Система радиосвязи с шумоподобными сигналами Российский патент 2024 года по МПК H04B7/216 H04L27/18 H04B1/707 

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в системах связи с шумоподобными сигналами для передачи информации по технологии «Манчестер-2» (ГОСТ Р 52070-2003 и MIL-STD-1553B).

Известны системы связи с шумоподобными сигналами (ШПС), описанные в [1], [2], [3], [4], [5], [6]. Недостатком этих систем является невозможность передачи пакетной информации по технологии «Манчестер-2» без потери передаваемой информации.

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

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

4 - фазовый модулятор (ФМ);

5 - балансный модулятор (БМ);

6 -усилитель мощности (УМ);

8 -генератор фазоманипулированного сигнала (ГФМ);

9 - генератор несущей частоты (ГНЧ);

10, 18 - первый и второй синхронизаторы (С);

11 - смеситель (См);

12 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

13 - согласованный фильтр (СФ);

14 - решающее устройство (РУ);

17 - гетеродин (Гет).

Система связи состоит из передающей и приёмной частей.

Передающая часть содержит последовательно соединенные фазовый модулятор 4, балансный модулятор 5 и усилитель мощности 6, выход которого является выходом передающей части. Выход генератора несущей частоты 9 соединен со вторым входом балансного модулятора 5, выход первого синхронизатора 10 соединен с входом генератора фазоманипулированного сигнала 8, выход которого соединен со вторым входом фазового модулятора 4. Первый вход фазового модулятора 4 является информационным входом передающей части.

Приёмная часть содержит последовательно соединенные смеситель 11, усилитель промежуточной частоты 12, согласованный фильтр 13 и решающее устройство 14, выход которого является выходом приёмной части. Выход согласованного фильтра 13 соединен с входом второго синхронизатора 18, выход которого соединен со вторым входом решающего устройства 14 и входом гетеродина 17, выход которого соединен со вторым входом смесителя 11, 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 4, на второй вход которого с выхода ГФМ 8 одновременно поступает сигнал псевдослучайной последовательности (ПСП) длительностью Т₀, представляющий собой последовательность видеоимпульсов 1 и 0 длительностью τ₀ = T₀/N, где N - число таких импульсов в ПСП сигнале. С выхода ФМ 4 на первый вход БМ 5 поступает фазоманипулированный видеосигнал, модулированный символами информационной последовательности. Одновременно с выхода ГНЧ 9 на второй вход БМ 5 поступает сигнал несущей частоты, а с его выхода на вход УМ 6 приходит фазоманипулированный широкополосный сигнал, где он усиливается и поступает в канал связи. Первый синхронизатор 10 согласовывает работу ГФМ 8 с темпом поступления информационных символов.

В приемной части излученный передающей частью ФМ ШПС, пройдя канал связи, попадает на первый вход смесителя См 11, на второй вход которого поступает сигнал гетеродина 17, при этом принятый сигнал переносится на промежуточную частоту и поступает на вход УПЧ 12. УПЧ 12 осуществляет основное усиление сигналов приёмной части. С выхода УПЧ 12 сигнал поступает на вход согласованного фильтра СФ 13, в котором производится оптимальная обработка принятого сигнала. Сигнал с выхода СФ 13 поступает на вход второго синхронизатора 18 и на первый вход решающего устройства РУ 14. Синхронизатор 18 осуществляет поиск сигнала по частоте и по времени, накапливает сигнал для увеличения надёжности синхронизации, управляет работой решающего устройства 14 и гетеродина 17. Для поиска ФМ сигнала по частоте синхронизатор 18 перестраивает гетеродин 17. После окончания поиска и вхождения в синхронизм на выходе РУ 14 появляется информационная последовательность в виде двоичных символов, которая поступает получателю информации.

Недостатком системы-прототипа является невозможность передачи пакетной информации, по технологии «Манчестер-2» без потери передаваемой информации. Передача пакетной информации предусматривает паузы между пакетами информации, поэтому время от времени происходит прекращение передачи, что приводит к срыву синхронизации на приёмной стороне [2, стр. 429] и, как следствие, к потере принимаемой информации в течение времени восстановления синхронизации.

Задача - повышение надежности передачи пакетной информации за счет исключения влияния перерывов передачи на срывы синхронизации на приёмной стороне, приводящие к потере принимаемой информации.

Для решения поставленной задачи в систему радиосвязи с шумоподобными сигналами, содержащую в передающей части последовательно соединенные фазовый модулятор, балансный модулятор и усилитель мощности, выход которого является выходом передающей части, при этом выход генератора 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; в приемной части последовательно соединенные смеситель, усилитель промежуточной частоты, согласованный фильтр и решающее устройство, 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 последовательно соединённые входное устройство, блок привязки и относительный кодер, выход которого соединён с первым входом фазового модулятора, при этом выход тактового генератора соединен со вторым входом блока привязки, вход входного устройства является входом приемной части; в приёмную часть - последовательно соединённые относительный декодер и выходное устройство, выход которого является выходом приемной части, при этом выход решающего устройства соединен с входами относительного декодера и устройства тактовой синхронизации, выход которого соединён с вторым входом относительного декодера.

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

1 - входное устройство (ВхУ);

2 - блок привязки (БПр);

3 - относительный кодер (ОтнК);

4 - фазовый модулятор (ФМ);

5 - балансный модулятор (БМ);

6 - усилитель мощности (УМ);

7 - тактовый генератор (ТГен);

8 - генератор фазоманипулированного сигнала (ГФМ);

9 - генератор несущей частоты (ГНЧ);

10, 18 - первый и второй синхронизаторы (С);

11 - смеситель (См);

12 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

13 - согласованный фильтр (СФ);

14 - решающее устройство (РУ);

15 - относительный декодер (ОтнД);

16 - выходное устройство (ВыхУ);

17 - гетеродин (Гет);

19 - устройство тактовой синхронизации (УТС).

Предлагаемая система радиосвязи состоит из передающей и приёмной частей.

Передающая часть содержит последовательно соединенные входное устройство 1, блок привязки 2, относительный кодер 3, фазовый модулятор 4 балансный модулятор 5 и усилитель мощности 6, выход которого является выходом передающей части. Выход генератора несущей частоты 9 соединен со вторым входом балансного модулятора 5, выход первого синхронизатора 10 соединен с входом генератора фазоманипулированного сигнала 8, выход которого соединен со вторым входом фазового модулятора 4. Выход тактового генератора 7 соединен со вторым входом блока привязки 2. Вход входного устройства 1 является входом приёмной части.

Приёмная часть содержит последовательно соединенные смеситель 11, усилитель промежуточной частоты 12, согласованный фильтр 13, решающее устройство 14, относительный декодер 15 и выходное устройство 16, выход которого является выходом приёмной части. Выход согласованного фильтра 13 соединен со входом второго синхронизатора 18, выход которого соединен со вторым входом решающего устройства 14 и входом гетеродина 17, выход которого соединен со вторым входом смесителя 11, первый вход которого является информационным входом приёмной части. Выход решающего устройства 14 соединен с входом устройства тактовой синхронизации 19, выход которого соединен со вторым входом относительного декодера 15.

Предлагаемая система радиосвязи с шумоподобными сигналами работает следующим образом.

В передающей части от источника информации поступает информационный сигнал «Манчестер-2», представляющий собой последовательность двуполярных импульсов, составляющих информационный пакет. Максимальная длительность пакета составляет 640 мкс. Передаваемые пакеты поступают от источника информации асинхронно с паузами от 4 до 12 мкс. Входное устройство 1 преобразует поступающий двуполярный сигнал в однополярный, пригодный для обработки логическими микросхемами. Информационные пакеты Манчестер-2, поступающие на вход приёмной части с тактовой частотой F₁, тактируются в блоке привязки 2 и, таким образом, привязываются по фазе к сигналу тактового генератора 7, который работает на частоте F₂ = n⋅F₁, где n есть целое число, и затем записываются в ячейки памяти с тактовой частотой F_зап = F₂/ n. Стабильность тактового генератора 7 обеспечивает расхождение частоты записи F_зап и тактовой частоты F₁ в минимальных пределах, и поэтому за время передачи информационного пакета максимальной длительности момент записи не выходит за пределы импульса минимальной длительности в пакете. С выхода блока привязки 2 пакетный сигнал поступает на вход относительного кодера 3, который вырабатывает на своём выходе непрерывный сигнал, поскольку кодированная пауза между пакетами после кодирования представляет собой меандр.

С выхода относительного кодера 3 непрерывный кодированный сигнал поступает на вход фазового модулятора 4, на второй вход которого поступает сигнал псевдослучайной последовательности от генератора 8. ФМ 4 осуществляет фазовую модуляцию сигнала ПСП.

С выхода ФМ 4 на первый вход БМ 5 поступает последовательность ШПС в виде ФМ сигналов, переносящая информационные символы. Одновременно с выхода ГНЧ 9 на второй вход БМ 5 поступает сигнал несущей частоты. БМ 5 осуществляет балансную модуляцию колебания с несущей частотой ФМ сигналом. Колебание с несущей частотой создаётся ГНЧ 9. УМ 6 усиливает фазоманипулированный сигнал для последующего излучения в пространство. Первый синхронизатор 10 согласовывает работу ГФМ 8 с темпом поступления информационных символов.

В приемной части излученный передающей частью ФМ ШПС, пройдя канал связи, попадает на первый вход смесителя 11, на второй вход которого поступает сигнал гетеродина 17, при этом принятый сигнал переносится на промежуточную частоту и поступает на вход УПЧ 12, который осуществляет основное усиление сигнала приёмной части. С выхода УПЧ 12 сигнал поступает на вход согласованного фильтра 13, в котором производится оптимальная обработка принятого сигнала. Сигнал с выхода СФ 13 поступает на вход второго синхронизатора 18 и на первый вход решающего устройства 14. Второй синхронизатор 18 осуществляет поиск сигнала по частоте и по времени, накапливает сигнал для увеличения надёжности синхронизации, управляет работой решающего устройства 14 и гетеродина 17. Для поиска ФМ сигнала по частоте синхронизатор 18 перестраивает гетеродин 17. После окончания поиска и вхождения в синхронизм на выходе РУ 14 появляется непрерывная информационная последовательность в виде двоичных символов.

С выхода РУ 14 непрерывный кодированный сигнал поступает на вход относительного декодера 15, а также на вход устройства тактовой синхронизации 19. УТС 19 выделяет из непрерывного кодированного сигнала тактовый сигнал, который поступает на второй вход относительного декодера 15. На выходе относительного декодера 15 вырабатывается исходный пакетный информационный сигнал логических уровней, который затем поступает на вход выходного устройства 16. Выходное устройство 16 формирует двуполярный пакетный сигнал, соответствующий стандарту «Манчестер-2», который поступает потребителю.

Таким образом, введение дополнительных блоков в предлагаемую систему исключает влияние перерывов передачи на срывы синхронизации на приёмной стороне, приводящие к потере принимаемой информации.

Технический результат - повышение надежности передачи пакетной информации.

Источники информации:

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

2. Борисов В.И. и др. Помехозащищённость систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью. Под ред. В.И. Борисова. - М.: Радио и связь, 2003.

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

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

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

6. Патент RU 2165677 С1 Линия связи дискретной информации с широкополосными сигналами. Опубликовано 20.04.2001.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в системах связи с шумоподобными сигналами для передачи информации по технологии «Манчестер-2». Техническим результатом изобретения является повышение надежности передачи пакетной информации. Система радиосвязи с шумоподобными сигналами дополнительно содержит в передающей части последовательно соединённые входное устройство (1), блок привязки (2), второй вход которого соединен с выходом тактового генератора (7), и относительный кодер (3), а в приёмной части - последовательно соединённые относительный декодер (15), со вторым входом которого соединено устройство тактовой синхронизации (19), и выходное устройство (16). Вход входного устройства (1) является входом приемной части. Выход относительного кодера (3) соединён с первым входом фазового модулятора (4). Выход решающего устройства соединен с входами относительного декодера (15) и устройства тактовой синхронизации (19). Выход выходного устройства (16) является выходом приемной части. 2 ил.

Система радиосвязи с шумоподобными сигналами, содержащая в передающей части последовательно соединенные фазовый модулятор, балансный модулятор и усилитель мощности, выход которого является выходом передающей части, при этом выход генератора 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; в приемной части последовательно соединенные смеситель, усилитель промежуточной частоты, согласованный фильтр и решающее устройство, при этом выход согласованного фильтра соединен с входом второго синхронизатора, выход которого соединен со вторым входом решающего устройства и входом гетеродина, выход которого соединен со вторым входом смесителя, первый вход которого является информационным входом приёмной части, отличающаяся тем, что введены в передающую часть последовательно соединённые входное устройство, блок привязки и относительный кодер, выход которого соединён с первым входом фазового модулятора, при этом выход тактового генератора соединен со вторым входом блока привязки, вход входного устройства является входом приемной части; в приёмную часть – последовательно соединённые относительный декодер и выходное устройство, выход которого является выходом приемной части, при этом выход решающего устройства соединен с входами относительного декодера и устройства тактовой синхронизации, выход которого соединён со вторым входом относительного декодера.