СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ЧЕТВЕРИЧНО-КОДИРОВАННЫХ РАДИОСИГНАЛОВ Российский патент 2002 года по МПК H04L27/26 H04B1/69 

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в адаптивных синхронных и асинхронных системах связи в качестве системы передачи дискретной информации и синхронизации, использующих распространение электромагнитных волн в каналах связи со случайными параметрами (фазой, амплитудой и поляризации) метрового и декаметрового диапазонов волн.

Известны системы (см., например, Патент РФ 2014738, 1994 г., или статья Roland Wilson and John Richter "Generation and Performance of Quadraphase Welti Codes for Radar and Synchronization of Coherent and Differentially Coherent PSK" (IEEE Transactions on Communications, vol. COM-27, N 9, September 1979. p.1296-1301)).

Известный первый аналог системы передачи состоит из передающей стороны, которая содержит генератор тактовых импульсов, формирователь исходной кодовой комбинации, линию задержки многоотводную, формирователь модулирующих информационных последовательностей, N модуляторов, сумматор, соединенный через канал связи с приемной стороной, которая содержит согласованный фильтр и решающий блок и использует для передачи четверично-кодированных последовательностей фазовую манипуляцию с четырьмя значениями начальной фазы (ФМ-4).

Недостатком первого аналога является отсутствие возможности применения фазовой манипуляции в виду неопределенности начальной фазы сигнала, а следовательно, невозможность выделения номеров дополнительных последовательностей в каналах радиосвязи со случайными параметрами (фазой, амплитудой и поляризацией) метрового и декаметрового диапазонов волн, что ограничивает область применения данной системы.

Известный второй аналог системы передачи состоит из передающей стороны, которая содержит генератор тактовых импульсов, формирователь D-кодов, фазовый модулятор, генератор радиочастоты, переключатель и фазовращатель, соединенный через канал связи с приемной стороной, которая содержит фазовые демодуляторы, фильтры нижних частот, согласованный фильтр Вeлти, вычитатель, решающий блок и использует для передачи четверично-кодированных последовательностей относительную фазовую манипуляцию.

Недостатком второго аналога является отсутствие возможности применения относительной фазовой манипуляции, так как в приемной части системы нарушаются взаимно корреляционные свойства между циклическими сдвигами четверично-кодированной последовательности, что недопустимо при применении в системах с кодовым уплотнением сигналов и в системах с множественным доступом, что ограничивает область применения данной системы.

Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям к заявленной системе аналогом (прототип) является система передачи четверично-кодированных радиосигналов по А. с. СССР 1805550, МПК⁷ Н 04 В 14/00, заявл. 07.02.91, опубл. 30.03.93. Известная система содержит передающую часть, состоящую из генератора радиочастоты, генератора тактовых импульсов, формирователя D-кодов, фазового модулятора и поляризационного модулятора, канал связи, приемную часть, состоящую из поляризационного селектора, согласованного двухканального фильтра, вычитателя, опорного генератора, перемножителя, фильтра нижних частот и решающего блока.

В передающей части последовательно соединены генератор тактовых импульсов, формирователь D-кодов, фазовый модулятор и поляризационный модулятор, второй вход и выход которого соответственно подключены к выходу генератора тактовых импульсов и является выходом передающей части системы, второй вход фазового модулятора соединен с выходом генератора радиочастоты, выход передающей части соединен через канал связи с входом приемной части, которая одновременно является входом поляризационного селектора, оба выхода которого соединены с соответствующими входами согласованного двухканального фильтра, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами вычитателя, выход которого соединен со вторым входом перемножителя, первый вход и выход которого соединены соответственно с выходом опорного генератора и входом фильтра нижних частот, выход которого соединен с входом решающего блока, выход которого является выходом приемной части.

Система передачи четверично-кодированных радиосигналов - прототип использует для передачи четверично-кодированных последовательностей фазовую манипуляцию с круговой поляризацией, где нечетные элементы четверично-кодированной последовательности передаются левой круговой поляризацией, а четные элементы четверично-кодированной последовательности передаются правой круговой поляризацией, то есть вид поляризации определяет номер дополнительной последовательности в четверично-кодированном радиосигнале.

Недостатком прототипа являются отсутствие возможности применения фазовой манипуляции с круговой поляризацией в каналах радиосвязи со случайными параметрами (фазой, амплитудой и поляризацией) метрового и декаметрового диапазонов волн, что ограничивает область применения данной системы.

Целью изобретения является разработка системы передачи четверично-кодированных радиосигналов, обеспечивающей расширение области применения за счет использования в каналах связи со случайными параметрами (фазой, амплитудой и поляризацией) метрового и декаметрового диапазонов волн для систем с кодовым уплотнением сигналов и систем с множественным доступом.

Для достижения технического результата в систему передачи четверично-кодированных радиосигналов, содержащую в передающей части генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к формирователю D-кодов, выход передающей части соединен через тракт распространения с входом приемной части системы, которая включает вычитатель, выход которого подключен к решающему блоку, выход которого является выходом приемной части системы, дополнительно в передающую часть системы введен формирователь сигналов двукратной частотной манипуляции, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно генератора тактовых импульсов и формирователя D-кодов, выход формирователя сигналов двукратной частотной манипуляции является выходом передающей части системы. В приемную часть системы дополнительно введен селектор сигналов, вход которого является входом приемной части системы, а его первый, второй, третий и четвертый выходы подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам блока выделения дополнительных последовательностей, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам двухканального согласованного фильтра, а первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам вычитателя.

Селектор сигналов состоит из первого, второго, третьего и четвертого полосовых фильтров, входы которых объединены и являются входом селектора сигналов. Выходы первого, второго, третьего и четвертого полосовых фильтров являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами селектора сигналов.

Блок выделения дополнительных последовательностей состоит из первого второго, третьего и четвертого амплитудных детекторов, входы которых являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами блока выделения дополнительных последовательностей. Выход первого амплитудного детектора подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого инвертора, вход которого подключен к выходу второго амплитудного детектора. Выход третьего амплитудного детектора подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго инвертора, вход которого подключен к выходу четвертого амплитудного детектора. Выходы первого и второго сумматоров являются соответственно первым и вторым выходами блока формирования дополнительных последовательностей.

Благодаря новой совокупности существенных признаков за счет введения формирователя сигналов двукратной частотной манипуляции, селектора сигналов и блока выделения дополнительных последовательностей обеспечивается возможность использования двукратной частотной манипуляции при передаче четверично-кодированной последовательности. Этим достигается возможность расширения области применения заявленной системы, в частности, в каналах связи со случайными параметрами (фазой, амплитудой и поляризацией) метрового и декаметрового диапазонов воли для систем с кодовым уплотнением сигналов и систем с множественным доступом.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного устройства условию патентоспособности "новизна". Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Заявленное изобретение поясняется схемами:
Фиг.1 - структурная схема системы передачи четверично-кодированных радиосигналов;
Фиг.2 - структурная схема селектора сигналов;
Фиг. 3 - структурная схема блока выделения дополнительных последовательностей.

Система передачи четверично-кодированных радиосигналов представлена на фиг. 1, содержит в передающей части генератор тактовых импульсов 1, выход которого подключен к формирователю 2 D-кода. Первый и второй входы формирователя 3 сигналов двукратной частотной манипуляции соответственно подключены к выходам генератора тактовых импульсов 1 и формирователя 2 D-кодов. Выход формирователя 3 сигналов двукратной частотной манипуляции является выходом передающей части системы. Выход передающей части системы соединен через тракт 4 распространения с входом приемной части системы, которая одновременно является входом селектора 5 сигналов. Первый, второй, третий и четвертые выходы селектора 5 сигналов подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам блока 6 выделения дополнительных последовательностей. Первый и второй выходы блока 6 выделения дополнительных последовательностей подключены к первому и второму входам двухканального согласованного фильтра 7. Первый и второй выходы двуканального согласованного фильтра 7 подключены соответственно к первому и второму входам вычитателя 8. Выход вычитателя 8 подключен к решающему блоку 9, выход которого является выходом приемной части системы.

Генератор тактовых импульсов 1 предназначен для формирования импульсов определенной длительности. Он может быть реализован как описано в книге Л.М. Гольденберга, Ю.Т. Бутыльского, М.Х. Поляка "Цифровые устройства на интегральных схемах в технике связи" (М.: Связь, 1979, с. 72-76, рис. 3.14).

Формирователь 2 D-кодов предназначен для формирования кодовой последовательности (D-кода) с периодом N = 2^k, где k≥2 целое число. Он может быть реализован как описано в A. с. СССР 1177910, МПК⁶ Н 03 М 5/00, заявл. 18.04.84, опубл. 07.09.85, А. с. СССР 1805550, МПК⁶ Н 04 L 14/00, заявл. 07.02.91, опубл. 30.03.93 или в статье Roland Wilson and John Richter "Generation and Performance of Quadraphase Welti Codes for Radar and Synchronization of Coherent and Differentially Coherent PSK" (IEEE Transactions on Communications, vol. COM-27. N 9, September 1979, p.1296-1301, фиг. 1).

Формирователь 3 сигналов двукратной частотной манипуляции предназначен для формирования четверично-кодированного радиосигнала. Он может быть реализован как описано в книге Н.Л Теплов, Е.Н. Куделин, О.П. Лежнюк "Нелинейные радиотехнические устройства. Часть I" (М.: Воениздат. 1982, с.342-344, рис. 8.42).

Тракт 4 распространения предназначен для распространения четверично-кодированного радиосигнала. Основой тракта распространения является та или иная среда, в которой распространяется сигнал, например в системах электрической связи - это кабель или волновод, в системах радиосвязи - область пространства, в котором распространяются электромагнитные волны.

Селектор 5 сигналов представлен на фиг.2, предназначен для селекции четверично-кодированного радиосигнала и состоит из первого 5.1₁, второго 5.1₂, третьего 5.1₃ и четвертого 5.1₄ полосовых фильтров, входы которых объединены и являются входом селектора 5 сигналов, а выходы первого 5.1₁, второго 5.1₂, третьего 5.1₃ и четвертого 5.1₄ полосовых фильтров являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами селектора 5 сигналов.

Полосовые фильтры 5.1₁, 5.1₂, 5.1₃, 5.1₄ предназначены для частотной селекции строго определенного радиосигнала. Они могут быть реализованы как описано в книге У. Тице, К. Шенк "Полупроводниковая схемотехника" (М.: Мир, 1982, с. 213-216, рис.13.27).

Блок 6 выделения дополнительных последовательностей представлен на фиг. 3, предназначен для выделения первой дополнительной последовательности из нечетных элементов четверично-кодированной последовательности (выделение элементов α,β) и выделения второй дополнительной последовательности из четных элементов четверично-кодированной последовательности (выделение элементов γ,δ) и состоит из первого 6.1₁, второго 6.1₂, третьего 6.1₃ и четвертого 6.1₄ амплитудных детекторов, входы которых являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами блока 6 выделения дополнительных последовательностей, выход первого амплитудного детектора 6.1₁ подключен к первому входу первого сумматора 6.3₁, второй вход которого подключен к выходу первого инвертора 6.2₁, вход которого подключен к выходу второго амплитудного детектора 6.1₂, выход третьего амплитудного детектора 6.1₃ подключен к первому входу второго сумматора 6.3₂, второй вход которого подключен к выходу второго инвертора 6.2₂, вход которого подключен к выходу четвертого амплитудного детектора 6.1₄, а выход первого 6.3₁ и второго 6.3₂ сумматоров являются соответственно первым и вторым выходами блока 6 выделения дополнительных последовательностей.

Амплитудные детекторы 6.1₁, 6.1₂, 6.1₃, 6.1₄ предназначены для выделения огибающей радиосигнала и устранения несущего высокочастотного колебания. Они могут быть реализованы как описано в книге Н.Л Теплов, Е.Н. Куделин, О.П. Лежнюк "Нелинейные радиотехнические устройства. Часть I" (М.: Воениздат, 1982, с.144-149, рис.5.3).

Инверторы 6.2₁, 6.2₂ предназначены для инвертирования сигнала по напряжению. Они могут быть реализованы на основе инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления, равным единице, как описано в книге У. Типе, К. Шенк "Полупроводниковая схемотехника" (М.: Мир. 1982, с.76-77, рис.6.13).

Сумматоры 6.3₁, 6.3₂ предназначены для суммирования сигналов по напряжению. Они могут быть реализованы как описано в книге У. Тице, К. Шенк "Полупроводниковая схемотехника" (М.: Мир, 1982, с.137, рис.11.1).

Двухканальный согласованный фильтр 7 предназначен для сжатия дополнительных последовательностей до длительности одного элемента четверично-кодированной последовательности. Он может быть реализован как описано в А.с. СССР 1721837, МПК⁶ Н 04 L 27/26, заявл. 08.01.90, опубл. 23.03.92.

Вычитатель 8 предназначен для вычитания отрицательного импульса напряжения, поступающего на его второй вход, из положительного импульса напряжения, поступающего на его первый вход. Он может быть реализован как описано в книге У. Тице, К. Шенк "Полупроводниковая схемотехника" (М.: Мир, 1982, с. 137-138, рис.11.2).

Решающий блок 9 предназначен для принятия решения о переданной четверично-кодированной последовательности. Он может быть реализован на основе компаратора, как описано в книге У.Тице, К.Шенк "Полупроводниковая схемотехника" (М.: Мир, 1982, с.76-77, рис.6.13).

Система передачи четверично-кодированных радиосигналов (фиг.1) работает следующим образом.

При включении системы в передающей части генератор 1 тактовых импульсов формирует последовательность тактовых импульсов со скважностью, равной единице. Каждый элемент этой последовательности с высоким уровнем "1" будем считать нечетным, а с низким уровнем "0" - четным. В формирователе 2 D-кодов эта последовательность преобразуется в кодовую последовательность (D-код) с периодом N=2^k, где k≥2 целое число. С выхода формирователя 2 D-кодов кодовая последовательность поступает на второй вход формирователя 3 сигналов двукратной частотной манипуляции, а на первый вход формирователя 3 сигналов двукратной частотной манипуляции поступает последовательность тактовых импульсов с выхода генератора 1 тактовых импульсов, в формирователе 3 сигналов двукратной частотной манипуляции кодовая последовательность преобразуется в четверично-кодированный радиосигнал. В четверично-кодированном радиосигнале будут следующие элементы: α,β,γ,δ, где α,β передают нечетные элементы D-кода, а γ,δ - четные элементы D-кода.

Изменение высокочастотного колебания четверично-кодированного радиосигнала, сформированного в формирователе 3 сигналов двукратной манипуляции, можно описать, например, правилом, представленным в таблице,
где
f₁<f₂<f₃<f₄ или f₁>f₂>f₃>f₄;
Δf₁ = |f₁-f₂|, Δf₂ = |f₂-f₃|, Δf₃ = |f₃-f₄| - частотный сдвиг между соседними частотами;
Δf₁ = n•B, Δf₂ = m•B, Δf₃ = z•B;
В - скорость передачи последовательности элементов D-кода (техническая скорость), она выражается числом посылок, передаваемых за единицу времени, измеряется в бодах.

n = 1,2,.... - целое число;
m = 1,2,.... - целое число;
z = 1,2,.... - целое число.

При n= m=z=1 Δf₁ = Δf₂ = Δf₃, тогда формирователь 3 сигналов двукратной частотной манипуляции формирует четверично-кодированные радиосигналы по следующему правилу:


где f_н - частота несущего колебания радиосигнала;
U_с - амплитуда радиосигнала.

Четверично-кодированный радиосигнал, сформированный в формирователе 3 двукратной частотной манипуляции, поступает в тракт распространения 4, при этом элементы четверично-кодированного радиосигнала выполняют условие ортогональности по частоте.

Пройдя через тракт распространения 4, четверично-кодированный радиосигнал поступает на вход селектора сигналов 5 (фиг.2), являющийся входом приемной части системы.

Четверично-кодированный радиосигнал одновременно поступает на вход первого 5.1₁, второго 5.1₂, третьего 5.1₃ и четвертого 5.1₄ полосовых фильтров. Полосовые фильтры 5.1₁, 5.1₂, 5.1₃, 5.1₄ осуществляют частотную селекцию строго определенных высокочастотных радиосигналов четверично-кодированного радиосигнала:




На выходах полосовых фильтров 5.1₁, 5.1₂, 5.1₃, 5.1₄ соответственно формируются первый, второй, третий и четвертый высокочастотные радиосигналы. Первый, второй, третий и четвертый высокочастотные радиосигналы с соответствующих выходов селектора 5 сигналов соответственно поступают на первый, второй, третий и четвертый входы блока 6 выделения дополнительных последовательностей (фиг.3).

Первый, второй, третий и четвертый высокочастотные радиосигналы с соответствующих выходов блока 6 выделения дополнительных последовательностей поступают на входы соответствующих амплитудных детекторов. Амплитудные детекторы 6.1₁, 6.1₂, 6.1₃, 6.1₄ осуществляют соответственно выделение огибающей из первого, второго, третьего и четвертого высокочастотных радиосигналов и устранение несущих высокочастотных колебаний. Первый сигнал с выхода первого амплитудного детектора 6.1₁ поступает на первый вход первого сумматора 6.3₁. Второй сигнал с выхода второго амплитудного детектора 6.1₂ поступает на вход первого инвертора 6.2₁, а с выхода первого инвертора 6.2₁ инвертированный сигнал поступает на второй вход первого сумматора 6.3₁.

Третий сигнал с выхода третьего амплитудного детектора 6.1₃ поступает на первый вход второго сумматора 6.3₂. Четвертый сигнал с выхода четвертого амплитудного детектора 6.1₄ поступает на вход второго инвертора 6.2₂, а с выхода второго инвертора 6.2₂ инвертированный сигнал поступает на второй вход второго сумматора 6.3₂. На выходах первого 6.3₁ и второго 6.3₂ сумматоров соответственно формируются первая и вторая дополнительные последовательности. При этом первая дополнительная последовательность формируется из нечетных элементов четверично-кодированной последовательности (выделение элементов α,β), а вторая дополнительная последовательность - из четных элементов четверично-кодированной последовательности (выделение элементов γ,δ).

Сформированные дополнительные последовательности поступают на соответствующие входы двуканального согласованного фильтра 7, на его выходах дополнительные последовательности сжимаются до длительности одного элемента четверично-кодированной последовательности, а по напряжению становятся больше в 2^k-1 раз элементов принимаемой четверично-кодированной последовательности. В вычитателе 8 обеспечивается вычитание отрицательного импульса напряжением 2^k-1, поступающего на его второй вход, из положительного импульса напряжением 2^k-1, поступающего на его первый вход. Следовательно, на выходе вычитателя 8 будет формироваться импульс с напряжением в 2^k раз больше амплитуды элемента принимаемой четверично-кодированной последовательности. В результате осуществляется свертка четверично-кодированной последовательности (кодов Велти или Е-кодов), отличающейся тем, что она не имеет боковых выбросов в апериодической АКФ.

В решающем блоке 9 принимается решение о передаче четверично-кодированной последовательности.

Таким образом, предлагаемая система передачи четверично-кодированных радиосигналов обеспечивает расширение области применения в каналах связи со случайными параметрами (фазой, амплитудой и поляризацией) метрового и декаметрового диапазонов волн, например, в системах с кодовым уплотнением сигналов и в системах с множественным доступом.

Изобретение относится к связи и может быть использовано в адаптивных синхронных и асинхронных системах связи. Система передачи четверично - кодированных радиосигналов содержит генератор тактовых импульсов, формирователь D-кода, формирователь сигналов двух кратной частотной манипуляции, селектор сигналов, блок выделения дополнительных последовательностей, двухканальный согласованный фильтр, вычитатель и решающий блок. Достигаемый технический результат - расширение области применения за счет использования в каналах связи со случайными параметрами метрового и декаметрового диапазонов волн в системах с кодовым уплотнением сигналов и в системах с множественным доступом. 2 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Система передачи четверично-кодированных радиосигналов, содержащая в передающей части генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к формирователю D-кодов, выход передающей части соединен через тракт распространения с входом приемной части системы, которая включает вычитатель, выход которого подключен к решающему блоку, выход которого является выходом приемной части системы, отличающаяся тем, что в передающую часть системы дополнительно введен формирователь сигналов двукратной частотной манипуляции, первый и второй входы которого соответственно подключены к выходам генератора тактовых импульсов и формирователя D-кодов, а выход формирователя сигналов двукратной частотной манипуляции является выходом передающей части системы, в приемную часть системы дополнительно введен селектор сигналов, вход которого является входом приемной части системы, а его первый, второй, третий и четвертый выходы соответственно подключены к первому, второму, третьему и четвертому входам блока выделения дополнительных последовательностей, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам двухканального согласованного фильтра, а первый и второй выходы которого соответственно подключены к первому и второму входам вычитателя. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что селектор сигналов состоит из первого, второго, третьего и четвертого полосовых фильтров, входы которых объединены и являются входом селектора сигналов, а выходы первого, второго, третьего и четвертого полосовых фильтров являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами селектора сигналов. 3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что блок выделения дополнительных последовательностей состоит из первого, второго, третьего и четвертого амплитудных детекторов, входы которых являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами блока выделения дополнительных последовательностей, выход первого амплитудного детектора подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого инвертора, вход которого подключен к выходу второго амплитудного детектора, выход третьего амплитудного детектора подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго инвертора, вход которого подключен к выходу четвертого амплитудного детектора, а выход первого и второго сумматоров являются соответственно первым и вторым выходами блока формирования дополнительных последовательностей.