ШИРОКОПОЛОСНАЯ СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ С ЧАСТОТНЫМ ДУПЛЕКСОМ Российский патент 2017 года по МПК H04J1/00 

Изобретение относится к области радиосвязи, а именно к широкополосным системам радиосвязи с частотным дуплексом, в которых используется кодовое разделение каналов (Code Division Multiple Access - CDMA) и многочастотное кодовое разделение каналов (MultiCarrier CDMA - MC-CDMA) при разделении прямого и обратного канала методом частотного дуплекса (Frequency Division Duplexing). Заявленное изобретение может быть использовано в системах передачи данных.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является широкополосная система радиосвязи с частотным дуплексом, описанная в патенте US 5886987 A («FDD/CDMA transmission/reception system»), которая содержит приемопередатчик, антенну и цифровой модем, соединенный с приемопередатчиком двумя кабелями промежуточной частоты, а приемопередатчик соединен с антенной одним высокочастотным кабелем (Фиг. 1). Приемопередатчик состоит из:

- передающего конвертера (ПРД КНВ), который осуществляет перенос промежуточной частоты на высокую частоту усилителя мощности (УМ), который усиливает мощность сигнала до требуемого уровня первого полосового фильтра (ППФ), который обеспечивает фильтрацию спектральных составляющих, лежащих вне рабочей полосы частот. ПРД КНВ, УМ и ППФ образуют передающий тракт приемопередатчика;

- второго полосового фильтра (ППФ), который обеспечивает фильтрацию сигналов помех, лежащих вне рабочей полосы частот малошумящего усилителя (МШУ), который усиливает сигнал высокой частоты, подаваемый с антенны, приемного конвертера (ПРМ КНВ), который осуществляет перенос высокой частоты на промежуточную частоту, при этом ППФ, МШУ и ПРМ КНВ образуют приемный тракт приемопередатчика;

- контроллера (КОНТР), который осуществляет управление ПРД КНВ и ПРМ КНВ;

- циркулятора (Ц), который обеспечивает частотную развязку между приемным и передающим трактами приемопередатчика. Данная система радиосвязи выбрана в качестве прототипа заявленного изобретения.

Недостатком системы радиосвязи прототипа является то, что при преобразовании сигналов в передающем конвертере (КНВ ПРД) используют операции сложения и вычитания частот, производимые с помощью смесителей сигналов, и на выходе смесителей из-за нелинейных процессов наряду с полезными сигналами образуется целый ряд комбинационных составляющих, являющихся паразитными. Это явление, во-первых, приводит к ухудшению качества связи при попадании комбинационных частот в полосу пропускания приемника и, во-вторых, может являться источником помех для других радиотехнических систем. Фиг. 2 иллюстрирует недостатки системы радиосвязи прототипа. На Фиг. 2 видно, что комбинационная частота f2 попадает в полосу пропускания приемника, что может ухудшить качество связи, а комбинационная частота f1 находится вне рабочего диапазона системы и может быть источником помех для других радиотехнических систем.

Задачей изобретения является создание широкополосной системы радиосвязи с частотным дуплексом с улучшенным качеством радиосвязи (с улучшенной помехозащищенностью) и со сниженным негативным влиянием передающего тракта системы на приемный тракт системы путем подавления комбинационных частот передающего тракта, а также со сниженным негативным влиянием передающего тракта системы на приемные тракты других систем радиосвязи, находящихся в непосредственной близости (для улучшения электромагнитной совместимости), за счет включения в состав приемопередатчика 302 (Фиг. 3) электронного перестраиваемого полосового фильтра (ЭППФ) 306.

Поставленная задача решена путем создания широкополосной системы радиосвязи с частотным дуплексом, содержащей цифровой модем 301 (Фиг. 3), который соединен двумя кабелями промежуточной частоты с приемопередатчиком 302, который соединен с антенной одним высокочастотным кабелем, причем приемопередатчик 302 включает в себя передающий тракт, приемный тракт, циркулятор 312 и контроллер 305, при этом передающий тракт образован передающим конвертером 304, который соединен с цифровым модемом 301 и с усилителем мощности 307, который соединен с первым полосовым фильтром 308, а приемный тракт образован приемным конвертером 309, который соединен с цифровым модемом 301 и с малошумящим усилителем 310, который соединен со вторым полосовым фильтром 311, который соединен с циркулятором 312, который соединен с первым полосовым фильтром 308 и с антенной 303, а контроллер 305 соединен с передающим конвертером 304, приемным конвертером 309 и цифровым модемом 301, отличающейся тем, что передающий конвертер 304 соединен с усилителем мощности 307 через электронный перестраиваемый полосовой фильтр 306, который соединен с контроллером 305, при этом

- передающий конвертер 304 выполнен с возможностью переноса промежуточной частоты на высокую частоту усилителя мощности 307, который выполнен с возможностью усиления мощности сигнала до требуемого уровня полосового фильтра 306, выполненного с возможностью фильтрации спектральных составляющих, лежащих вне рабочей полосы частот;

- второй полосовой фильтр 308 выполнен с возможностью фильтрации сигналов помех, лежащих вне рабочей полосы частот малошумящего усилителя 310, выполненного с возможностью усиления сигнала высокой частоты, подаваемого с антенны 303, приемный конвертер 309 выполнен с возможностью переноса высокой частоты на промежуточную частоту;

- электронный перестраиваемый полосовой фильтр 306 выполнен с возможностью фильтрации паразитных комбинационных составляющих;

- контроллер 305 выполнен с возможностью управления передающим конвертером 304, приемным конвертером 309, а также электронным перестраиваемым полосовым фильтром 306, при этом формирования управляющего кода для настройки перестраиваемого полосового фильтра 306 на соответствующую частоту;

- циркулятор 312 выполнен с возможностью осуществления частотной развязки между приемным и передающим трактами приемопередатчика 302.

В предпочтительном варианте осуществления широкополосной системы радиосвязи с частотным дуплексом электронный перестраиваемый полосовой фильтр 306 состоит из двух параллельных перестраиваемых колебательных контуров 401, 402 (Фиг. 4), соединенных перестраиваемым элементом связи 403, а контроллер 305 содержит цифро-аналоговый преобразователь 404, выходы которого соединены с входами перестраиваемых колебательных контуров 401, 402 и перестраиваемого элемента связи 403, причем параллельные перестраиваемые контуры 401, 402 образованы варакторами VD1, VD2 и индуктивностями L1, L2, цифро-аналоговый преобразователь 404 выполнен с возможностью преобразования управляющего кода контроллера 305 в управляющие напряжения V1 и V2 для электронного перестраиваемого полосового фильтра 306, выполненного с возможностью перестройки за счет изменения емкости варакторов VD1, VD2, путем подачи на них управляющего напряжения V1, а также за счет изменения емкости перестраиваемого элемента связи 403 путем подачи на него управляющего напряжения V2.

В предпочтительном варианте осуществления широкополосной системы радиосвязи с частотным дуплексом электронный перестраиваемый полосовой фильтр 306 выполнен с возможностью самодиагностики при изменении рабочей частоты и при ухудшении качества связи (большом количестве битовых ошибок или кодового восстановления информации на дальнем конце), причем в режиме самодиагностики электронного перестраиваемого полосового фильтра 306 снижается мощность на выходе первого усилителя мощности 307 передающего тракта, а полосно-пропускающий фильтр 311, малошумящий усилитель 310 и приемный конвертер 309 приемного тракта включаются на частоте передающего тракта (так называемый «шлейф по радиочастоте»), а цифровой модем 301 выполнен с возможностью цифровой обработки сигнала, при этом определения изменения в амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) рабочего сигнала, которое вносит электронный перестраиваемый полосовой фильтр 306, и передачи в контроллер 305 необходимой информации для коррекции управляющих напряжений V1 и V2 в целях уменьшения влияния электронного перестраиваемого полосового фильтра 306 на рабочий сигнал.

Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится ее подробное описание с соответствующими графическими материалами.

Фиг. 1. Блок-схема широкополосной системы радиосвязи с частотным дуплексом, выполненная согласно прототипу.

Фиг. 2. Амплитудно-частотная характеристика электронного перестраиваемого полосового фильтра системы радиосвязи с частотным дуплексом, выполненная согласно прототипу.

Элементы:

Прд - полоса пропускания передатчика;

Прм - полоса пропускания приемника;

f0 - центральная частота передатчика;

fн, fв - нижняя и верхняя частоты рабочего диапазона системы;

f1, f2 - комбинационные частоты.

Фиг. 3. Блок-схема широкополосной системы радиосвязи с частотным дуплексом, выполненная согласно изобретению.

Элементы:

301 - цифровой модем

302 - приемопередатчик;

303 - антенна;

304 - передающий конвертер (ПРД КНВ);

305 - контроллер;

306 - электронный перестраиваемый полосовой фильтр (ЭППФ);

307 - усилитель мощности (УМ);

308 - первый полосовой фильтр (ППФ);

309 - приемный конвертер (ПРМ КНВ);

310 - малошумящий усилитель (МШУ);

311 - второй полосовой фильтр (ППФ);

312 - циркулятор (Ц).

Фиг. 4. Блок-схема электронного перестраиваемого полосового фильтра широкополосной системы радиосвязи с частотным дуплексом, выполненная согласно изобретению.

Элементы:

401, 402 - перестраиваемые колебательные контуры;

403 - перестраиваемый элемент связи;

404 - цифро-аналоговый преобразователь;

VD1, VD2 - варакторы;

L1, L2 - индуктивности;

V1, V2 - управляющие напряжения;

ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь.

Рассмотрим более подробно функционирование заявленной широкополосной системы радиосвязи с частотным дуплексом (Фиг. 3, 4).

Широкополосная система радиосвязи с частотным дуплексом содержит цифровой модем 301, который соединен двумя кабелями промежуточной частоты с приемопередатчиком 302, который соединен с антенной одним высокочастотным кабелем. Приемопередатчик 302 включает в себя передающий тракт, приемный тракт, циркулятор 312 и контроллер 305. Передающий тракт образован передающим конвертером 304, который соединен с цифровым модемом 301, и с усилителем мощности 307, который соединен с первым полосовым фильтром 308. Приемный тракт образован приемным конвертером 309, который соединен с цифровым модемом 301 и с малошумящим усилителем 310, который соединен со вторым полосовым фильтром 311. Циркулятор 312 соединен с первым полосовым фильтром 308 со вторым полосовым фильтром 311 и с антенной 303. Контроллер 305 соединен с передающим конвертером 304, приемным конвертером 309 и цифровым модемом 301. Передающий конвертер 304 соединен с усилителем мощности 307 через электронный перестраиваемый полосовой фильтр 306, который соединен с контроллером 305.

Задача заявленного изобретения решена за счет включения в состав приемопередатчика 302 (Фиг. 3) электронного перестраиваемого полосового фильтра (ЭППФ) 306. На Фиг. 3 представлена блок-схема ЭППФ 306. ЭППФ 306 состоит из двух параллельных перестраиваемых колебательных контуров 401, 402, связанных перестраиваемым элементом связи 403. Параллельные перестраиваемые контуры 401, 402 образованы варакторами VD1, VD2 и индуктивностями L1, L2. ЭППФ 306 предназначен для фильтрации паразитных комбинационных составляющих. Контроллер 305, входящий в состав приемопередатчика 302, формирует управляющий код для настройки ЭППФ 306 на соответствующую частоту. Управляющий код преобразуется цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) 404, входящим в состав контроллера 305, в управляющие напряжения V1 и V2. Перестройка ЭППФ 306 происходит за счет изменения емкости варакторов VD1, VD2, входящих в состав перестраиваемых колебательных контуров 401, 402, путем подачи на них управляющего напряжения V1, а также за счет изменения емкости перестраиваемого элемента связи 403 путем подачи на него управляющего напряжения V2.

На Фиг. 3 представлена блок-схема системы радиосвязи, оснащенной ЭППФ 306. Для предотвращения возможного искажения излучаемого сигнала в ЭППФ 306 предусмотрен режим самодиагностики ЭППФ. Данный режим используют при изменении рабочей частоты и при определении ухудшения качества связи (большое количество битовых ошибок или кодового восстановления информации на дальнем конце). В режиме самодиагностики ЭППФ снижается мощность на выходе усилителя мощности 307 передающего тракта, а полосно-пропускающий фильтр 311, МШУ 310 и конвертор 309 приемного тракта включаются на частоте передающего тракта (так называемый «шлейф по радиочастоте»). При помощи цифровой обработки сигнала, осуществляемой цифровым модемом 301, определяют, какое изменение в амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) рабочего сигнала вносит ЭППФ 306, и в контроллер 305 передают необходимую информацию для коррекции управляющих напряжений V1 и V2 в целях уменьшения влияния ЭППФ 306 на рабочий сигнал.

Изобретение может быть осуществлено на соответствующей элементной базе по типовым технологиям.

Хотя описанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к области радиосвязи. Техническим результатом изобретения является создание широкополосной системы радиосвязи с частотным дуплексом с высоким качеством радиосвязи (с повышенной помехозащищенностью) и со сниженным негативным влиянием передающего тракта системы на приемный тракт системы путем подавления комбинационных частот передающего тракта, а также со сниженным негативным влиянием передающего тракта системы на приемные тракты других систем радиосвязи, находящихся в непосредственной близости (для улучшения электромагнитной совместимости), за счет включения в состав приемопередатчика 302 электронного перестраиваемого полосового фильтра (ЭППФ) 306. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Широкополосная система радиосвязи с частотным дуплексом, содержащая цифровой модем 301, который соединен двумя кабелями промежуточной частоты с приемопередатчиком 302, который соединен с антенной одним высокочастотным кабелем, причем приемопередатчик 302 включает в себя передающий тракт, приемный тракт, циркулятор 312 и контроллер 305, при этом передающий тракт образован передающим конвертером 304, который соединен с цифровым модемом 301 и с усилителем мощности 307, который соединен с первым полосовым фильтром 308, а приемный тракт образован приемным конвертером 309, который соединен с цифровым модемом 301 и с малошумящим усилителем 310, который соединен со вторым полосовым фильтром 311, который соединен с циркулятором 312, который соединен с первым полосовым фильтром 308 и с антенной 303, а контроллер 305 соединен с передающим конвертером 304, приемным конвертером 309 и цифровым модемом 301, отличающаяся тем, что передающий конвертер 304 соединен с усилителем мощности 307 через электронный перестраиваемый полосовой фильтр 306, который соединен с контроллером 305, при этом

- передающий конвертер 304 выполнен с возможностью переноса промежуточной частоты на высокую частоту усилителя мощности 307, который выполнен с возможностью усиления мощности сигнала до требуемого уровня полосового фильтра 306, выполненного с возможностью фильтрации спектральных составляющих, лежащих вне рабочей полосы частот;

- второй полосовой фильтр 308 выполнен с возможностью фильтрации сигналов помех, лежащих вне рабочей полосы частот малошумящего усилителя 310, выполненного с возможностью усиления сигнала высокой частоты, подаваемого с антенны 303, приемный конвертер 309 выполнен с возможностью переноса высокой частоты на промежуточную частоту;

- электронный перестраиваемый полосовой фильтр 306 выполнен с возможностью фильтрации паразитных комбинационных составляющих;

- контроллер 305 выполнен с возможностью управления передающим конвертером 304, приемным конвертером 309, а также электронным перестраиваемым полосовым фильтром 306, при этом формирования управляющего кода для настройки перестраиваемого полосового фильтра 306 на соответствующую частоту;

- циркулятор 312 выполнен с возможностью осуществления частотной развязки между приемным и передающим трактами приемопередатчика 302.

2. Широкополосная система радиосвязи с частотным дуплексом по п. 1, отличающаяся тем, что электронный перестраиваемый полосовой фильтр 306 состоит из двух параллельных перестраиваемых колебательных контуров 401, 402 (Фиг. 4), соединенных перестраиваемым элементом связи 403, а контроллер 305 содержит цифро-аналоговый преобразователь 404, выходы которого соединены с входами перестраиваемых колебательных контуров 401, 402 и перестраиваемого элемента связи 403, причем параллельные перестраиваемые контуры 401, 402 образованы варакторами VD1, VD2 и индуктивностями L1, L2, цифро-аналоговый преобразователь 404 выполнен с возможностью преобразования управляющего кода контроллера 305 в управляющие напряжения V1 и V2 для электронного перестраиваемого полосового фильтра 306, выполненного с возможностью перестройки за счет изменения емкости варакторов VD1, VD2, путем подачи на них управляющего напряжения V1, а также за счет изменения емкости перестраиваемого элемента связи 403 путем подачи на него управляющего напряжения V2.

3. Широкополосная система радиосвязи с частотным дуплексом по п. 2, отличающаяся тем, что электронный перестраиваемый полосовой фильтр 306 выполнен с возможностью самодиагностики при изменении рабочей частоты и при ухудшении качества связи (большом количестве битовых ошибок или кодового восстановления информации на дальнем конце), причем в режиме самодиагностики электронного перестраиваемого полосового фильтра 306 снижается мощность на выходе первого усилителя мощности 307 передающего тракта, а полосно-пропускающий фильтр 311, малошумящий усилитель 310 и приемный конвертер 309 приемного тракта включаются на частоте передающего тракта (так называемый «шлейф по радиочастоте»), а цифровой модем 301 выполнен с возможностью цифровой обработки сигнала, при этом определения изменения в амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) рабочего сигнала, которое вносит электронный перестраиваемый полосовой фильтр 306, и передачи в контроллер 305 необходимой информации для коррекции управляющих напряжений V1 и V2 в целях уменьшения влияния электронного перестраиваемого полосового фильтра 306 на рабочий сигнал.