Система радиосвязи с шумоподобными сигналами Российский патент 2024 года по МПК H04B7/216 

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в системах связи с шумоподобными сигналами.

Известны системы связи с шумоподобными сигналами (ШПС) [1, 2, 3, 4, 5]. Недостатком этих систем является влияние узкополосной помехи, превышающей по мощности полезный сигнал, на коэффициент усиления усилителя промежуточной частоты.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемой является система радиосвязи, использующая фазоманипулированные широкополосные сигналы (ФМ ШПС), описанная в [1, стр. 16 – 17, рис.1.7], которая принята за прототип.

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

1 – фазовый модулятор (ФМ);

2 – балансный модулятор (БМ);

3 – усилитель мощности (УМ);

4 – генератор фазоманипулированного сигнала (ГФМ);

5 – генератор несущей частоты (ГНЧ);

7, 20 – первый и второй синхронизаторы (С);

14 – смеситель (См);

16 – первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

17 – согласованный фильтр (СФ);

18 – решающее устройство (РУ);

19 – гетеродин (Гет).

Система связи состоит из передающей и приемной частей. Передающая часть содержит последовательно соединенные фазовый модулятор 1, балансный модулятор 2 и усилитель мощности 3, выход которого является выходом передающей части. Выход генератора несущей частоты 5 соединен со вторым входом балансного модулятора 2, выход первого синхронизатора 7 соединен с входом генератора фазоманипулированного сигнала 4, выход которого соединен со вторым входом фазового модулятора 1. Вход фазового модулятора 1 является информационным входом передающей части.

Приёмная часть содержит последовательно соединенные смеситель 14, усилитель промежуточной частоты 16, согласованный фильтр 17 и решающее устройство 18, выход которого является выходом приёмной части. Выход согласованного фильтра 17 соединен с входом второго синхронизатора 20, выход которого соединен со вторым входом решающего устройства 18 и входом гетеродина 19, выход которого соединен с вторым входом смесителя 14, первый вход которого является информационным входом приёмной части.

Система-прототип работает следующим образом.

В передающей части от источника информации последовательность двоичных информационных символов 1 и 0 длительностью Т₀ со скоростью 1/Т₀ поступает на первый вход ФМ 1, на второй вход которого с выхода ГФМ 4 одновременно поступает фазоманипулированный сигнал длительностью Т₀, представляющий собой последовательность видеоимпульсов 1 и 0 длительностью τ₀ = T₀/N, где N - число таких импульсов в ФМ сигнале. С выхода ФМ 1 на вход БМ 2 поступает фазоманипулированный видеосигнал, модулированный символом информационной последовательности. Одновременно с выхода ГНЧ 5 на второй вход БМ 2 поступает сигнал несущей частоты, а с его выхода на вход УМ 3 приходят импульсы ФМ ШПС, где они усиливаются и поступают в канал связи. Первый синхронизатор 7 согласовывает работу ГФМ 4 с темпом поступления информационных символов.

В приемной части излученный передающей частью ФМ ШПС, пройдя канал связи, попадает на вход смесителя См 14, на второй вход которого поступает сигнал гетеродина Гет 19, при этом принятый сигнал переносится на промежуточную частоту и поступает на вход УПЧ 16. УПЧ 16 осуществляет основное усиление сигнала, а также имеет в своём составе петлю автоматической регулировки усиления (АРУ). Петля АРУ поддерживает постоянный уровень сигнала на входе согласованного фильтра СФ 17. Поскольку блок-схема прототипа состоит из укрупнённых функциональных узлов, петля АРУ на фиг. 1 не показана.

С выхода УПЧ 16 сигнал поступает на вход согласованного фильтра СФ 17. СФ 17 производит оптимальную обработку принятого сигнала. Сигнал с выхода СФ 17 поступает на вход второго синхронизатора 20 и на первый вход решающего устройства РУ 18. Согласованной работой блоков гетеродина 19 и РУ 18 управляет второй синхронизатор 20, поэтому в момент отсчета с выхода СФ 17 на первый вход РУ 18 поступает максимальное значение напряжения со своим знаком, а с его выхода получателю информации в зависимости от знака выходного эффекта поступит либо информационная единица, либо информационный нуль.

Недостатком системы-прототипа является влияние узкополосной помехи на коэффициент усиления усилителя промежуточной частоты. Такое влияние возникает в том случае, когда мощность узкополосной помехи больше мощности полезного шумоподобного сигнала. Тогда система автоматической регулировки усиления (в составе УПЧ 16) начнёт работать по сигналу помехи, снижая усиление УПЧ. Это приведёт к тому, что уровень мощности полезного шумоподобного сигнала на выходе УПЧ будет меньше уровня, необходимого для работы согласованного фильтра.

Задача, на которую направлено предлагаемое техническое решение, состоит в исключении влияния узкополосной помехи на коэффициент усиления усилителя промежуточной частоты.

Для решения поставленной задачи в систему радиосвязи с шумоподобными сигналами, передающая часть которой содержит фазовый модулятор, выход которого соединен с первым входом балансного модулятора, соединенный своим выходом со входом усилителя мощности, выход которого является выходом передающей части, при этом генератор несущей частоты соединен со вторым входом балансного модулятора, выход первого синхронизатора соединен с входом генератора фазоманипулированного сигнала, выход которого соединен со вторым входом фазового модулятора, первый вход фазового модулятора является информационным входом передающей части; в приёмной части смеситель, последовательно соединенные первый усилитель промежуточной частоты, согласованный фильтр и решающее устройство, выход которого является выходом приёмной части, при этом выход согласованного фильтра соединен с входом второго синхронизатора, выход которого соединен со вторым входом решающего устройства и входом гетеродина, выход которого соединен с вторым входом смесителя, первый вход которого является информационным входом приёмной части, согласно изобретению введены в передающую часть генератор гармонического сигнала, выход которого соединён с входом усилителя мощности; в приёмную часть – последовательно соединённые узкополосный фильтр, усилительный блок, второй усилитель промежуточной частоты, логарифмический детектор/контроллер, усилитель постоянного тока и фильтр нижних частот, а также регулируемый аттенюатор, второй вход которого соединён с выходом фильтра нижних частот, выход смесителя соединен с входом узкополосного фильтра и первым входом регулируемого аттенюатора, выход которого соединён с входом первого усилителя промежуточной частоты.

На фиг. 2 приведена функциональная схема заявляемой системы радиосвязи с шумоподобными сигналами, где введены следующие обозначения:

1 – фазовый модулятор (ФМ);

2 – балансный модулятор (БМ);

3 – усилитель мощности (УМ);

4 – генератор фазоманипулированного сигнала (ГФМ);

5 – генератор несущей частоты (ГНЧ);

6 – генератор гармонического сигнала (ГГС);

7, 20 – первый и второй синхронизаторы (С);

8 – узкополосный фильтр (УФ);

9 – усилительный блок (УсБл);

16, 10 – первый и второй усилители промежуточной частоты (УПЧ);

11 – фильтр нижних частот (ФНЧ);

12 – усилитель постоянного тока (УПТ);

13 – логарифмический детектор/контроллер (ЛД-К);

14 – смеситель (См);

15 – регулируемый аттенюатор (Атт);

17 – согласованный фильтр (СФ);

18 – решающее устройство (РУ);

19 – гетеродин (Гет).

Предлагаемая система радиосвязи состоит из передающей и приёмной частей.

Передающая часть содержит последовательно соединенные фазовый модулятор 1, балансный модулятор 2 и усилитель мощности 3, выход которого является выходом передающей части, при этом выход генератора гармонического сигнала 6 соединен с входом усилителя мощности 3. Генератор несущей частоты 5 соединен со вторым входом балансного модулятора 2, выход первого синхронизатора 7 соединен с входом генератора фазоманипулированного сигнала 4, выход которого соединен со вторым входом фазового модулятора 1. Первый вход фазового модулятора 1 является информационным входом передающей части.

Приёмная часть содержит последовательно соединенные смеситель 14, регулируемый аттенюатор 15, первый усилитель промежуточной частоты 16, согласованный фильтр 17 и решающее устройство 18, выход которого является выходом приёмной части. При этом выход согласованного фильтра 17 соединен с входом второго синхронизатора 20, выход которого соединен со вторым входом решающего устройства 18 и входом гетеродина 19, выход которого соединен с вторым входом смесителя 14. Выход смесителя 14 соединен с входом узкополосного фильтра 8, выход которого через последовательно соединенные усилительный блок 9, второй усилитель промежуточной частоты 10, логарифмический детектор/контроллер 13, усилитель постоянного тока 12 и фильтр нижних частот 11 подключен ко второму входу регулируемого аттенюатора 15. Причем второй вход логарифмического детектора/контроллера 13 является входом для опорного напряжения. Первый вход смесителя 14 является информационным входом приёмной части. Узкополосный фильтр 8, усилительный блок 9, первый УПЧ 10, логарифмический детектор/контроллер 13, усилитель постоянного тока 12, ФНЧ 11 и регулируемый аттенюатор 15 образуют петлю автоматической регулировки усиления (АРУ).

Система радиосвязи с шумоподобными сигналами работает следующим образом.

В передающей части от источника информации последовательность двоичных информационных символов 1 и 0 длительностью Т₀ со скоростью 1/Т₀ поступает на вход передающей части системы, являющийся первым входом ФМ 1, на второй вход которого с выхода ГФМ 4 одновременно поступает фазоманипулированный сигнал длительностью Т₀, представляющий собой последовательность видеоимпульсов 1 и 0 длительностью τ₀ = T₀/N, где N - число таких импульсов в ФМ сигнале. С выхода ФМ 1 на первый вход БМ 2 поступает фазоманипулированный видеосигнал, модулированный символом информационной последовательности. Одновременно с выхода ГНЧ 5 на второй вход БМ 2 поступает сигнал несущей частоты, а с его выхода на вход УМ 3 приходят импульсы ФМ ШПС. Также на вход УМ 3 поступает сигнал, вырабатываемый генератором гармонического сигнала 6 на частоте, попадающей в полосу шумоподобного сигнала, который образуется на выходе балансного модулятора 2. Далее шумоподобный сигнал и гармонический сигнал усиливаются и излучаются совместно.

Первый синхронизатор 7 согласовывает работу ГФМ 4 с темпом поступления информационных символов. Мощность гармонического сигнала существенно меньше мощности широкополосного шумоподобного сигнала. Для определённости рассмотрим случай, когда мощность этого гармонического сигнала меньше мощности широкополосного шумоподобного сигнала на 20 дБ. Т.е. мощность, затрачиваемая на передачу гармонического сигнала, составляет 1% от мощности шумоподобного сигнала.

В приемной части излученный передающей частью ФМ ШПС, пройдя канал связи, попадает на вход приемной части, являющийся первым входом смесителя 14, на второй вход которого поступает сигнал гетеродина 19, при этом принятый сигнал переносится на промежуточную частоту и поступает на вход регулируемого аттенюатора 15, а также на вход узкополосного фильтра 8. Узкополосный фильтр 8 настроен на частоту генератора гармонического сигнала 6, поэтому он выделяет из всего спектра принимаемого сигнала только гармонический сигнал.

Сигнал с выхода узкополосного фильтра 8 усиливается в усилительном блоке 9 на 20 дБ для компенсации разности уровней мощности гармонического сигнала и полезного шумоподобного сигнала. Второй УПЧ 10 обеспечивает усиление входного сигнала приёмной части до минимального уровня, необходимого для нормальной работы ЛД-К 13. Напряжение U_оп, подаваемое на второй вход ЛД-К 13, задаёт уровень выходного сигнала петли АРУ, который поддерживается постоянным. Выходным сигналом петли АРУ является сигнал на выходе первого УПЧ 16, поскольку регулируемый аттенюатор 15 находится в тракте усиления шумоподобного сигнала промежуточной частоты.

Гармонический сигнал выделяется УФ 8 с полосой ∆F_гс, много меньшей полосы ∆F_с фильтра в тракте промежуточный частоты широкополосного сигнала. Поэтому уровень мощности шумов Р_шгс на выходе узкополосного фильтра будет намного меньше уровня мощности шумов Р_шс на выходе фильтра в тракте промежуточный частоты широкополосного сигнала. Если полоса ∆F_с = 30 МГц, а полоса ∆F_гс = 15 кГц, то Р_шс / Р_шгс = 10lg(∆F_с / ∆F_гс) = 10lg(30 МГц / 15 кГц) = 33 дБ. То есть уровень шумов на выходе узкополосного фильтра на 33 дБ ниже, чем на выходе фильтра в тракте промежуточный частоты широкополосного сигнала. Таким образом, несмотря на то, что мощность гармонического сигнала, излучаемого передатчиком, на 20 дБ ниже мощности широкополосного ШПС, соотношение сигнал/шум для гармонического сигнала будет на 13 дБ больше, чем соотношение сигнал/шум для широкополосного сигнала. Поэтому принятый и отфильтрованный гармонический сигнал можно использовать для функционирования системы АРУ.

С выхода первого УПЧ 16 сигнал поступает на вход согласованного фильтра СФ 17. СФ 17 производит оптимальную обработку принятого сигнала. Сигнал с выхода СФ 17 поступает на вход второго синхронизатора 20 и на первый вход решающего устройства РУ 18.

Как известно, узкополосный сигнал, а тем более гармонический сигнал, не оказывает существенного влияния на выходной сигнал согласованного фильтра, выполняющего операцию свёртки. К тому же, уровень гармонического сигнала ниже уровня полезного шумоподобного сигнала на выходе первого УПЧ 16 на 20 дБ.

Согласованной работой гетеродина 19 и РУ 18 управляет второй синхронизатор 20, поэтому в момент отсчёта с выхода СФ 17 на первый вход РУ 18 поступает максимальное значение напряжения со своим знаком, а с его выхода получателю информации в зависимости от знака выходного эффекта поступит либо информационная единица, либо информационный нуль.

Таким образом, введение дополнительных блоков в предлагаемую систему исключает влияние узкополосной помехи, превышающей по мощности полезный сигнал, на коэффициент усиления усилителя промежуточной частоты в тракте широкополосного сигнала.

Источники информации:

1. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985.

2. Патент RU 2450452 С1. Система радиосвязи с множественным доступом. Опубликовано 10.05.2012. Бюл. № 13.

3. Патент RU 2396707 С1. Система радиосвязи с шумоподобными сигналами. Опубликовано 10.08.2010. Бюл. № 22.

4. Патент RU 2279763 С1. Линия радиосвязи. Опубликовано 10.07.2006 Бюл. № 19.

5. Патент RU 2165677 С1. Линия связи дискретной информации с широкополосными сигналами. Опубликовано 20.04.2001. Бюл. № 11.

Изобретение относится к области радиосвязи. Техническим результатом является исключение влияния узкополосной помехи, превышающей по мощности полезный сигнал, на коэффициент усиления усилителя промежуточной частоты. Упомянутый технический результат достигается тем, что в систему радиосвязи с шумоподобными сигналами дополнительно введены: в передающую часть генератор гармонического сигнала (6), выход которого соединён с входом усилителя мощности (3); в приёмную часть последовательно соединённые узкополосный фильтр (8), усилительный блок (9), второй усилитель промежуточной частоты (10), логарифмический детектор/контроллер (13), усилитель постоянного тока (12) и фильтр нижних частот (11), а также регулируемый аттенюатор (15), второй вход которого соединён с выходом фильтра нижних частот, выход смесителя (14) соединен с входом узкополосного фильтра и первым входом регулируемого аттенюатора, выход которого соединён с входом первого усилителя промежуточной частоты (16). 2 ил.

Система радиосвязи с шумоподобными сигналами, передающая часть которой содержит фазовый модулятор, выход которого соединен с первым входом балансного модулятора, соединенный своим выходом со входом усилителя мощности, выход которого является выходом передающей части, при этом генератор несущей частоты соединен со вторым входом балансного модулятора, выход первого синхронизатора соединен с входом генератора фазоманипулированного сигнала, выход которого соединен со вторым входом фазового модулятора, первый вход фазового модулятора является информационным входом передающей части; в приёмной части смеситель, последовательно соединенные первый усилитель промежуточной частоты, согласованный фильтр и решающее устройство, выход которого является выходом приёмной части, при этом выход согласованного фильтра соединен с входом второго синхронизатора, выход которого соединен со вторым входом решающего устройства и входом гетеродина, выход которого соединен с вторым входом смесителя, первый вход которого является информационным входом приёмной части, отличающаяся тем, что введены в передающую часть генератор гармонического сигнала, выход которого соединён с входом усилителя мощности; в приёмную часть – последовательно соединённые узкополосный фильтр, усилительный блок, второй усилитель промежуточной частоты, логарифмический детектор/контроллер, усилитель постоянного тока и фильтр нижних частот, а также регулируемый аттенюатор, второй вход которого соединён с выходом фильтра нижних частот, выход смесителя соединен с входом узкополосного фильтра и первым входом регулируемого аттенюатора, выход которого соединён с входом первого усилителя промежуточной частоты.