ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ Российский патент 2004 года по МПК H04B7/00 H03C3/40 

Изобретение 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 радиосвязи в незащищенных районах.

Известны системы радиосвязи с шумоподобными сигналами, например, по а.с. 651492, которая 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 (см. Варакин Л.Е. "Системы связи с шумоподобными сигналами", М., "Р и С", 1985 г., стр. 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 ортогональных сигналов. Кроме того, практическая реализация согласованного фильтра при больших базах сигнала представляет собой сложную техническую задачу.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является "Аппаратура для передачи дискретной информации" по а.с. 300946, взятая за прототип.

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

передающая часть:

1 - генератор колебаний несущей и тактовых частот (ГНТЧ);

2 - первый формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);

3 - первый генератор псевдослучайной последовательности (ГПП);

4 - первый блок фазирования;

5, 6 - первый и второй умножители;

7 - фазовращатель на 90°;

8 - фазовый манипулятор;

9 - блок сложения;

приемная часть:

10, 11 - третий и четвертый умножители;

12 - второй формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);

13 - второй генератор псевдослучайной последовательности (ГПП);

14 - второй блок фазирования;

15 - блок синхронизации;

16, 17- первый и второй полосовые фильтры;

18 - фазовый детектор.

Устройство-прототип состоит из передающей и приемной части.

Передающая часть содержит генератор несущей и тактовых частот (ГНТЧ) 1, первый выход которого соединен с первыми входами первого формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП) 2 и первого генератора псевдослучайной последовательности (ГПП) 3, вторые входы которых присоединены соответственно к первому и второму выходам первого блока фазирования 4; выход первого ФОПП 2 соединен с первым входом первого умножителя 5, второй вход которого соединен с выходом фазовращателя на 90° 7, вход которого соединен с первым входом фазового манипулятора 8 и со вторым выходом ГНТЧ 1; выход первого ГПП 3 соединен с первым входом второго умножителя 6, второй вход которого присоединен к выходу фазового манипулятора 8, второй, информационный вход которого является входом передающей части; выход второго умножителя 6 соединен со вторым входом блока сложения 9, первый вход которого подключен к выходу первого умножителя 5; выход блока сложения 9 является выходом передающей части.

Приемная часть содержит блок синхронизации 15, вход которого, являющийся входом приемной части, соединен с первыми входами третьего 10 и четвертого 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 блока синхронизации 15 соединен с первыми входами второго формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП) 12 и второго генератора псевдослучайной последовательности (ГПП) 13, вторые входы которых присоединены к первому и второму выходам блока фазирования 14 соответственно; выход второго ФОПП 12 соединен со вторым входом третьего умножителя 10, а выход второго ГПП 13 соединен со вторым входом четвертого умножителя 11.

Устройство-прототип работает следующим образом.

В передающей части блок 1 формирует две частоты: тактовую и несущую. Тактовая частота с первого выхода блока 1 поступает на первые входы блоков 2 и 3, 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 блоков 2 и 3 при любом фазовом сдвиге между ними (квазиортогональные двоичные ПСП). Это условие необходимо для их эффективного разделения и подавления эхо-сигнала в приемной части.

Блок 4 устанавливает сдвиговые регистры блоков 2 и 3 в одинаковое начальное состояние, что обеспечивает связь по фазе их ПСП. Двоичная ПСП с выхода блока 2 поступает на первый вход блока 5, на второй вход которого со второго выхода блока 1 через блок 7 поступает колебание несущей частоты. С выхода блока 5 на первый вход блока 9 поступает сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180° по закону двоичной ПСП.

Со второго выхода блока 1 колебание несущей частоты поступает на первый вход блока 8, на второй, информационный вход которого поступает входная информация. С выхода блока 8 фазоманипулированное колебание поступает на второй вход блока 6, на первый вход которого поступает двоичная ПСП с выхода блока 3. На выходе блока 6 формируется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180° по закону двоичной ПСП. В зависимости от знака передаваемой информации блок 8 осуществляет поворот фазы несущей частоты сигнала на выходе блока 6 относительно фазы несущей частоты сигнала на выходе блока 5 на 0 или 180°. Таким образом, в зависимости от знака передаваемой информации несущие частоты этих сигналов сдвинуты между собой по фазе.

С выходов блоков 5 и 6 сигналы поступают на блок 9, в котором формируется выходной сигнал передающей части, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 0, 90, 180 и 270°, причем моменты манипуляции и порядок следования этих величин фаз определяются соотношением значений элементов двоичных ПСП блоков 2 и 3 и передаваемой разностью фаз.

С входа приемной части устройства сигнал поступает на третий 10 и четвертый 11 умножители, аналогичные первому 5 и второму 6 умножителям передающей части, а также на вход блока 15, с выхода которого сигнал поступает на первые входы блоков 12 и 13. В блоке 10 принимаемый сигнал умножается на двоичную ПСП, которую вырабатывает блок 12, аналогичный блоку 2 передающей части. Сигнал с выхода блока 10 поступает на блок 16, который выделяет колебание несущей частоты сигнала. Сигнал с выхода блока 11 поступает на блок 17, который выделяет манипулированное по фазе колебание несущей частоты сигнала. Блок 14, аналогичный блоку 4 передающей части, обеспечивает связь по фазе выходных последовательностей блоков 12 и 13, соответствующее связи по фазе последовательностей блоков 2 и 3 передающей части. Двоичные ПСП, вырабатываемые блоками 12 и 13, синхронизируются с двоичными ПСП принимаемого сигнала с помощью блока 15. С выходов блоков 16 и 17 сигналы поступают на первый и второй входы блока 18 соответственно, где выделяется полезная информация, поступающая на выход устройства.

Недостатком устройства-прототипа является малая скрытность передаваемой информации, т.к. информация в эфир передается в незащищенном виде.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее в передающей части: последовательно соединенные генератор несущей и тактовых частот, первый формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности и первый умножитель, выход которого соединен с первым входом блока сложения, выход которого является выходом передающей части устройства, а также последовательно соединенные первый генератор псевдослучайной последовательности и второй умножитель, выход которого соединен со вторым входом блока сложения; кроме того, вторые входы первого формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности и первого генератора псевдослучайной последовательности соединены соответственно с первым и вторым выходами первого блока фазирования, при этом первый вход первого генератора псевдослучайной последовательности соединен с первым выходом генератора несущей и тактовых частот, второй выход которого соединен с входом фазовращателя на 90° и с первым входом фазового манипулятора, второй, информационный вход которого является входом устройства, а выход фазового манипулятора соединен со вторым входом второго умножителя; в приемной части: последовательно соединенные четвертый умножитель, второй полосовой фильтр и фазовый детектор, выход которого является выходом устройства, а также блок синхронизации, вход которого, являющийся входом приемной части устройства, соединен с первыми входами четвертого умножителя и третьего умножителя, выход которого соединен с входом первого полосового фильтра; выход блока синхронизации соединен с первыми входами второго формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности и второго генератора псевдослучайной последовательности, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами второго блока фазирования, а выходы второго формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности и второго генератора псевдослучайной последовательности соединены со вторыми входами третьего и четвертого умножителей соответственно, введено в передающей части: последовательно соединенные генератор одиночных импульсов и многоотводная линия задержки, а также первый, второй и третий инверторы, сумматор и балансный модулятор, причем первый выход первого блока фазирования соединен с входом генератора одиночных импульсов; первый, второй, третий и шестой выходы многоотводной линии задержки соединены соответственно с первым, вторым, третьим и шестым входами сумматора, а четвертый, пятый и седьмой выходы многоотводной линии задержки через первый, второй, и третий инверторы соединены соответственно с четвертым, пятым и седьмым входами сумматора, выход которого соединен с первым входом балансного модулятора, второй вход которого присоединен к выходу фазовращателя на 90°, а выход балансного модулятора соединен со вторым входом первого умножителя; в приемной части: последовательные соединенные коррелятор и третий полосовой фильтр, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, а выход первого полосового фильтра соединен с входом коррелятора.

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

передающая часть:

1 - генератор колебаний несущей и тактовых частот (ГНТЧ);

2 - первый формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);

3 - первый генератор псевдослучайной последовательности (ГПП);

4 - первый блок фазирования;

5, 6 - первый и второй умножители;

7 - фазовращатель на 90°;

8 - фазовый манипулятор;

9 - блок сложения;

19 - генератор одиночных импульсов;

20 - многоотводная линия задержки;

21₁, 2l₂, 21₃ - первый, второй и третий инверторы;

22 - сумматор;

23 - балансный модулятор;

приемная часть:

10, 11 - третий и четвертый умножители;

12 - второй формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);

13 - второй генератор псевдослучайной последовательности (ГПП);

14 - второй блок фазирования;

15 - блок синхронизации;

16, 17 - первый и второй полосовые фильтры;

18 - фазовый детектор;

24 - коррелятор;

25 - третий полосовой фильтр.

Предлагаемое устройство состоит из передающей и приемной части. Передающая часть устройства содержит последовательно соединенные генератор несущей и тактовых частот (ГНТЧ) 1, первый формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП) 2 и первый умножитель 5, выход которого соединен с первым входом блока сложения 9, выход которого является выходом передающей части устройства. Кроме того, первый выход ГНТЧ 1 через последовательно соединенные первый генератор псевдослучайной последовательности (ГПП) 3 и второй умножитель 6 соединен со вторым входом блока сложения 9. Вторые входы первого ФОПП 2 и первого ГПП 3 соединены соответственно с первым и вторым выходами блока фазирования 4. Второй выход ГНТЧ 1 через фазовращатель на 90° 7 соединен со вторым входом балансного модулятора 23, а через фазовый манипулятор 8, второй, информационным вход которого является входом передающей части устройства, второй выход ГНТЧ 1 соединен со вторым входом второго умножителя 6. Кроме того, первый выход блока фазирования 4 через генератор одиночных импульсов 19 соединен с входом многоотводной линии задержки (МЛЗ) 20, первый, второй, третий и шестой выходы (отводы) которой соединены соответственно с первым, вторым, третьим и шестым входами сумматора 22, а четвертый, пятый и седьмой выходы МЛЗ 20 соответственно через первый 21₁, второй 21₂ и третий 21₃ инверторы соединены с четвертым, пятым и седьмым входами сумматора 22, выход которого подсоединен к первому входу балансного модулятора 23, выход которого присоединен ко второму входу первого умножителя 5.

Приемная часть устройства содержит последовательно соединенные четвертый умножитель 11, второй полосовой фильтр 17 и фазовый детектор 18, выход которого является выходом устройства, а также содержит блок синхронизации 15, вход которого, являющийся входом приемной части устройства, соединен с первыми входами четвертого умножителя 11 и третьего умножителя 10, выход которого через последовательно соединенные первый полосовой фильтр 16, коррелятор 24 и третий полосовой фильтр 25 соединен со вторым входом фазового детектора 18; выход блока синхронизации 15 соединен с первыми входами второго ФОПП 12 и второго ГПП 13, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами второго блока фазирования 14, а выходы второго ФОПП 12 и второго ГПП 13 соединены со вторыми входами соответственно третьего 10 и четвертого 11 умножителей.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

В передающей части блок 1 формирует две частоты: тактовую и несущую. Тактовая частота с первого выхода блока 1 поступает на первые входы блоков 2 и 3, которые вырабатывают двоичные псевдослучайные последовательности (ПСП). Эти ПСП представляют собой совокупности биполярных импульсов постоянного тока одинаковой величины и длительности, которая определяется тактовой частотой. Законы образования ПСП выбираются такими, чтобы обеспечить малую взаимную корреляцию между псевдослучайными последовательностями блоков 2 и 3 при любом фазовом сдвиге между ними (квазиортогональные двоичные ПСП). Это условие необходимо для эффективного разделения и подавления эхо-сигналов в приемной части устройства. Блок 4 устанавливает сдвиговые регистры блоков 2 и 3 в одинаковое начальное состояние, так что обеспечивается связь по фазе их ПСП. Со второго выхода блока 4 на второй вход блока 3 поступают прямоугольные синхроимпульсы (см. фиг.3,а), период следования которых равен длительности сигнала Баркера (Т) и равен периоду следования ортогональной ПСП блока 2, а также периоду следования опорной ПСП блока 3. Число N кодовых последовательностей Баркера можно выбрать из таблицы 3.2 стр. 45 (см. Варакин Л.Е. "Системы связи с шумоподобными сигналами", М., "Р и С", 1985 г.). В нашем случае выбираем N=7. С первого выхода блока 4 узкие прямоугольные импульсы подаются на блок 19, который, в свою очередь, формирует одиночные импульсы длительностью τ₀ и периодом Т. В нашем случае Т=7·τ₀, где τ₀ - длительность одиночного (единичного) прямоугольного импульса на выходе блока 19 (см. фиг.3,б). Эти одиночные прямоугольные импульсы с выхода блока 19 поступают на вход блока 20, который имеет для нашего случая семь выходов (отводов), расположенных через интервалы времени, равные τ₀.

Кодовая последовательность Баркера с N=7 имеет вид: 111-1-11-1. В этом случае импульсы с первого, второго, третьего и шестого выходов блока 20 поступают на соответственно на первый, второй, третий и шестой входы блока 22, а импульсы с четвертого, пятого и седьмого выходов блока 20 поступают на четвертый, пятый и седьмой входы блока 22 соответственно через блоки 21₁, 21₂ и 21₃, которые осуществляют изменение фазы на π (180°), то есть преобразуют положительные одиночные импульсы в отрицательные. На выходе блока 22 формируется видеосигнал Баркера (см. фиг.3,в), который поступает на первый вход блока 23, на второй вход которого подается радиочастотное колебание с выхода блока 7. Блок 23 осуществляет фазовую модуляцию радиочастотного колебания (см. фиг.3,г) в соответствии с кодовой последовательностью Баркера (см. фиг.3,д). Далее сигнал с выхода блока 23 поступает на второй вход блока 5. Таким образом, с выхода блока 23 на второй вход блока 5 поступает сигнал, на который накладывается сигнал Баркера (в нашем случае сигнал Баркера с N=7). При этом осуществляется дополнительное закрытие передаваемого сигнала. С выходов блоков 5 и 6 сигналы поступают соответственно на первый и второй входы блока 9, где формируется выходной сигнал передающей части предлагаемого устройства, который представляет собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 0, 90, 180 и 270°, причем моменты манипуляции и порядок следования этих величин фаз определяются знаками элементов ПСП блоков 2 и 3 и передаваемой разностью фаз.

Сигнал со входа приемной части поступает на первые входы блоков 10 и 11, аналогичные блокам 5 и 6 передающей части, а также на вход блока 15, выходной сигнал которого, поступая на первые входы блоков 12 и 13, служит для синхронизации двоичных ПСП, вырабатываемых блоками 12 и 13 в приемной части, с двоичными ПСП принимаемого сигнала. Сигналы с первого и второго выходов блока 14, поступая на вторые входы блоков 12 и 13 соответственно, обеспечивают связь по фазе выходных последовательностей блоков 12 и 13, соответствующую связи по фазе последовательностей блоков 2 и 3 передающей части. Двоичная ПСП с выхода блока 13, аналогичного блоку 3 передающей части, поступает на второй вход блока 11, где она перемножается с входным сигналом. Сигнал с выхода блока 11 поступает на вход блока 17, где выделяется манипулированное по фазе колебание несущей частоты сигнала, которое с выхода блока 17 подается на второй вход блока 18. Двоичная ПСП с выхода блока 12, аналогичного блоку 2 передающей части, поступает на второй вход блока 10, где она перемножается с входным сигналом. Сигнал с выхода блока 10 поступает на вход блока 16, который выделяет колебание несущей частоты сигнала. С выхода блока 16 сигнал поступает на вход блока 24, где происходит обработка сигналов Баркера. С выхода блока 24 через блок 25 сигнал поступает на первый вход блока 18, который выделяет полезную информацию, поступающую на выход устройства.

Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет применения сигнала Баркера в значительной степени повышается скрытность передаваемой информации.

Устройство относится к области радиотехники 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 незащищенных районах. Достигаемый технический результат – повышение скрытности передаваемой информации. Устройство содержит в передающей части генератор колебаний несущей и тактовой частот (1), первый формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (2), первый генератор псевдослучайной последовательности (3), первый блок фазирования (4), первый и второй умножители (5,6), фазовращатель на 90° (7), фазовый манипулятор (8), блок сложения (9), генератор одиночных импульсов (19), многоотводная линия задержки (20), инверторы (21₁, 21₂, 21₃), сумматор (22) и балансный модулятор (23). Устройство содержит в приемной части третий и четвертый умножители (10,11), второй формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (12), второй генератор псевдослучайной последовательности (13), второй блок фазирования (14), полосовые фильтры (16,17,25), фазовый детектор (18), коррелятор (24). 3 ил.

Линия радиосвязи, содержащая в передающей части последовательно соединенные генератор несущей и тактовых частот, первый формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности и первый умножитель, выход которого соединен с первым входом блока сложения, выход которого является выходом передающей части устройства, а также последовательно соединенные первый генератор псевдослучайной последовательности и второй умножитель, выход которого соединен со вторым входом блока сложения; кроме того, вторые входы первого формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности и первого генератора псевдослучайной последовательности соединены соответственно с первым и вторым выходами первого блока фазирования, при этом первый вход первого генератора псевдослучайной последовательности соединен с выходом генератора несущей и тактовых частот, второй выход которого соединен с входом фазовращателя на 90° и с первым входом фазового манипулятора, второй информационный вход которого является входом устройства, а выход фазового манипулятора соединен со вторым входом второго умножителя; в приемной части последовательно соединенные четвертый умножитель, второй полосовой фильтр и фазовый детектор, выход которого является выходом устройства, а также блок синхронизации, вход которого, являющийся входом приемной части устройства, соединен с первыми входами четвертого умножителя и третьего умножителя, выход которого соединен с входом первого полосового фильтра; выход блока синхронизации соединен с первыми входами второго формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности и второго генератора псевдослучайной последовательности, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами второго блока фазирования, а выходы второго формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности и второго генератора псевдослучайной последовательности соединены со вторыми входами третьего и четвертого умножителей соответственно, отличающаяся тем, что введены в передающей части последовательно соединенные генератор одиночных импульсов и многоотводная линия задержки, а также первый, второй и третий инверторы, сумматор и балансный модулятор, причем первый выход первого блока фазирования соединен с входом генератора одиночных импульсов; первый, второй, третий и шестой выходы многоотводной линии задержки соединены соответственно с первым, вторым, третьим и шестым входами сумматора, а четвертый, пятый и седьмой выходы многоотводной линии задержки через первый, второй, и третий инверторы соединены соответственно с четвертым, пятым и седьмым входами сумматора, выход которого соединен с первым входом балансного модулятора, второй вход которого присоединен к выходу фазовращателя на 90°, а выход балансного модулятора соединен со вторым входом первого умножителя; в приемной части - последовательные соединенные коррелятор и третий полосовой фильтр, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, а выход первого полосового фильтра соединен с входом коррелятора.