая состоит из фазового детектора 27, ФНЧ 28 и генератора управляемого напряжения 29.

Для передачи все возрастающего объема информации необходимо увеличить скорость передачи или число радиоканалов, что в том и в 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.

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

Для увеличения объема передаваемой информации в устройство, содержащее на передающей стороне генератор сигналов основных сообщений, выход которого 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 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 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, вход которого соединен с выходом амплитудного ограничителя, вход которого присоединен к выходу первого сумматора, введены на передающей стороне коммутатор, первый и второй входы которого соединены соответственно с источниками первой дополнительной и второй дополнительной информации, а первый и второй выходы этого коммутатора присоединены соответственно ко входам первого и второго модуляторов, выходы первого и второго модуляторов соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого присоединен ко входу парафазного усилителя; на приемной стороне выход синхронного детектора соединен со входами первого и второго демодуляторов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока сравнения и первым и вторым входами блока выбора максимума.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены обозначения с 1-го по 11 такие же, как и в устройстве-прототипе:
12 - первый сумматор;
13 - вычитающий блок;
14 - синхронный детектор;
15 - амплитудный ограничитель;
16 - демодулятор основных сообщений;
17 - фильтр нижних частот;
18 - блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны.

19 - коммутатор;
20 и 21 - первый и второй модуляторы;
22 - второй сумматор;
23 и 24 - первый и второй демодуляторы;
25 - блок выбора максимума;
26 - блок сравнения.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи: на передающей стороне генератор сигналов основных сообщений 1, выход которого соединен со входом разветвителя мощности 2, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов, вторые входы которых присоединены соответственно к первому и второму выходам парафазного усилителя 5, вход этого парафазного усилителя соединен с выходом сумматора 22, два входа которого присоединены к выходам первого 20 и второго 21 модуляторов соответственно, а входы этих модуляторов соединены соответственно с выходами коммутатора 19, выход первого амплитудного модулятора 3 соединен с первым облучателем 6, а выход второго амплитудного модулятора 4 соединен со вторым облучателем 7 передающей антенны 8; на приемной стороне первый 9 и второй 10 возбудители приемной антенны 11 соединены соответственно с первым и вторым входами устройства поворота поляризации 18, два выхода которого соединены соответственно с двумя входами сумматора 12 и двумя входами вычитающего устройства 13, выход сумматора 12 через амплитудный ограничитель 15 присоединен ко входу демодулятора основных сообщений 16 и одному из входов синхронного детектора 14, второй вход которого соединен с выходом вычитающего устройства 13, выход синхронного детектора 14 через низкочастотный узкополосный фильтр 17 соединен с управляющим входом устройства поворота поляризации 18, выход синхронного детектора 14, кроме того, присоединен ко входам первого 23 и второго 24 демодуляторов, выходы которых соединены соответственно с двумя входами блока выбора максимума 25 и двумя входами блока сравнения 26.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. Генератор 1 формирует сигнал основных сообщений, модулированный по фазе основным сообщением, который подается на разветвитель мощности 2, где осуществляется разделение его мощности пополам и каждая половина выдается соответственно по двум выходам на амплитудные модуляторы 3 и 4.

В этих модуляторах амплитуда приходящих сигналов изменяется противофазно по закону передаваемых дополнительных сообщений S_д1 и S_д2 с помощью напряжений, снимаемых с парафазного усилителя 5.

Дополнительные информации S_д1 и S_д2 подаются на первый и второй входы коммутатора 19 соответственно, которые с помощью этого коммутатора коммутируются на входы первого 20 и второго 21 модуляторов.

Коммутатор 19 содержит два ключа, сигнальные входы которых соединены между собой, и на них подается сигнал второй дополнительной информации S_д2. На управляющий вход первого ключа подается единица первой дополнительной информации S_д1, а на управляющий вход второго ключа подается ноль той же информации S_д1.

Модуляторы 20 и 21 работают в режиме частотной телеграфии (ЧТ) и выдают на выходы сигналы: модулятор 20 со скоростью, например, 20 бод, а модулятор 21 со скоростью 200 бод. Эти сигналы поступают на сумматор 22 и затем на вход парафазного усилителя 5. С выходов амплитудных модуляторов 3 и 4 сигналы поступают соответственно на облучатели 6 и 7 передающей антенны 8 и излучаются в пространство.

Сигнал, излучаемый передающей антенной 8, принимается приемной антенной 11. Ее облучатели (возбудители) 9 и 10 имеют также ортогональную линейную или круговую поляризацию. Приемная антенна 11 и возбудители 9 и 10 выполнены аналогично передающей.

Принятый сигнал, как и в устройстве-прототипе, через устройство поворота поляризации 18 поступает на два входа сумматора 12 и два входа вычитающего устройства 13.

С выхода сумматора 12 через амплитудный ограничитель 15 сигнал поступает на демодулятор 16, с которого и снимается информация основных сообщений.

На сигнальный вход синхронного детектора 14 поступает сигнал с вычитающего устройства 13, а с выхода амплитудного ограничителя 15 в качестве опорного сигнала.

Сигнал с синхронного детектора 14 U_с.д. содержит постоянную составляющую, знак которой зависит от знака угла рассогласования α. В данном случае эта составляющая равна
U = - KV_оSin α,
она выделяется с помощью низкочастотного узкополосного фильтра 17 и подается на устройство управления положением осей поляризации облучателей (возбудителей) 18, которое повернет возбудители так, что угол α станет равным нулю.

При рассогласовании в другую сторону (угол α - отрицательный) указанная составляющая будет положительной и возбудители будут повернуты в противоположную сторону.

Низкочастотный узкополосный фильтр 17 имеет полосу пропускания, значительно меньшую по сравнению с шириной полосы спектра функции f(t), так что он может пропускать только медленно меняющиеся сигналы, обусловленные изменениями взаимного положения антенн.

Устройство управления 18 положением осей поляризации возбудителей приемной антенны с помощью напряжения, поступающего с фильтра 17, устраняет рассогласование между поляризацией приходящих сигналов и поляризацией возбудителей приемной антенны. При этом система регулирования работает по принимаемому сигналу, несущему информацию о передаваемых сообщениях.

С синхронного детектора 14 сигнал, содержащий первую S_д1 и вторую S_д2 дополнительные информации, подается на входы первого 23 и второго 24 демодуляторов вспомогательных сигналов, причем демодулятор 23 работает на скорости 50 бод, а демодулятор 24 - на 200 бод. С выходов этих демодуляторов сигнал поступает на блок сравнения 26, который выделяет дополнительную информацию S_д1, и на блок выбора максимума 25, который выделяет вторую дополнительную информацию S_д2.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет передавать еще одну дополнительную информацию с незначительными схемными добавлениями.

Линия радиосвязи с многопараметрической модуляцией относится к области радиосвязи и может быть использована в космических и наземных системах радиосвязи с повторным использованием частоты. Достигаемый технический результат - увеличение объема передаваемой информации. Указанная линия радиосвязи содержит на передающей стороне генератор сигналов основных сообщений, разветвитель мощности, два амплитудных модулятора, парафазный усилитель, передающую антенну и два ее облучателя, коммутатор, два модулятора, сумматор, на приемной стороне - приемную антенну и два ее облучателя, сумматор, вычитающее устройство, синхронный детектор, амплитудный ограничитель, демодулятор основных сообщений, узкополосный низкочастотный фильтр, устройство поворота поляризации, два демодулятора, блок выбора максимума, блок сравнения. 3 ил.

Линия радиосвязи с многопараметрической модуляцией, содержащая на передающей стороне генератор сигналов основных сообщений, выход которого соединен с 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 выходам парафазного усилителя, выходы первого и второго амплитудных модуляторов присоединены соответственно к первому и второму облучателям передающей антенны, при этом генератор сигналов основных сообщений формирует сигнал, модулированный по фазе основным сообщением; на приемной стороне - первый и второй облучатели приемной антенны соединенные соответственно с первым и вторым входами устройства поворота поляризации, два выхода которого соединены соответственно с двумя входами первого сумматора и двумя входами вычитающего устройства, выход первого сумматора соединен с входом амплитудного ограничителя, демодулятор основных сообщений и узкополосный низкочастотный фильтр, отличающаяся тем, что введены на передающей стороне коммутатор, первый выход которого соединен с входом первого модулятора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй выход коммутатора соединен с входом второго модулятора, выход которого присоединен к второму входу второго сумматора, выход которого соединен с входом парафазного усилителя, при этом дополнительная информация S_д1 и S_д2 подается на первый и второй входы коммутатора; на приемной стороне - синхронный детектор, один из входов которого соединен с выходом вычитающего устройства, первый и второй демодуляторы, входы которых соединены между собой и с выходом синхронного детектора, выход амплитудного ограничителя присоединен к входу демодулятора основных сообщений и второму входу синхронного детектора, выход которого через узкополосный низкочастотный фильтр соединен с управляющим входом устройства поворота поляризации, выход первого демодулятора соединен с одним из входов блока выбора максимума и одним из входов блока сравнения, выход второго демодулятора соединен с другим входом блока выбора максимума и другим входом блока сравнения, который выделяет дополнительную информацию S_д1, блок выбора максимума выделяет дополнительную информацию S_д2.