УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОНАПРАВЛЕННОЙ СВЯЗИ Российский патент 2005 года по МПК H04B7/00 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах многонаправленной радиосвязи при известных направлениях на корреспондентов.

Известна цифровая распределительная система “Пихта-7ЦФ” (“Электросвязь”, 4, 2000 г., с.12-15), содержащая антенну с секторной диаграммой направленности, приемопередатчик, антенно-фидерное устройство, цифровое оборудование базовой станции, оборудование временного объединения и разделения цифровых каналов, обеспечивающая дуплексный обмен информацией одновременно с несколькими абонентскими станциями на одной паре частот (передачи и приема) в режиме многостанционного доступа с временным разделением.

Недостатком данной системы является невысокая надежность приема информации в условиях сложной радиопомеховой обстановки в районе размещения базовой станции.

Известно также приемное устройство для многонаправленной радиосвязи по авторскому свидетельству SU 1459596 А1, МПК⁶ Н 04 В 17/24, заявлено 20.05.86, опубликовано 20.08.99. Известное устройство состоит из М антенных элементов, где М≥3, соединенных с М делителями мощности, N выходов, где 2<N<M, каждого делителя мощности соединены с соответствующими входами М элементов формирования диаграммы направленности, управляющие входы которых соединены с выходами блока управления формированием диаграммы направленности, М приемников, блока коммутации, М управляемых сумматоров, М блоков оценки качества приема, блока управления перераспределением мощности, причем выходы элементов формирования диаграммы направленности соединены с входами блока коммутации, выходы которого соединены с входами М управляемых сумматоров, выходы управляемых сумматоров соединены с соответствующими входами М приемников, выходы которых соединены с соответствующими входами М блоков оценки качества приема, управляемые входы блока коммутации соединены с выходами блока управления перераспределением мощности и входами управления управляемых сумматоров, что позволяет подключать к одному приемнику три, четыре и т.д. элементов формирования диаграмм направленности для доведения качества приема сигналов до необходимого.

При таком построении устройства благодаря перераспределению мощности входных сигналов между приемниками достигается некоторое повышение надежности приема информации.

Наиболее близким к заявляемому устройству по принципу действия и технической реализации является устройство для многонаправленной связи по авторскому свидетельству 2207722, МПК⁷ Н 04 В 7/00, заявлено 27.07.2001 г., опубликовано 27.06.2003 г., состоящее из М антенных элементов, где М≥3, М блоков делителей мощности приемного тракта, М модулей формирования диаграмм направленности, блока коммутации, N блоков управляемых сумматоров, где 2<N<M, N приемников, N блоков оценки качества приема, блока управления перераспределением мощности, блока управления формированием диаграмм направленности, блока приемопередающих модулей, передатчика, блока временного уплотнения каналов, блока управления узловой и оконечными станциями, причем i-ый антенный элемент подключен к i-му оконечному выходу блока приемопередающих модулей, а i-ый приемный выход блока приемопередающих модулей подключен ко входу i-го блока делителя мощности приемного тракта. Вход блока приемопередающих модулей подключен к выходу передатчика. J-ый, где j=1, 2,..., M, выход i-го блока делителя мощности приемного тракта подключен к i-му, где i=1, 2,..., М, входу j-го модуля формирования диаграмм направленности. Управляющая выходная шина режима приема блока управления формированием диаграмм направленности подключена к М управляемым входам каждого модуля формирования диаграмм направленности. Выход i-го модуля формирования диаграмм направленности подключен к i-му входу блока коммутации, М выходов k-ой группы выходов блока коммутации, где k=1, 2, 3,..., N, подключены к соответствующим М информационным входам k-го блока управляемого сумматора, N управляющих выходов блока управления перераспределением мощности подключены к соответствующим N управляемым входам блока коммутации и управляемым входам соответствующих N блоков управляемых сумматоров. Выход k-го блока управляемого сумматора подключен к информационному входу k-го приемника, контрольный выход которого подключен к контролирующему входу k-го блока оценки качества приема. Информационный выход k-го приемника подключен к k-му входу группы информационных входов блока временного уплотнения каналов. Управляющая выходная шина режима передачи блока управления формированием диаграмм направленности подключена к М управляемым входам блока приемопередающих модулей. Управляемый вход передатчика подключен к управляющему выходу команд настройки передатчика блока управления узловой и оконечными станциями. Информационный вход передатчика подключен к информационному выходу блока временного уплотнения каналов. Управляющий выход команд взаимодействия блока управления узловой и оконечными станциями подключен к служебному входу блока временного уплотнения каналов. Информационные вход и выход блока временного уплотнения каналов являются соответствующими информационными входом и выходом устройства. Контрольный выход k-ro блока оценки качества приема подключен к k-му входу группы контрольных входов блока управления узловой и оконечными станциями. Управляемый вход k-ro приемника подключен к k-му выходу группы управляющих выходов блока управления узловой и оконечными станциями. Управляющий выход команд перераспределения мощности блока управления узловой и оконечными станциями подключен к управляемому входу блока управления перераспределением мощности. Управляющий выход команд формирования диаграмм направленности блока управления узловой и оконечными станциями подключен к управляемому входу блока управления формированием диаграмм направленности. N информационных групп входа, по четыре входа в каждой группе, блока управления узловой и оконечными станциями являются соответствующими установочными входами устройства. В сторону оконечных станций корреспондентов работа ведется на одной частоте с временным разделением каналов. Станции корреспондентов отвечают каждая на своей частоте.

В данном устройстве осуществляются перераспределение мощности входных сигналов между приемниками за счет того, что к k-му приемнику 7 можно подключать три, четыре и так далее модуля формирования диаграмм направленности, доводя соотношения сигнал/(помеха+шум) до требуемого, а также частотная адаптация приемников узловой станции и передатчиков оконечных станций. Этим достигается некоторое повышение надежности приема информации при ведении многонаправленной радиосвязи в условиях воздействия радиопомех.

Недостатком прототипа является недостаточно высокая надежность многонаправленной связи в условиях радиопомех, так как в устройстве производится линейное сложение нескольких копий сигналов одного направления с выходов модулей формирования диаграммы направленности ко входу приемника без учета вносимой помехи и шума, что может привести в случае воздействия направленных радиопомех к резкому уменьшению отношения сигнал/(помеха+шум) на входе приемника и, таким образом, к уменьшению надежности связи на направлении, при этом улучшить качество приема на этих направлениях путем перераспределения мощности входных сигналов без ухудшения качества приема на других направлениях связи невозможно.

Целью изобретения является разработка устройства для многонаправленной связи, обеспечивающего более высокую надежность многонаправленной связи в условиях радиопомех, за счет оптимального сложения копий сигналов для каждого направления связи с учетом отношения сигнал/(помеха+шум).

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для многонаправленной связи, содержащее М антенных элементов, где М≥3, блок приемопередающих модулей, М блоков делителей мощности приемного тракта, М модулей формирования диаграмм направленности, N демодуляторов, где 2≤N≤M, N блоков оценки качества приема, блок управления формированием диаграмм направленности, передатчик, блок временного уплотнения каналов, блок управления узловой и оконечными станциями, управляющая выходная шина режима передачи блока управления формированием диаграмм направленности подключена к М управляемым входам блока приемопередающих модулей, i-ый, где i=1, 2,..., М, антенный элемент подключен к i-му оконечному выходу блока приемопередающих модулей, приемный выход блока приемопередающих модулей подключен ко входу i-го блока делителя мощности приемного тракта, а информационный вход блока приемопередающих модулей подключен к выходу передатчика, j-ый, где j=1,2,...,М, выход i-го блока делителя мощности приемного тракта подключен к i-му входу j-го модуля формирования диаграмм направленности, шина управления режимом приема блока управления формированием диаграмм направленности подключена к М управляемым входам каждого модуля формирования диаграмм направленности, контрольный выход k-го, где k=1, 2,...N, демодулятора подключен к контролирующему входу k-гo блока оценки качества приема, а информационный выход k-гo демодулятора подключен к k-му входу группы информационных входов блока временного уплотнения каналов, контрольный выход k-гo блока оценки качества приема подключен k-му входу группы контрольных входов блока управления узловой и оконечными станциями, управляемый вход передатчика подключен к управляющему выходу команд настройки передатчика блока управления узловой и оконечными станциями, а информационный вход передатчика подключен к информационному выходу блока временного уплотнения каналов, управляющий выход команд взаимодействия блока управления узловой и оконечными станциями подключен к служебному входу блока временного уплотнения каналов, а информационные вход и выход блока временного уплотнения каналов являются соответственно информационными входом и выходом устройства, управляющий выход команд формирования диаграмм направленности блока управления узловой и оконечными станциями подключен к управляемому входу блока управления формированием диаграмм направленности, N информационных групп входа по четыре входа в каждой группе блока управления узловой и оконечными станциями являются соответствующими установочными входами устройства, дополнительно введены N блоков оптимального сложения, N блоков сигналов высокой частоты, выход i-гo модуля формирования диаграмм направленности подключен к i-му информационному входу каждого блока сигналов высокой частоты, управляемый вход k-го блока сигналов высокой частоты подключен к k-му выходу группы управляющих выходов блока управления узловой и оконечными станциями, М выходов k-го блока сигналов высокой частоты подключены к соответствующим М входам k-го блока оптимального сложения, выход k-го блока оптимального сложения подключен к информационному входу k-го демодулятора.

Благодаря новой совокупности существенных признаков за счет введения вышеуказанных блоков и связей между элементами в устройстве осуществляется сложение нескольких копий сигналов одного направления с выходов модулей формирования диаграммы направленности ко входу приемника с учетом соотношения сигнал/(помеха+шум) в каждой копии сигнала одного направления связи, при этом улучшение качество приема на направлениях происходит без ухудшения качества приема на других направлениях связи. Этим достигается повышение надежности многонаправленной радиосвязи в условиях направленных радиопомех.

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.

Заявляемое устройство для многонаправленной радиосвязи, показанное на фиг.1, состоит из М антенных элементов 1, где М≥3, блока приемопередающих модулей 2, М блоков делителей мощности приемного тракта 3, М модулей формирования диаграмм направленности 4, N блоков сигналов высокой частоты 5, где 2≤N≤M, N блоков оптимального сложения 6, N демодуляторов 7, N блоков оценки качества приема 8, блока управления формированием диаграмм направленности 9, передатчика 10, блока временного уплотнения каналов 11, блока управления узловой и оконечными станциями 12.

Оконечный i-ый, где i=1, 2,..., M, выход блока приемопередающих модулей 2 подключен к i-му антенному элементу 1_i, а i-ый приемный выход блока приемопередающих модулей 2 подключен ко входу i-го блока делителя мощности приемного тракта 3_i. Информационный вход блока приемопередающих модулей 2 подключен к выходу передатчика 10. J-ый, где j=1, 2,..., М, выход i-го блока делителя мощности приемного тракта 3_i подключен к i-му входу j-го модуля формирования диаграмм направленности 4_i. Управляющая выходная шина режима передачи блока управления формированием диаграмм направленности 9, содержащая М управляемых цепей, подключена к М управляемым входам блока приемопередающих модулей 2. Управляющая выходная шина режима приема блока управления формированием диаграмм направленности 9, содержащая МхМ управляющих цепей, подключена к М управляемым входам каждого из М модулей 4₁-4_M формирования диаграмм направленности. Выход i-го модуля формирования диаграмм направленности 4_i подключен к i-му информационному входу каждого из N блоков сигналов высокой частоты 5_1-5_N. Управляемый вход k-го, где k=1, 2, 3,..., N, блока сигналов высокой частоты 5_k подключен к k-му выходу группы управляющих выходов блока управления узловой и оконечными станциями 12. М выходов k-го блока сигналов высокой частоты 5_k подключены к соответствующим М входам k-го блока оптимального сложения 6_k. Выход k-го блока оптимального сложения 6_k подключен к информационному входу k-го демодулятора 7_k. Контрольный выход k-го демодулятора 7_k подключен к контролирующему входу k-го блока оценки качества приема 8_k, a информационный выход k-го демодулятора 7_k подключен к k-му входу группы информационных входов блока временного уплотнения каналов 11. Контрольный выход k-го блока оценки качества приема 8_k подключен к k-му входу группы контрольных входов блока управления узловой и оконечными станциями 12. Управляемый вход передатчика 10 подключен к управляющему выходу команд настройки передатчика блока управления узловой и оконечными станциями 12, а информационный вход передатчика 10 подключен к информационному выходу блока временного уплотнения каналов 11. Управляющий выход команд взаимодействия блока управления узловой и оконечными станциями 12 подключен к служебному входу блока временного уплотнения каналов 11. Информационные вход и выход блока временного уплотнения каналов 11 являются соответственно информационными входом и выходом устройства. Управляющий выход команд формирования диаграмм направленности блока управления узловой и оконечными станциями 12 подключен к управляемому входу блока управления формированием диаграмм направленности 9. N информационных групп входа по четыре входа в каждой группе блока управления узловой и оконечными станциями 12 являются соответствующими установочными входами устройства.

Антенные элементы 1_1-1_М предназначены для преобразования электромагнитной энергии радиоволн полезного сигнала в электрические токи полезных сигналов. Конструкция антенных элементов, образующих антенную систему типа фазированной антенной решетки, известна и описана, например, в книге: Антенны и устройства СВЧ (Проектирование фазированных антенных решеток). Д.И.Воскресенский, Р.А.Грановская, Н.С.Давыдова и др./ Под ред. Д.И.Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1981, 432 с., с.31-38.

Блок приемопередающих модулей 2 предназначен для получения необходимого амплитудно-фазового соотношения излучаемых сигналов в антенных элементах 1_1-1_М, развязки антенных элементов 1_1-1_M, разделения каналов приема и передачи, а также для деления мощности передатчика на М равных частей. Конструкция приемопередающего модуля известна и описана в упомянутой книге под ред. Д.И.Воскресенского на с.403-405.

Блоки делителей мощности 3₁-3_M приемного тракта идентичны и предназначены для деления мощности входного сигнала на М равных частей. Конструкции их известны и описаны, например, в статье: Якимев Б.Я., Солонцов П.А. Многоканальный СВЧ-делитель мощности с произвольным амплитудным распределением на выходах. - Изв. вузов СССР, Радиоэлектроника, 1987, 2, с.118-121.

Блоки формирования диаграмм направленности 4₁-4_M идентичны и предназначены для синфазного сложения М копий полезных сигналов одного из направлений связи, наведенных в соответствующих М антенных элементах 1_1-1_М. Конструкция блоков известна и может быть реализована, например, по схеме, показанной на фиг.2 в описании патента РФ на изобретение №2207722 С2, опубликовано 23.06.2003 г.

Блоки сигналов высокой частоты 5₁-5_N идентичны и предназначены для селекции М копий полезных сигналов одного из направлений связи, их усиления, преобразования из высокочастотного спектра в сигнал промежуточной частоты, и предварительного усиления М копий сигналов промежуточной частоты. Пример реализации блока сигналов высокой частоты 5 представлен на фиг.3. В состав блока сигналов высокой частоты 5 входит М приемников сигналов высокой частоты 5.1₁-5.1_M, причем вход i-го, где i=1, 2,..., M, приемника сигналов высокой частоты 5.1_i является i-ым информационным входом блока сигналов высокой частоты 5, а выход i-го приемника сигналов высокой частоты 5.1_i является i-ым выходом блока сигналов высокой частоты 5. Управляющие входы приемников сигналов высокой частоты 5.1₁-5.1_M объединены и являются управляющим входом блока сигналов высокой частоты 5. Вариант построения приемника сигналов высокой частоты известен и описан, например, в статье: Поборчий Е.Д. Радиорелейная система "Пихта-2".// Электросвязь. - 1991. - 5, с.9-12.

Блоки оптимального сложения 6₁-6_N идентичны и предназначены для усиления М копий сигнала промежуточной частоты одного направления связи, групповой автоматической регулировки уровня М копий сигнала одного направления для обеспечения равных коэффициентов передачи, автоматической регулировки уровня М копий сигнала по шумам для выравнивания уровня шумов различных копий сигнала, фазирования М копий сигналов одного направления, и оптимального сложения М копий сигналов пропорционально отношению сигнал/(помеха+шум). Вариант реализации блока оптимального сложения 6 представлен на фиг.2. Блок оптимального сложения 6 состоит из М усилителей промежуточной частоты 6.1₁-6.1_M, М фазирующих устройств 6.2₁-6.2_M, схемы опорного тракта 6.3. Информационные входы усилителей промежуточной частоты 6.1₁-6.1_M являются соответствующими информационными входами блока оптимального сложения 6, а информационный выход i-го, где i=1, 2,..., M, усилителя промежуточной частоты 6.1_i подключен к i-му информационному входу фазирующего устройства 6.2_i. Информационный выход i-го фазирующего устройства 6.2_i подключен к i-му информационному входу схемы опорного тракта 6.3. Управляющий выход шумовой автоматической регулировки уровня i-го фазирующего устройства 6.2_i подключен к управляемому входу шумовой автоматической регулировки i-го усилителя промежуточной частоты 6.1_i, а управляющий выход групповой автоматической регулировки уровня i-го фазирующего устройства 6.2_i подключен к i-му управляемому входу групповой автоматической регулировки уровня схемы опорного тракта 6.3. Управляющий выход групповой автоматической регулировки уровня схемы опорного тракта 6.3 подключен к управляемым входам групповой автоматической регулировки уровня всех М усилителей промежуточной частоты 6.1₁-6.1_M. Управляющий выход напряжения опорной шумовой автоматической регулировки уровня схемы опорного тракта 6.3 подключен к управляемым входам опорного напряжения шумовой автоматической регулировки уровня каждого из М усилителей промежуточной частоты 6.1₁-6.1_M, а управляющий выход опорного сигнала схемы опорного тракта 6.3 подключен к управляемому входу каждого из М фазирующих устройств 6.2₁-6.2_M. Информационный выход схемы опорного тракта 6.3 является выходом блока оптимального сложения 6.

Усилители промежуточной частоты 6.1₁-6.1_M идентичны и предназначены для усиления М копий сигнала промежуточной частоты одного направления связи, параллельной групповой автоматической регулировке уровня М копий сигнала одного направления для обеспечения равных коэффициентов передачи и автоматической регулировки уровня М копий сигнала по шумам для выравнивания уровня шумов различных копий сигнала. Вариант реализации усилителя промежуточной частоты известен и может быть реализован, например, по схеме: Тропосферная станция Р-410М-7,5. Альбом схем.// Л.: ВАС., 1982, 26 с. Рис.4.7.

Фазирующие устройства 6.2₁-6.2_M идентичны и предназначены для приведения М копий сигналов одного направления связи к единой фазе, а также для формирования напряжений групповой и шумовой автоматических регулировок уровня. Схема построения фазирующих устройств известна и описана, например в книге: Тропосферная станция Р-410М-7,5. В.К.Снежко, М.А.Вознюк, Н.В.Мастеров.// Л.: ВАС., 1982, 100 с., с.74. Тропосферная станция Р-410М-7,5. Альбом схем.// Л.: ВАС., 1982, 26 с., Рис.4.7.

Схема опорного тракта 6.3 предназначена для сложения сфазированных М копий сигналов промежуточной частоты одного направления связи, формирования опорного напряжения информационного сигнала для фазирующих устройств 6.2₁-6.2_M, формирования напряжений опорной шумовой и групповой автоматической регулировки уровня для усилителей промежуточной частоты 6.1₁-6.1_M на основе напряжений групповой автоматической регулировки уровня, поступающих от фазирующих устройств 6.2₁-6.2_M. Схема также обеспечивает автоматическую регулировку уровня опорного сигнала. Вариант построения схемы опорного тракта известен и описан, например, в книге: Тропосферная станция Р-410М-7,5. В.К.Снежко, М.А.Вознюк, Н.В.Мастеров.// Л.: ВАС., 1982, 100 с., с.78; Тропосферная станция Р-410М-7,5. Альбом схем.// Л.: ВАС., 1982, 26 с., Рис.4.7.

Демодуляторы 7₁-7_N идентичны и предназначены для преобразования модулированных сигналов промежуточной частоты в сигналы группового спектра. Их схема известна и описана, например, в книге: Тропосферная станция Р-410М-7,5. В.К.Снежко, М.А.Вознюк, Н.В.Мастеров.// Л.: ВАС., 1982, 100 с., с.78; Тропосферная станция Р-410М-7,5. Альбом схем.// Л.: ВАС., 1982, 26 с., Рис.4.7.

Блоки оценки качества приема 8₁-8_N идентичны и предназначены для формирования управляющих напряжений на соответствующих управляющих входах блока управления узловой и оконечными станциями 12. Схема блока оценки качества приема известна и описана, например, в Авт. св. СССР №621107 на фиг.1: Устройство для измерения отношения сигнал/шум в корреляционных приемниках.// Авт. В.Ф.Кисорекский, А.А.Воронин, Е.Н.Вольский и А.И.Синявский.

Блок управления формированием диаграмм направленности 9 предназначен для формирования управляющих сигналов, поступающих на соответствующие входы блока приемопередающих модулей 2 и модулей формирования диаграмм направленности 4. Схема его известна и описана, например, в Авт. св. СССР №1459596 А1 на фиг.1: Приемное устройство для многонаправленной радиосвязи.// Авт. В.П.Постюшков.

Передатчик 10 предназначен для модуляции несущего высокочастотного сигнала и его усиления до необходимого уровня. Схема построения передатчика известна и описана, например, в статье: Поборчий Е.Д. Радиорелейная система "Пихта-2".// Электросвязь. - 1991. - 5, с.9-12.

Блок временного уплотнения каналов 11 предназначен для объединения абонентских асинхронных цифровых потоков и разделения высокоскоростного цифрового потока на абонентские потоки, а также для ввода в высокоскоростной цифровой поток сигналов взаимодействия. Схема его построения известна и описана, например, в книге: Левин Л. С., Плоткин М.А. Цифровые системы передачи информации. - М.: Радио и связь, 1982. - 216 с., с.55-59.

Блок управления узловой и оконечными станциями 12 предназначен для ввода данных организации связи, формирования команд управления перестройкой рабочих частот передатчиков узловой и оконечных станций и приемников узловой станции, выдачи установочных команд на управляемые входы блока управления перераспределением мощности 9 и блока управления формированием диаграмм направленности 10. Схема его известна и описана, например, в книге: Смит Дж. Сопряжение компьютеров с внешними устройствами. Уроки реализации: Пер. с англ. - М.: Мир, 2000 с., с.19-21.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Известные устройства для многонаправленной связи обладают недостаточно высокой надежностью связи при воздействии помех. Улучшение соотношения сигнал/(помеха+шум) в условиях воздействия помех с помощью перераспределения мощности входных сигналов между демодуляторами 7 за счет линейного сложения копий полезного сигнала с выходов модулей 4 формирования диаграммы направленности увеличения может не достигнуть цели повышения надежности приема информации от корреспондентов. За счет введения N блоков сигналов высокой частоты 5, N блоков оптимального сложения 6, N демодуляторов 7 и указанных связей между элементами устройства сформирована схема оптимального сложения копий сигналов каждого из направлений связи с учетом соотношения сигнал/(помеха+шум) в каждой копии сигнала.

В блок управления узловой и оконечными станциями 12 вводятся номера оконечных станций, данные об азимутах О_i на i-го корреспондента, номиналы фиксированных частот f_i на i-ом направлении связи, а также пороговые значения соотношений сигнал/(помеха+шум) А_i на входах демодуляторов 7₁-7_N каждого направления связи. В результате этого с i-го выхода группы управляющих выходов блока управления узловой и оконечными станциями 12 поступает команда на управляемый вход k-го блока сигналов высокой частоты 5, вследствие чего k-ый блок сигналов высокой частоты 5 перестраивается на установленную фиксированную частоту. С управляющего выхода команд настройки передатчика блока управления узловой и оконечными станциями 12 поступает команда на управляемый вход передатчика 10, вследствие чего передатчик 10 перестраивается на установленную фиксированную частоту. В сторону оконечных станций корреспондентов работа ведется на одной частоте с временным разделением каналов. Станции корреспондентов отвечают каждая на своей частоте. С управляющего выхода команд взаимодействия блока управления узловой и оконечными станциями 12 на служебный вход блока временного уплотнения 11 поступает команда управления передатчиками корреспондентов для ее включения в выходной высокоскоростной цифровой поток. С управляющего выхода команд формирования диаграмм направленности блока управления узловой и оконечными станциями 12 поступают установочные сигналы на управляемые входы блока управления формированием диаграмм направленности 9. В результате этого по управляющей выходной шине режима приема блока управления формированием диаграмм направленности 9 поступают управляющие напряжения на М управляемых входов М модулей формирования диаграмм направленности 4, обеспечивая тем самым требуемый фазовый сдвиг между напряжениями сигналов, подводимых к М информационным входам каждого модуля. Таким образом формируются диаграммы направленности для приема, копий сигналов в соответствующих направлениях связи.

По управляющей выходной шине режима передачи блока управления формированием диаграмм направленности 9 поступают управляющие напряжения на М управляемых входов блока приемопередающих модулей 2, обеспечивая тем самым требуемый фазовый сдвиг между напряжениями передаваемого сигнала, подводимого к М антенным элементам 1_1-1_M, подключенным к соответствующим его выходам. В результате этого формируется диаграмма направленности для передачи сигналов в соответствующих направлениях связи.

Принимаемые сигналы с выхода антенного элемента 1_i поступают через приемные плечи блока приемопередающих модулей 2 на его i-ый выход, а с него на вход i-го блока делителя мощности приемного тракта 3. В блоке делителя мощности приемного тракта 3 осуществляется деление входного сигнала на М равных частей. С j-го, где j=1, 2,..., М, выхода i-го блока делителя мощности приемного тракта 3_i принимаемые сигналы поступают на i-ый вход j-го модуля формирования диаграмм направленности 4_j, на выходе которого формируется полезный сигнал одного из направлений связи. С выхода i-го модуля формирования диаграмм направленности 4_i принимаемый сигнал поступает на i-ый вход всех N блоков сигналов высокой частоты 5₁-5_N. В блоке сигналов высокой частоты 5 осуществляются селекция М копий полезных сигналов одного из направлений связи, их усиление, преобразования из высокочастотного спектра в сигнал промежуточной частоты и предварительное усиления М копий сигналов промежуточной частоты. С М выходов k-го, где k=1, 2, 3,..., N, блока сигналов высокой частоты 5_k М копий сигналов промежуточной частоты одного из направлений связи поступают на соответствующие М входов k-го блока оптимального сложения 6_k.

В блоке оптимального сложения 6 k-ая копия сигнала промежуточной частоты одного направления связи поступает на k-ый усилитель промежуточной частоты 6.1_k, в котором производится усиление сигнала. Все М усилителей промежуточной частоты 6.1₁-6.1_M одного блока оптимального сложения 6 охвачены параллельной групповой регулировкой уровня усиления для выравнивания коэффициентов передачи (до входа фазирующего устройства 6.2) по управляющему напряжению групповой автоматической регулировки уровня, которое поступает с соответствующего управляющего выхода схемы опорного тракта 6.3. Автоматическая регулировка уровня по шумам для выравнивания уровня шумов различных копий сигнала на входе фазирующих устройств 6.2₁-6.2_M в k-ом усилителе промежуточной частоты 6.1_k осуществляется в результате сложения опорного напряжения шумовой автоматической регулировки уровня, поступающего с соответствующего выхода схемы сложения 6.3 на все М усилители промежуточной частоты 6.1₁-6.1_M, и напряжения шума, которое выделяется в фазирующих устройствах 6.2₁-6.2_M и поступает на управляемый вход опорного напряжения шумовой автоматической регулировки уровня i-го усилителя промежуточной частоты 6.1_i. С выхода i-го усилителя промежуточной частоты 6.1_i копия сигнала промежуточной частоты поступает на вход i-го фазирующего устройства 6.2_i.

В фазирующих устройствах 6.2₁-6.2_M по управляющему напряжению опорного сигнала, которое поступает с управляющего выхода опорного сигнала схемы опорного тракта 6.3, производится фазирование М копий сигнала промежуточной частоты одного направления связи, то есть приведение всех М копий сигналов к единой фазе перед сложением. Так же в фазирующем устройстве 6.2 производится детектирование напряжения шумов и детектирование напряжения групповой автоматической регулировки уровня, которые поступают на его управляемые выходы. С информационных выходов фазирующих устройств 6.2₁-6.2_M М сфазированных копий сигналов промежуточной частоты одного направления связи поступают на М входов схемы опорного тракта 6.3.

В схеме опорного тракта 6.3 сфазированные копии сигналов одного направления связи складываются, формируется опорное напряжение для фазирующих устройств 6.2₁-6.2_M, производится автоматическая регулировка уровня напряжения опорного сигнала, а также из напряжения групповой автоматической регулировки уровня того фазирующего устройства 6.2, в котором отношение сигнал/(помеха+шум) максимально, формируется напряжение групповой автоматической регулировки уровня для усилителей промежуточной частоты 6.1₁-6.1_M. Из напряжения групповой автоматической регулировки уровня формируется также и опорное напряжение шумовой автоматической регулировки уровня.

Таким образом, на выходе блока оптимального сложения 6 формируется сигнал одного направления связи, причем амплитуда его пропорциональна квадрату амплитуды копии сигнала с наибольшим отношением сигнал/(помеха+шум).

Принцип сложения сигналов в блоке оптимального сложения 6 поясняется структурной схемой, представленной на фиг.4, где изображена часть элементов, входящих в состав фазирующего устройства 6.2 и схемы сложения 6.3. В состав фазирующего устройства 6.2 входят два канала обработки сигнала промежуточной частоты - синфазный и квадратурный. Каждый из каналов обработки состоит из последовательно соединенных первого перемножителя сигналов, ФНЧ и второго перемножителя. На один из входов первого и второго перемножителей синфазного канала обработки сигнал промежуточной частоты поступает непосредственно со входа фазирующего устройства 6.2, на перемножители квадратурного канала - со входа фазирующего устройства 6.2 через фазовращатель со сдвигом фазы 90°. На вторые входы первых перемножителей обоих каналов подается опорный сигнал с соответствующего управляющего выхода схемы опорного тракта 6.3. Выходные сигналы синфазного и квадратурного каналов поступают на входы сумматора, включенного на выходе фазирующего устройства 6.2. С выходов сумматоров фазирующего устройства 6.2 результирующие сигналы поступают на устройство сложения схемы опорного тракта 6.3.

Допустим, что в результате сложения нескольких копий сигналов промежуточной частоты сигнал на выходе схемы опорного тракта 6.3 имеет следующий вид:

где А₀ - амплитуда выходного (опорного) сигнала; ω - циклическая частота сигнала.

На вход фазирующего устройства 6.2 каждой копии сигнала поступает сигнал той же частоты ω с произвольной амплитудой А₁ и начальной фазой ϕ1, которая в общем случае отличается от фазы опорного сигнала:

На выходе первого перемножителя синфазного канала образуется сигнал:

На выходе первого перемножителя квадратурного канала с учетом сдвига фазы входного колебания на 90° сигнал будет иметь следующий вид:

Фильтры нижних частот обеспечивают подавление составляющих удвоенной частоты входного сигнала и выделяют постоянные составляющие:

На выходах вторых перемножителей синфазного и квадратурного каналов сигналы имеют вид:

При этом на выходе сумматора составляющие, имеющие фазу, отличную от фазы опорного сигнала, взаимно компенсируются, и выходной сигнал фазирующего устройства 6.2 имеет вид:

Из полученного выражения следует, что фаза выходного сигнала фазирующего устройства 6.2 равна фазе опорного сигнала, а амплитуда сигнала на выходе фазирующего устройства 6.2 равна квадрату амплитуды сигнала на его входе при постоянстве амплитуды опорного сигнала.

Сигнал на выходе устройства сложения, входящего в состав схемы опорного тракта 6.3 и обеспечивающего сложение выходных сигналов фазирующих устройств 6.2₁-6.2_M, может быть представлен в виде:

где N - количество копий сигнала.

Анализ выражений (7) и (8) показывает, что для обеспечения оптимального сложения сигналов необходимо выполнение следующих дополнительных условий:

- на формирование весовых коэффициентов различных копий сигнала не должны оказывать влияние каскады, предшествующие фазирующему устройству 6.2, поэтому их коэффициенты передачи должны быть одинаковыми;

- уровень шумов на входах фазирующих устройств 6.2₁-6.2_M должен быть одинаков, так как именно в этом случае коэффициент передачи (весовой коэффициент) копии сигнала будет пропорционален квадрату отношения сигнал/(помеха+шум) на входе;

- амплитуда А₀ опорного сигнала не должна влиять на формирование весовых коэффициентов копий сигнала и поэтому должна быть постоянной и одинаковой для всех копий сигнала.

Для выполнения перечисленных условий в заявляемом устройстве многонаправленной связи применяется автоматическая регулировка уровней трех типов:

- параллельная групповая автоматическая регулировка уровней в усилителях промежуточной частоты 6.1₁-6.1_M для обеспечения равных коэффициентов передачи различных копий сигнала (до входов фазирующих устройств 6.2₁-6.2_M);

- автоматическая регулировка уровней по шумам в усилителях промежуточной частоты 6.1₁-6.1_M для выравнивания уровня шумов на входе фазирующих устройств 6.2₁-6.2_M;

- автоматическая регулировка уровня опорного тракта в схеме опорного тракта 6.3.

Сигнал с выхода k-го блока оптимального сложения 6_k поступает на вход k-го демодулятора 7_k, где осуществляется преобразование модулированных сигналов промежуточной частоты в сигналы группового спектра. С информационного выхода k-го демодулятора 7_k демодулированный сигнал поступает на k-ый вход группы информационных входов блока временного уплотнения каналов 11 и после временного разуплотнения в нем на информационный выход устройства.

С контрольного выхода k-го демодулятора 7_k принимаемый сигнал поступает на контролирующий вход k-го блока оценки качества приема 8_k. В результате на его управляющем выходе появляется управляющий сигнал, поступающий на k-ый вход группы контрольных входов блока управления узловой и оконечными станциями 12. В этом блоке программно-аппаратным способом осуществляется сравнение текущего значения соотношения сигнал/(помеха + шум) на входе k-гo демодулятора 7_k с требуемым значением этого соотношения.

Если текущее значение соотношения сигнал/(помеха + шум) на входе k-ro демодулятора 7_k меньше требуемого значения, то с управляющего выхода команд формирования диаграмм направленности блока управления узловой и оконечными станциями 12 подаются управляющие напряжения на управляемые входы блока управления формированием диаграмм направленности 9. В результате этого по управляющей выходной шине режима приема блока управления формированием диаграмм направленности 9 подается управляющее напряжение на М входов соответствующего модуля управления формированием диаграмм направленности 4, и тем самым, формируется диаграмма направленности в нем в том же, k-ом направлении связи.

Если текущее значение соотношения сигнал/(помеха + шум) на входе k-гo демодулятора 7_k меньше требуемого значения, то с управляющего выхода команд формирования диаграмм направленности блока управления узловой и оконечными станциями 12 подаются управляющие напряжения на управляемые входы блока управления формированием диаграмм направленности 9. В результате этого по управляющей выходной шине режима приема блока управления формированием диаграмм направленности 9 подается управляющее напряжение на М входов модуля управления формированием диаграмм направленности 4, и тем самым, после обработки М копий сигналов формируется диаграмма направленности в том же, k-ом направлении связи, а помеха при этом практически подавляется.

С управляющего выхода команд взаимодействия блока управления узловой и оконечными станциями 12 подается сигнал взаимодействия на служебный вход блока временного уплотнения 11. Этот сигнал содержит команды на перестройку рабочей частоты передатчика корреспондента, направления связи с неудовлетворительным соотношением сигнал/(помеха+шум). Сигнал взаимодействия объединяется с низкоскоростными цифровыми информационными потоками, поступающими на информационный вход блока временного уплотнения 11 и образующими информационный вход передатчика 10. В передатчике 10 осуществляются модуляция несущего сигнала групповым сигналом и его усиление. С его выхода высокочастотный информационный сигнал поступает на вход блока приемопередающих модулей 2. В этом блоке осуществляются деление передаваемого сигнала на М равных частей, развязка с принимаемым сигналом и их фазирование с целью получения требуемой диаграммы направленности на передачу. С i-го выхода блока приемопередающих модулей 2_i сигнал подается на i-ый антенный элемент 1_i и излучается в виде электромагнитной волны в соответствующем направлении связи. На оконечной станции корреспондента осуществляется перестройка передатчика на запасную фиксированную частоту в соответствии с принятой служебной информацией взаимодействия, содержащей номер станции и номинал фиксированной частоты передатчика.

В то же время с k-го выхода группы управляющих выходов блока управления узловой и оконечными станциями 12 подается команда для перестройки на запасную фиксированную частоту на управляемый вход k-го блока сигналов высокой частоты 5_k. В результате осуществляется перестройка на запасную фиксированную частоту k-го блока сигналов высокой частоты 5_k, направления связи с неудовлетворительным соотношением сигнал/(помеха+шум).

С управляющего выхода команд формирования диаграмм направленности блока управления узловой и оконечными станциями 12 снимаются сигналы "блокировки".

В случае неудачи осуществляется перестройка направления связи на следующую пару частот. Алгоритм настройки повторяется циклически до достижения требуемого качества приема на всех информационных направлениях.

С целью исключения ошибочного срабатывания блока оценки качества приема 8 предусмотрена задержка его реакции на нестационарные процессы в среде распространения радиосигнала. Время реакции блока оценки качества приема 8 выбрано больше времени нестационарных процессов.

Таким образом, соотношения сигнал/(помеха+шум) на входах демодуляторов 7 доводятся до требуемого значения и, следовательно, повышается надежность приема информации.

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в системах многонаправленной радиосвязи при известных направлениях на корреспондентов. Технический результат - создание устройства для многонаправленной связи, обеспечивающего более высокую надежность многонаправленной связи в условиях радиопомех за счет оптимального сложения копий сигналов для каждого направления связи с учетом отношения сигнал/(помеха + шум). В устройстве многонаправленной связи, содержащем М антенных элементов, где М≥3, блок приемопередающих модулей, М блоков делителей мощности приемного тракта, М модулей формирования диаграмм направленности, N демодуляторов, где 2≤N≤M, N блоков оценки качества приема, блок управления формированием диаграмм направленности, передатчик, блок временного уплотнения каналов, блок управления узловой и оконечными станциями за счет введения N блоков сигналов высокой частоты, N блоков оптимального сложения, N демодуляторов и соответствующих связей, сформирована схема оптимального сложения, которая формирует сигнал каждого направления связи, амплитуда которого пропорциональна квадрату амплитуды той копии сигнала, в которой отношение сигнал/(помеха + шум) наибольшее. 4 ил.

Устройство для многонаправленной связи, содержащее М антенных элементов, где М≥3, блок приемопередающих модулей, М блоков делителей мощности приемного тракта, М модулей формирования диаграмм направленности, N демодуляторов, где 2≤N≤M, N блоков оценки качества приема, блок управления формированием диаграмм направленности, передатчик, блок временного уплотнения каналов, блок управления узловой и оконечными станциями, управляющая выходная шина режима передачи блока управления формированием диаграмм направленности подключена к М управляемым входам блока приемопередающих модулей, i-ый, где i=1, 2,..., М, антенный элемент подключен к i-му оконечному выходу блока приемопередающих модулей, приемный выход блока приемопередающих модулей подключен ко входу i-го блока делителя мощности приемного тракта, а информационный вход блока приемопередающих модулей подключен к выходу передатчика, j-ый, где j=1,2,...,M, выход i-го блока делителя мощности приемного тракта подключен к i-му входу j-го модуля формирования диаграмм направленности, шина управления режимом приема блока управления формированием диаграмм направленности подключена к М управляемым входам каждого модуля формирования диаграмм направленности, контрольный выход k-го, где k=1,2,...N, демодулятора подключен к контролирующему входу k-го блока оценки качества приема, а информационный выход k-го демодулятора подключен к k-му входу группы информационных входов блока временного уплотнения каналов, контрольный выход k-го блока оценки качества приема подключен k-му входу группы контрольных входов блока управления узловой и оконечными станциями, управляемый вход передатчика подключен к управляющему выходу команд настройки передатчика блока управления узловой и оконечными станциями, а информационный вход передатчика подключен к информационному выходу блока временного уплотнения каналов, управляющий выход команд взаимодействия блока управления узловой и оконечными станциями подключен к служебному входу блока временного уплотнения каналов, а информационные вход и выход блока временного уплотнения каналов являются соответственно информационными входом и выходом устройства, управляющий выход команд формирования диаграмм направленности блока управления узловой и оконечными станциями подключен к управляемому входу блока управления формированием диаграмм направленности, N информационных групп входа по четыре входа в каждой группе блока управления узловой и оконечными станциями являются соответствующими установочными входами устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены N блоков оптимального сложения, N блоков сигналов высокой частоты, выход i-го модуля формирования диаграмм направленности подключен к i-му информационному входу каждого блока сигналов высокой частоты, управляемый вход k-го блока сигналов высокой частоты подключен к k-му выходу группы управляющих выходов блока управления узловой и оконечными станциями, М выходов k-го блока сигналов высокой частоты подключены к соответствующим М входам k-го блока оптимального сложения, выход k-го блока оптимального сложения подключен к информационному входу k-го демодулятора.