Устройство для передачи и приема многочастотных сигналов с относительной фазовой манипуляцией Советский патент 1986 года по МПК H04B7/22 

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для пе- .редачи и приема многочастотных сигналов с относительной фазовой манипуляцией по каналам радиосвязи с многолу- чевостью, подверженным воздействию сосредоточенных помех, в частности по каналам ионосферной, тропосферной и метеорной свя-зи, а также по каналам с отражением от космических объектов естественного и искусственного проис- .

Цель изобретения - повьппение помехозащищенности в условиях многочастотных сосредоточенных по спектру помех4

На фиг, 1 дана структурная схема передающей и приемной .станций; на фиг. 2 - структурная схема формирователя импульсов синхронизации; на фиг. 3 а - Т - временные диаграммы, поясняющие принцип действия конкретного устройства.

Устройство содержит кодер 1 относительной фазовой манипуляции (ОФМ), блок 2 формирования тактовых импульсов, форм фователь 3 многочастотного сигнала, фазовый манипулятор 4, широ- кополосный передатчик 5, генератор 6 псевдослучайной пбследовательности (ПСП), перемножитель 7, широкополосный приемник 8, фильтры 9,.временные селекторы 10, демодуляторы 11, выполненные по квадратурной схеме; каждый демодулятор 11 состоит из первого фазового детектора 12, второго фазового детектора 13, фазовращателя 14, генератора 15, первый 16 и второй 17 автокорреляторы, состояпще.из линии 18 задержки и перемножителя 19, а также сумматор 205 интегратор 21,. решающий блок 22, амплитудные детекторы 23, формирователи 24 импульсов синхронизации, формирователь 25 импульсов гашения. Кроме того, приемная станция содержит тракт формирования сигнала автоматической регулировки усиления, состоящий из линии 26 задержки, сумматора 27 и блока 28 формирования сигнала автоматической регулировки усиления (АРУ).

Каждая ветвь приема состоит из формировател я 29 импульсов, дифферен- Х1Ирующего блока 30, первого формирователя-селектора 31, второго формирователя-селектора 32, первого RG- триггера,33, втррого RS-триггера 34, первого фильтра 35 нижних частот.

второго фильтра 36 нижних частот, первого дискриминатора 37 временного сдвига, второго дискриминатора 38 временного сдвига, первого генератора 39 тактовых импульсов, второго генератора 40 тактовых импульсов и допол - нительного RS-триггера 41.

Устройство работает следующим образом.

На вход кодера 1 передающей станции поступает последовательность информационных импульсов длительностью Т. Кодер I преобразует эту последовательность импульсов в относитель- 5 ный код (фиг. За).

Последовательность входных информационных импульсов также поступает на вход блока 2 формирования, который формирует тактовые импульсы с интервалом Т(., определяющим гранищ 1 формируемого многочастотного сигнала (ШС). Последовательность импульсов с выхода блока 2 формирования одновременно поступает на входы формиро- -, вателя 3 МЧС и генератора 6 ПСП. В зависимости от размерности МЧС длительность его отдельных частотных эле- ентов равна

0

30

IL

N

(1)

где с..

N

Q - длительность одного элемента МЧС;

- число элементов (размерность) МЧС; Т(. - длительность МЧС.

Полученная на выходе блока 2 формирователя последовательность тактовых импульсов используется для синхронизации генератора 6 ПСП, накладываемой на широкополосный сигнал, а также для определения границ элементов ПСП. В общем случае в устройстве предусматривается возможность наложения ПСП с различным числом элементов либо на отдельные элементы, либо на весь МЧС. В первом случае возможно наложение на каяздый элемент МЧС ПСП с одинаковой или различной структурой. На переданицей станции формируется МЧС с последовательностью из трех частотно-разнесенных во времени 3JSeMeHTOB (). В этом случае Тс

р - и для передачи широкополосного сигнала используется ансамбль из трех частот f, f и fj.

На каждый элемент МЧС накладывается ПСП одинаковой структуры с числом элементов (структура ПСП выбрана +++-+-), Тогда на выходе гене:ратора 6 возникает сигнал, изображенный на фиг. 3 fi . В такЪм виде сигнал с выхода генератора 6 поступает на один из входов перемножителя 7, на второй вход которого действует информационная последовательность в относительном коде с выхода кодера 1. .На выходе перемножителя 7 возникает последовательность импульсов, изображенная на фиг, 3 Ь , которая поступает на второй вход фазового манипулятора 4, на первый вход которого подается МЧС сформированный в формирователе 3, Сигнал на выходе формирователя 3 МЧС представляет собой радиоимпульсы с постоянной амплитудой и длительностью с дискретной частотной манипуляцией заполнения. В фазовом манипуляторе 4 происходит изменение фазы колебаний, соответствующих отдельным частотным элементам МЧС, по закону последова- тельности импульсов, сформированных на выходе перёмножителя 7 (фиг. Зг), Результирующий МЧС переносится по спектру в нужный участок диапазона, усиливается и излучается широкополое- ным передатчиком 5,

Сигнал, излученный широкополосным передатчиком 5, в многолучевой линии связи подвергается селективным замираниям и поступает на вход широкопо- лосного приемника 8 приемной станции (фиг 2), где он усиливается и преобразуется в промежуточную частоту, С выхода широкополосного приемника сигнал поступает на фильтры 9, согласо- ванные с фазоманипулированными псевдослучайными сигналами, каждый из которых настроен на соответствующую под- несущую частоту принимаемого МЧСо

На выходе каждого фильтра 9 при прохождении соответствующей частоты появляется отклик, форма которого определяется функцией автокорреляции фазоманипулированного псевдослучайного сигнала, а также свойствами многолучевой линии связи. В эти моменты на выходах остальных фильтров присутствует только шум.

Из- за многолучевости линии связи

На выходе амплитудного детектора 23 наделяется огибающая отклика

переданный МЧС проходит многими путя-55 фильтра 9 (фиг. 3,| ), которая постуми случайной длины. В связи с этим отклик на выходе фильтра 9 представ- JMeT собой суперпозицию элементарных

пает на вход формирователя 29, где она усиливается и ограничивается по амплитуде (фиг, Зи).

10

15

20 5 о

5 0 0

автокорреляционных откликов фильтра на сигналы, прошедшие по каждому пути. Поэтому результирующее мгновенное значение огибающей на выходе фильтра 9, отсчитанное в определенный момент, в результате интерференции высокочастотных колебаний со случайными фазами оказывается случайной величиной. Форма реализации этой случайной функции не зависит от того, какой из сигналов передан, .и определяется только . случайными параметрами многолучевой линии связио

На фиг о приведены характеристики реакций фильтров 9 при приеме МЧС рассматриваемой структуры на частотах f,, f2 и f о Отклики фильтров 9 для одноименных элементов соседних МЧС корректируют. Этот факт объясняется тем, что для реальных линий связи длительность передаваемых сигналов Т с много меньше интервала временной корреляции многолучевой линии связио Это позволяет утверждать, что высокочастотный процесс, полученньш на выходе фильтра 9, согласованного с фазоманипулированными псевдослучайными сигналами для данного элемента МЧС, можно успешно использовать в качестве опорного при приеме одноименного (на данной частоте) элемента последующего МЧС. Для реализации указанного обстоятельства необходимо на приемной станции осуществлять, сле- жение за границами откликов на выходах фильтров 9, чтобы исключить шум и боковые всплески, обусловленные корреляционньии свойствами фазомани- пулированных псевдослучайных сигиа лов. Для этого на приемной станции во всех ветвях обработки включены временные селекторы 10 между фильтрами 9 и демодуляторами 11. Временные селекторы 10 управляются импульсами, 5 вырабатываемыми формирователями 24, структурная схема которых показана на фиг. 3.

В качестве примера определения временных границ откликов на выходе фильтра 9 берем фильтр, настроенный на частоту f .

На выходе амплитудного детектора 23 наделяется огибающая отклика

фильтра 9 (фиг. 3,| ), которая постуфильтра 9 (фиг. 3,| ), которая посту

пает на вход формирователя 29, где она усиливается и ограничивается по амплитуде (фиг, Зи).

Под воздействием шумов и замираний сигналов положения переднего и заднего фронтов импульса на выходе формирователя 29 изменяются. Для стабилизации местоположения и границ отклика на выходе фильтра 9 эти импульсы подаются на вход дифференцирующего блока 30, на выходе которого форютруются сигналы (фиг. Зк), Эти сигналы поступают в два тракта обра- ботки, которые отличаются тем, что в первом тракте первый формировате- тель-селектор 31 выделяет положительный импульс, а второй формирователь-селектор 32 вьщеляет отрицатель- ный импульс Указанные импульсы в формироватепях-селекторах 31 и 32 фор- мируются в короткие импульсы с фиксированной амплитудой (фкг, 3 А им)о

Импульсы с выхода первого формиро- вателя-селектора 31 поступают на вход R. первого RS-триггера 33, на вход 5 которого действуют импульсы с частотой, соизмеримой с величиной l/T, вырабатываемые первым управляемым генератором 39 (4мг. Зн), На выходе первого RS-триггера 33 формируется сигнал рассогласования qдлительностью пропорциональной разности фаз меязду сравниваемыми последовательностями импульсов (фиг. Зо). Этот сигнал по- ступаат на вход первого фильтра 35 нижних частот, в котором происходит усреднение длительности входных импульсов (т.е. выделение постоянной составляющей). Полоса щ)оп ускания фильтра нижних частот выбирается с учетом величины реальной скорости изменения параметров (интервала временной корреляции) многолучевой линии связк и для типовых трасс с учетом доплеровской зоны составляет 10-30 Гц

Усредненный сигнал с первого фильтра 35 поступает на вход первого дискриминатора 37 временного сдвига, где сравнивается с эталонным напряжением, и в зависимости от знака разности o6otfx напряжений вырабатывается напряжение подстройки фазы в сторону отставания или опережения, пока раз- ность фаз не станет равной нулю.

Аналогично работает второй тракт, соответствуняцие временные диаграммь работы которого приведены на фиг. 3t

HP- . -, - - , , - . ; Импульсы с выходов первого и второго управляемых генераторов 39 и 40 поступают на входы R и S дополнительного RS-триггера 41„ на выходе которого формируются импульсы (фиг.З п) с длительностью, соответствующей усредненным временным границам отклика на выходе фильтра 9.

Высокочастотные колебания с выходов фильтров 9 через временные селекторы 10 поступают на входы демодуляторов 11, вьтолненных по квадратурной схеме и содержащих первый и второй фазовые детекторы 12 и 13, генератор 15, настроенный на одну из принимаемых частот (ff или f 2 , или Г).и фазовращатель, изменяющий фазу частоты генератора 15 на величину Va Выходы детекторов 12 являются синфазными выходы детекторов 13 - квадратурными выходами демодуляторов 11.

Все синфазные выхода1 объединены и подаются на вход первого автокоррелятора 16, состоящего из линии 18 задержки и перемножителя I9. Все квадратурные выходы объединены и подаютс на вход второго автокоррелятора 17, аналогичного первому,

Пусть на выходе временного селектора 10 действует высокочастотное колебание на частоте f;

у, (t) у; (t) f ;t + р-, (-t) ,

где t,i t s tz;;

y;(t); P;(t) - соответственно огибающая напряжения и фаза высокочастотного колебания

t,| - tj; - время существовани отклика на выходе согласованного фильтра 9 при приеме i-ro частотного элемента МЧС.

низкочастотные колебания на выходах синфазного и квадратурного трактов обработки демодулятора 11 могут быть записаны

Ус; () у; (t)a cos(2«f; t +

+ ofv) y;(t)a - , (t):

Ув; (t) y;(t)a sin( + + c(; ) y;-, (t)a (j (t)

где a и «; - соответственно амплитуда и начальлАя фаза напряжения, вырабатываемого в модуляторе 11 генератором 15.

Низкочастотные колебания у, (t) и у,, (t) задерживаются в линиях 18 задержки на время Т,, и используются в качестве опорных при приеме одноименных частотных элементов последующего МЧС вида:

У. (t) y;(t}a (t); Уд. (t) y ;(t)a sinU; -pi (t)j

t t; t i;,

где yl (t) (t) - соответственно

амплитуда огибающей и фаза отклика, являющегося реакцией согласованного фильтра 9 при приеме одноименного частотного элемента (на частоте f ) по-г следующего МЧС;

i; - интервал времени существования отклика на выходе согласованного фильтра 9 при приеме одноименного частотного элемента последующего МЧС.

На выходах первого и второго автокорреляторов 16 и 17 в этом случае р1еа1шзуются операции (t) y (tl и ygi С) У5 (t),,.Выходы первого и второго автокорреляторов 16 и 17 подключены к входам сумматора 20, на выходе которого формируется напряжение

y;(t)y,j(t).. у,М ,(t)y;(t)

К выходу сумматора 20 подключены последовательно интегратор 2I и решающий блок 22, с помощью которых

выносится решение о принимаемом МЧС.

На выходе интегратора 21 результирующее напряжение имеет внд

У

,|j (t)Y;; (tHy,.(t)y;(t)dt|

i,

10

0

5 Благодаря использованию временных селекторов 10, управляемых последовательностью импульсов, поступающих с выходов формирователя 24, накапле- ние сигнала для каждого частотного элемента осуществляется только в моменты реально существуннцих откликов на выходах соответствующих согласованных фильтров 9. В связи с этим в процессе обработки одноимен- ных элементов соседних МЧС исключается шум, присутствующий меяаду откликами, а также боковые лепестки, обусловленные корреляционными свойствами фазоманипулированных ПСП.

Общее решение на выходе должно быть получено в моменты tj, окончания откликов на выходе согласованного фильтра 9, настроенного на частоту fц . Для этого на приемной станции выход N-ro формирователя 24 подключен к входу формирователя 25 импульсов гашения, на выходе которого в моменты окончания входных импульсов формируются стандартизированные и Л1ульсы короткой длительности и постоянной амплитуды. На фиг. 3т показана последовательность этих импульсов, управляющих работой интегратора 21. Приемная станция содержит тракт

5 формирования сигнала АРУ Выходы амплитудных детекторов 23 соединены с, входами N линий 26 задержки, которые предназначены для совмещения во времени огибающих откликов разных согласованных фильтров 9. Выходы линий задержки объединены сумматором 27, соединенным с блоком 28 формирования АРУ, в котором путем накапления и усреднения вырабатывается напряжение

АРУ, которое поступает на вход АРУ широкополосного приемника 8.

0

Формула изобретения

I. Устройство для передачи и приема многочас тотных сигналов с относительной фазовой манипуляцией, ео- держащее на передающей стороне кодер относительной фазовой манипуляции, вход которого является входом передающей стороны и соединен с входом блока формирования тактовых импульсов, выход которого соединен с входом формирователя многочастотного сигнала, выход которого .соединен с первым входом фазового манипулятора, выход которого соединен с входом широкополосного передатчика, а на приемной стороне - широкополосный приемник, соединенный с объединенными входами N ветвей обработки, а также два автокоррелятора, сумматор, ин

тегратор и решающий блок, выход которого является входом приемной стороны, причем каждый автокоррелятор содержит линию -задержки и перемножи- тапь, вход автокоррелятора соединен с первым входом перемножителя непосредственно, а с BTopbiM его входом - черея линию задержки, каждая ветвь обработки состоит из фильтра, временного селектора и демодулятора, а также тракт формирования сигналов автоматической регулировки усиления, содержащий N блоков формирования импульсов синхронизации, выходы которых соединены с входами управления временных селекторов, сумматор, Н амплитудных детекторов, выходы кото- рык через линии задержки соединены с входами сумматора, вьрсод которого через блок формирования сигналов автоматической регт лировки усиления соединен с входом автоматической регулировки усиления широкополосного приемника, отличающееся тем, что, с целью повьппения помехозащищенности в условиях многочастотных сосредоточенных по спектру помех на передающей cvopoHe в него введены генератор псевдослучайной последовательности и перемножитель, причем выход блока формирования тактовых импульсов соединен с входом генератора псевдослучайной последовательности, выход которого соединен с выходом кодера относитепьной фазовой манипуляции, выход перемножителя сое- динен с вторым входом фазового манипулятора, а на приемной стороне во всех ветвях обработки временные селе

10

5

20

25

, 0 45к25950010

торы включены между фильтрами, выполненными в виде согласованных фильтров, и демодуляторами, выполненными по квадратурной схеме, причем выход каждой ветви обработки подключен к входу амплитудного детектора, выходы которьпс соединены с входами блоков формирования импульсов синхронизации тракта формирования сигналов автоматической регулировки усиления, при этом выход блока формирования импульсов синхронизации с номером N соединен -через введенный блок формирования импульсов гашения с управляющим входом интегратора, синфазные выходы демодуляторов всех ветвей обработки объединены и соединены с входом первого автокоррелятора, квадратурные выходы демодуляторов всех ветвей обработки объединены и соединены с входом первого автокоррелятора, а выходы первого и второго автокорреляторов соединены с входами сумматора, выход которого через интегратор соединен с решающим блоком.

2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок формирования импульсов синхронизации со- деряит последовательно соединенные формирователь импульсов и дифференцирующий блок, к выходу которого подключены две ветви обработки, кахдая из которых состоит из последовательно соединенных формирователя-селектора, R5 -триггера, фильтра нижних частот, дискриминатора временного сдвига и управляемого генератора тактовых импульсов, причем выходы формирователей-селекторов соединены с первыми входами R5 -триггеров, вто- рые входы которых соединены с выходами управляемых генераторов тактовых

30

35

импульсов, а выходы управляемых генераторов тактовых импульсов обеих ветвей обработки соединены с входами дополнительного R5 -триггера, выход которого является выходом блока формирования импульсов синхронизации.

Устройство содержит кодер от- поюительнрй фазовой манипуляции 1, блок формирования тактовых импульсов 2j формирователь многочастотного сигнала 3, фазовый манипулятор 4, широкополосный передатчик 5, широкополосный приемник 8, автокорреляторы 16, 17, сумматор 20, интегратор 21, решающий блок 22, линию задержки 18, перемножитель 19, фильтр 9, временной селектор 1О, демодулятор 1, блоки формирования импульсов синхронизации 24, амплитудные детекторы 23. С целью повышения помехозащищенности в условиях многочастотных сосредоточенных по спектру помех введены генератор псевдослучайной последовательности 6, блок формирования импульсов, гашения 25. Блок формирования импульсов синхронизации 24 содертшт формирователь импульсов, дифференцирующий блок, формирователи-селекторы, RS- триггеры, фильтры нижних частот, дискриминаторы временного сдвига, генераторы тактовых импульсов и R5 -триггер. 3 ил. § (Л с

и п н о

п

f

с

т

Срставитель А. Иванов Редактор Л о Гратилло Техред Л.Сердюкова Корректоре. Луговая

5140/58

Тираж 624 Подписное БНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г,, Ужгород, ул. Проектная, 4