УСТРОЙСТВО СОГЛАСОВАННОГО ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ В ТРОПОСФЕРНЫХ ЛИНИЯХ СВЯЗИ Российский патент 2016 года по МПК H04B7/165 

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к устройствам согласованного приема информации в тропосферных линиях связи, и может быть использовано для создания систем загоризонтной связи.

Загоризонтная связь - связь за пределами прямой видимости, при которой не используются какие-либо активные или пассивные ретрансляторы. Загоризонтное распространение радиоволн осуществляется за счет эффектов дифракции, рефракции и отражения от различных слоев атмосферы.

В настоящее время в связи с интенсивным развитием и широким внедрением цифровых систем передачи требуются все более высокие скорости передачи информации по каналам связи тропосферных линий.

Преимущества тропосферных линий связи заключаются в повышенной дальности связи и в достаточно большой пропускной способности (120 каналов тональной частоты или передача цифровой информации со скоростью до 8 Мбит/с).

Возможность устойчивого приема радиосигналов на значительном удалении от линии горизонта основана на отражении и рассеянии радиоволн на диэлектрических неоднородностях тропосферы, но при этом резко возрастает затухание радиосигналов. Кроме того, сигнал на приемном конце линии имеет многолучевую структуру и поэтому подвержен интерференционным замираниям.

Достижение увеличения скорости передачи информации, помехоустойчивости и уменьшения процесса затухания за счет многолучевого распространения радиоволн является актуальной задачей.

Известны устройства для передачи и приема модулированных по фазе и частоте сигналов [АС №684750, 7 МПК Н04В 7/165, 1979 г.; H04J 1/20, заявка Японии №49-25043, МПК Н04В, 1974 г.], которые содержат на приемной стороне линейный согласующий блок, выход которого подключен к входу блока задержки и к входам полосовых фильтров, выходы которых через соответствующие амплитудные детекторы подключены к входам детектора максимального сигнала, выходы которого через интеграторы соединены с входами триггера, а также частотный модулятор и блок формирования опорного сигнала, выход которого подключен к первому входу фазового детектора, причем выход соответствующего интегратора соединен с входом частотного модулятора.

Недостатками данных устройств является низкая помехоустойчивость и большое затухание за счет многолучевого распространения радиоволн и вследствие этого уменьшение скорости передачи информации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для передачи и приема информации с использованием ЛЧМ-сигналов (Патент на изобретение РФ №2013014, от 11.06.1991), содержащее на приемной стороне первый, второй согласованные ЛЧМ-фильтры, первый, второй детекторы, компаратор, первый, второй сумматоры, первый, второй блоки временного стробирования, тактовый синхронизатор, первый, второй блоки расширения импульсов, линейный тракт приемника, линию задержки, перемножитель, фильтр нижних частот. На передающей стороне вводится дополнительная ступень модуляции относительной фазовой модуляции, которая позволяет сформировать непрерывный ЛЧМ-сигнал, манипулированный по фазе информационным сообщением от второго источника.

Недостатками устройства является его низкая помехоустойчивость и большое затухание за счет многолучевого распространения радиоволн, кроме того, в устройстве отсутствуют блоки на приемной стороне, выравнивающие сигналы при многолучевом распространении радиоволн по времени прохождения трассы, а также невысокая скорость передачи информации.

Задачами, которые решаются заявляемым устройством согласованного приема информации в тропосферных линиях связи, являются снижение влияния замираний при приеме информации в тропосферных линиях связи, повышение скорости передачи информации и помехоустойчивости связи при минимальном количестве каналов формирования и обработки сигналов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявляемое устройство согласованного приема в тропосферных линиях передачи информации содержит приемную антенну, n полосовых фильтров, соединенных между собой параллельно, n-1 переключателей, n-1 смесителей, n-1 фильтров, n-1 сумматоров, тактовый генератор, сдвиговый регистр, n линий задержки, n-1 гетеродинов, синхронизатор и общий сумматор, при этом приемная антенна соединена с тактовым генератором и с входами параллельно соединенных между собой n полосовых фильтров, при этом выход первого n полосового фильтра подключен к первому входу первого n-1 переключателя, а первый выход n-1 переключателя соединен с входом первой n линии задержки, выход которой соединен с входом общего сумматора, а второй выход первого n-1 переключателя соединен со вторым входом первого n-1 сумматора, первый вход которого через первый n-1 смеситель и первый n-1 фильтр соединен с выходом второго n полосового фильтра, выход первого n-1 сумматора подключен к первому входу второго n-1 переключателя, первый выход которого соединен с входом второй n линии задержки, выход которой соединен со вторым входом общего сумматора, выходы последующих n полосовых фильтров n частотных позиций соединены с первыми входами последующих n-1 смесителей, выходы которых соединены с входами последующих n-1 фильтров, а выходы n-1 фильтров соединены со вторыми входами последующих сумматоров, выходы которых соединены с первыми входами последующих n-1 переключателей, первые выходы которых соединены с входами последующей из n линий задержки, а выходы n линий задержки соединены с соответствующими входами общего сумматора, при этом вторые входы n-1 смесителей соединены с выходами соответствующих n-1 гетеродинов, входы которых подключены к синхронизатору, а вторые входы управляющих переключателей соединены с соответствующими выходами сдвигового регистра вход которого соединен с выходом тактового генератора.

Кроме того, в устройстве согласованного приема в тропосферных линиях передачи информации первые выходы n переключателей соединены с n линиями задержки через n аттенюаторы, входы которых соединены с устройством управления.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства согласованного приема информации в тропосферных линиях связи.

На фиг. 2 представлена функциональная схема устройства согласованного приема информации в тропосферных линиях связи с управляемыми каналами.

Устройство согласованного приема информации в тропосферных линиях связи в соответствии с фиг. 1 включает: приемную антенну - 1, n полосовых фильтров - 2, n-1 переключателей - 3, n-1 смесителей - 4, n-1 фильтров - 5, n-1 сумматоров - 6, тактовый генератор - 7, сдвиговый регистр - 8, n линий задержки - 9, n-1 гетеродинов - 10, синхронизатор - 11, где n - количество частотных позиций, 6N - общий сумматор.

Принцип работы устройства состоит в следующем: примем, что n - количество частотных позиций, излучаемых последовательно по времени с интервалом Δt, а в устройстве согласованного приема информации в тропосферных линиях передачи информации учитывают последовательность излучаемых сигналов, переносят их на одну частоту и совмещают по времени.

Работа устройства согласованного приема информации в тропосферных линиях связи осуществляется следующим образом:

На приемную антенну 1 устройства согласованного приема информации в тропосферных линиях связи поступает сигнал, состоящий из n - количества частотных позиций, излучаемых последовательно по времени с интервалом Δt, сформированный в результате переотражения неоднородностями в объеме рассеяния тропосферы.

Далее сигнал из n количества частотных позиций поступает на n фильтры - 2/1, 2/2, 2/3, … 2/n, причем каждый фильтр пропускает сигнал соответствующей частотной позиции, определяемой частотой пропускания фильтра. Поступающий входной сигнал также запускает тактовый генератор 7, который через сдвиговый регистр 8, последовательно с интервалом Δt, переводит n-1 переключатели 3/1, 3/2, 3/3, … 3/n-1 в положение, соответствующее передаче сигнала на n-1 сумматоры 6/1, 6/2, … 6/n-1. Сигнал первой частотной позиции через переключатель 3/1 поступает на линию задержки 9/1, где смещается на интервал nΔt, и далее поступает на соответствующий вход общего сумматора 6/N. Сигнал второй частотной позиции поступает в смеситель 4/1, где смещается на частоту первой частотной позиции, затем, пройдя через фильтр 5/1, в котором происходит его селекция и подавление нежелательных составляющих, поступает на сумматор 6/1, где суммируется со смещенным по времени из-за переотражения неоднородностями в объеме рассеяния тропосферы на значение Δt сигналом первой частотной позиции, и через переключатель 3/2 поступает на линию задержки 9/2, где смещается на интервал времени (n-1)Δt, после чего поступает на соответствующий вход общего сумматора 6/N. Каждая последующая частотная позиция переносится на частоту предыдущей, фильтруется, суммируется с этими сигналами, запаздывающими на соответствующее значение каждой частотной позиции, выравнивается по времени в линиях задержки с предыдущими сигналами и синхронно поступают на соответствующие входы общего сумматора 6/N. При этом выравнивание сигналов по фазе в n-1 смесителях осуществляется с помощью синхронизированных по фазе n-1 гетеродинов 10, управляемых синхронизатором 11.

Заявляемое устройство является новым, поскольку из общедоступных сведений не известны устройства, позволяющие при его простейшей реализации осуществлять эффективное снижение влияния замираний на качество приема.

Устройство согласованного приема информации в тропосферных линиях связи используется для снижения влияния замираний при приеме информации в тропосферных линиях связи, повышения скорости передачи информации и способствует повышению помехоустойчивости связи при минимальном количестве каналов формирования и обработки сигналов.

Однако для усиления эффектов помехоустойчивости, уменьшения затухания в каналах передачи информации и, как следствие, повышения скорости передачи информации целесообразно в функциональную схему устройства по фиг. 1 добавить функцию управления каналами.

Для этого в каждый из n каналов перед линией задержки на фиг. 1 включают аттенюатор, позволяющий снизить влияние затуханий на принимаемый сигнал в том или ином канале, получая функциональную схему устройства согласованного приема информации в тропосферных линиях связи с управляемыми каналами.

Устройство согласованного приема информации в тропосферных линиях связи в соответствии с фиг. 2 включает: приемную антенну - 1, n полосовых фильтров - 2, n-1 переключателей - 3, n-1 смесителей - 4, n-1 фильтров - 5, n-1 сумматоров - 6, тактовый генератор - 7, сдвиговый регистр - 8, n линий задержки - 9, n-1 гетеродинов - 10, синхронизатор - 11, n аттенюаторов - A1, А2, A3, … An, устройство управления аттенюаторами - 12А, где n - количество частотных позиций, 6N - общий сумматор.

Устройство по фиг. 2 работает аналогично устройству по фиг. 1, но сигнал с первых выходов n-1 переключателей 3/1, 3/2, 3/3, … 3/n-1 поступает на входы соответствующих n аттенюаторов A1, А2, A3, … An и далее на входы соответствующих n линий задержки 9/1, 9/2, 9/3, … 9/n, а управление аттенюаторами осуществляется устройством управления 12А.

Необходимость применения устройств по фиг. 1, фиг. 2 определено тем, что для тропосферных линий передачи информации характерно сильное ослабление сигнала, которое возникает как при распространении сигнала через атмосферу, так и вследствие рассеяния части сигнала при отражении от тропосферы, поэтому для устойчивой радиосвязи используют передатчики мощностью до 10 кВт, антенны с большой апертурой (до 30×30 м²), а значит, и большим коэффициентом усиления, а также высокочувствительные приемники с малошумящими элементами.

Также для тропосферных линий связи характерно постоянное наличие быстрых, медленных и селективных замираний радиосигнала. Уменьшение влияния быстрых замираний на принимаемый сигнал достигается использованием разнесенного частотного и пространственного приема. Поэтому для уменьшения влияния вышеперечисленных факторов необходимо применение нескольких приемных антенн. На решение указанных проблем направлено применение заявляемого устройства.

Использование устройства согласованного приема информации в тропосферных линиях связи позволяет существенно снизить потери в каналах передачи информации до 50% с использованием заявляемого устройства по фиг. 1 и до 70% по фиг. 2 и, как следствие, увеличить помехозащищенность и скорость передачи информации, что на практике позволяет использовать передатчики с меньшей выходной мощностью, антенны с меньшей апертурой, уменьшить количество приемных антенн, а также увеличить расстояние между приемником и передатчиком, что в целом позволяет увеличить экономический эффект от использования заявляемого устройства.

Несмотря на широкое и все более растущее применение устройств спутниковых средств в сетях и системах связи и развитие проводных сетей можно полагать, что заявляемое устройство, используемое с применением тропосферной загоризонтной связи, перспективно для использования как в сетях специального, так и коммерческого назначения, в особенности в труднодоступной местности.

В сетях специального назначения преимуществом заявляемого устройства согласованного приема информации в тропосферных линиях связи перед использованием средств спутниковой связи является более высокая надежность в условиях вооруженных конфликтов, антитеррористических мероприятий.

В коммерческих сетях применение таких устройств может быть экономически целесообразнее, чем применение спутниковых. Использование заявляемого устройства возможно также в линиях связи в высоких северных широтах, где применение устройств спутниковой связи через геостационарные спутники сильно затруднено.

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к устройствам согласованного приема информации в тропосферных линиях связи, и может быть использовано для создания систем загоризонтной связи. Технический результат состоит в снижении влияния замираний при приеме информации в тропосферных линиях связи, повышение скорости передачи информации и помехоустойчивости связи при минимальном количестве каналов формирования и обработки сигналов. Для этого устройство содержит приемную антенну, полосовые фильтры, соединенные между собой параллельно, переключатели, смесители, фильтры, сумматоры, тактовый генератор, сдвиговый регистр, линии задержки, гетеродины, синхронизатор и общий сумматор. Использование устройства согласованного приема информации в тропосферных линиях связи позволяет существенно снизить потери в каналах передачи информации до 50% и, как следствие, увеличить помехозащищенность и скорость передачи информации, что на практике позволяет использовать передатчики с меньшей выходной мощностью, антенны с меньшей апертурой, уменьшить количество приемных антенн, а также увеличить расстояние между приемником и передатчиком, что в целом позволяет увеличить экономический эффект от использования заявляемого устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство согласованного приема информации в тропосферных линиях связи, содержащее приемную антенну, n полосовых фильтров, соединенных между собой параллельно, n-1 переключателей, n-1 смесителей, n-1 фильтров, n-1 сумматоров, тактовый генератор, сдвиговый регистр, n линий задержки, n-1 гетеродинов, синхронизатор и общий сумматор, при этом приемная антенна соединена с тактовым генератором и с входами параллельно соединенных между собой n полосовых фильтров, при этом выход первого n полосового фильтра подключен к первому входу первого n-1 переключателя, а первый выход n-1 переключателя соединен с входом первой n линии задержки, выход которой соединен с входом общего сумматора, а второй выход первого n-1 переключателя соединен со вторым входом первого n-1 сумматора, первый вход которого через первый n-1 смеситель и первый n-1 фильтр соединен с выходом второго n полосового фильтра, выход первого n-1 сумматора подключен к первому входу второго n-1 переключателя, первый выход которого соединен с входом второй n линии задержки, выход которой соединен со вторым входом общего сумматора, выходы последующих n полосовых фильтров n частотных позиций соединены с первыми входами последующих n-1 смесителей, выходы которых соединены с входами последующих n-1 фильтров, а выходы n-1 фильтров соединены со вторыми входами последующих сумматоров, выходы которых соединены с первыми входами последующих n-1 переключателей, первые выходы которых соединены с входами последующей из n линий задержки, а выходы n линий задержки соединены с соответствующими входами общего сумматора, при этом вторые входы n-1 смесителей соединены с выходами соответствующих n-1 гетеродинов, входы которых подключены к синхронизатору, а вторые входы управляющих переключателей соединены с соответствующими выходами сдвигового регистра, вход которого соединен с выходом тактового генератора.

2. Устройство согласованного приема информации в тропосферных линиях связи по п. 1, отличающееся тем, что первые выходы n переключателей соединены с n линиями задержки через n аттенюаторы, входы которых соединены с устройством управления.