Линия связи Советский патент 1991 года по МПК H04B1/00 

Изобретение предназначено для передачи дискретной информации в условиях п омех.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости в условиях узкополосных и импульсных помех.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема линии связи; на фиг.2 - то же, компенсаторов; на фиг.З - блок частотно-временного сдвига передающей стороны; на фиг.4 - то же, приемной стороны; на фиг.5 - блок подавления помехи.

Линия связи содержит источник 1 информации, блоки 2,3 частотно-временного сдвига; сумматор 4, линию 5 задержки, передатчик 6, приемник 7, компенсаторы 8,9, блок 10 подавления помех, усилитель-ограничитель 11.

Компенсаторы 8,9 содержат сумматор 12, фазовращатель на 90° 13, усилители 14,15, интеграторы 16,17, пе- ремножители 18,19.

Блок 2 частотно-временного сдвига передающей стороны содержит смесители 20,21, гетеродины 22,23, линию 24 задержки.

Блок 3 частотно-временного сдвига приемной стороны содержит смесители 25,26, линию 27 задержки, гетеродин 28, генератор 29 jуправляемый напряжением, фазовый детектор 30, фильтр 31 нижних частот„

Блок 10 подавления помехи содержит вычитатели 32,33, управляемые режекторные фильтры 34,35, ключи 36, 37, сумматор 38, усилитель 39, блок 40 управления элемент 41 памяти, управляемый генератор 42, смеситель 43, узкбполосный фильтр 44, линию 45 задержки, фильтр 46 верхних частот, фильтр 47 нижних частот, амплитудные детекторы 48,49, пороговые блоки 50,51.

Линия связи работает следующим образом.

На передающей стороне источник 1 сигнала вырабатывает сигнал S(t) (с ЧМ, ЧТ или ОФТ) . Блок 2 частотно-, временного сдвига сдвигает сигнал

Sj(t) по частотной оси на величину ДЈ и задерживает его по времени на ut, образуя тем самым сигнал ), S2(t) S(t). Уровень сигналов Si(t) и Sz(t) одинаков. На выходе сумматора 4 образуется суммарный сигнал SgXt) S(t) + S(t), который с помощью передатчика 6 и передающей антенны излучается в пространство.

Линия предназначена для работы в условиях, когда ширина спектра узкополосной помехи П,-А много уже ширины спектра сигнала Пс, Пп «Пс. Величина частотного сдвига Дf в блоке 2 должна быть больше Пп, П,

Нетрудно видеть, что сигналы S((t) и 8л(t) некоррелированы в совпадающие моменты времени. Действительно, пусть имеет место ЧМ, S(t) U0cos w0t + q(t) , где U0, 00 , - амплитуда, центральная частота и начальная фаза сигнала; tf (t) - случайное изменение фазы, переносящее информацию. Тогда коэффициент

корреляции процессов S(t) и S(t)

Изобретение предназначено для использования в технике связи. Цель изобретения - повышение помехозащищенности в условиях узкополосных и импульсных помех. Линия связи содержит на передающей стороне источник 1 информации, блок 2 частотно-временного сдвига, сумматор 4 и передатчик 6, а на приемной стороне - блок 3 частотно-временного сдвига, линию 5 задержки, приемник 7, компенсаторы 8 и 9, блок 10 подавления помех и усилитель-ограничитель 11 о Формируют пе-г редаваемый сигнал в виде суммы двух сигналов, один из которых смещен относительно другого по времени и частоте. На приемной стороне сигналы разделяются. Затем с одним из них осуществляют операцию частотно-временного сдвига. После этого сигналы суммируются. Поскольку помеховые составляющие смещены относительно одна другой по временной и частотной осям в блоке 3 частотно-временногоi сдвига, они устраняются без повреждения полезного сигнала, за счет формирования оценок помех в блоке 10 и вычитания их из принимаемого сигнала. 4 з.п. ф-лы, 5 ил. (Л

8.8„ UoCOsCcDot +4(t) + (CQo + 2fiuf) (t -Ut) + Cj(t -At) + J

ujcos fiift - (C00+ 2faf)At +q(t) -cf(t -At).

Нетрудно видеть, что среднее значение этой составляющей равно нулю, так как для любой Д. f ф 0 cos 2/u&ft 0. На приемной стороне к суммарному сигналу S(t) добавляется внешняя

помеха 7(t), при этом на выходе приемника 7 сигнал U(t) S(t) + + S(t) + (t) ,помеховые |f(t:) и v(t) разнесены по частоте и по вре- мени. Это позволяет их удалить из полезного сигнала. В случае импульсной помехи сигнал одного входа (где она присутствует) бланкируется, а вместо него используется сигнал другого вхо- да, где помеха в данный момент отсутствует, и наоборот.

В случае узкополосной помехи из сигнала одного входа режектируется область спектра, где сосредоточена помеха. Взамен вырезанной части помещается сигнал с такой же областью спектра, которая была вырезана из сигнала другого входа, а в нем узкопо лосная помеха имеется в другой области спектра, а в рассматриваемой отсутствует. Таким образом, помеха удаляется, а сигнал восстанавливается. Точно так же обрабатывается сигнал

5

0

5

0

другого входа. Таким образом, на выходе блока 10 подавления помехи имеется очищенный от помех сигнал ), который подается на усилитель-ограничитель 11 и далее на опорный вход первого блока компенсации и на выход линии связи в целом. Усилитель-ограничитель 11 нужен для стабилизации работы блоков во время переходного } процесса установления режима.

Компенсаторы 8,9 (фиг.2) предназначены для удаления из напряжения сигнального входа (с) тех составляющих, которые коррелированы с напряжением опорного входа (0).

Пусть коэффициенты усиления первого 14 и второго 15 регулируемых усилителей равны соответственно q и q.

Сигнал на входе (с) в точке 10

Z

- Uc(t)., сигнал на входе (0) в точке 11 и Uo(t), сигнал на выходе сумматора 12 и блока компенсации U Ug-(t). Обозначим через U0(t) сигнал U0(t), прошедший через фазовращатель 13 на 90е. Тогда + + + q2Uo. На выходах первого 18

и второго 19 перемножителей (в точках 13 и 14) напряжения

поскольку U0UQ О, UJ ИЈ,

Эти напряжения подаются на раторы 16 и 17, а их выходные налы управляют коэффициентами ния q, q, регулируемых усили Таким образом, значения q и определяются формулами

qX,

2

kuo

суммарный коэффициент передачи по соответствующей петле обратной связи.

Интеграторы 16, 17 будут перестраиваться до тех пор, пока напряжение на их входах не станет равным нулю.

При

этом

/2

ис Ь 0

Ч,о °; UcUo

+ - 0 и коэффициенты q,, определяются как

UcUo

и;

Чо

UcUo

И

Их можно объединить в один комплексный коэффициент, описывая Uc и U0 комплексными сигналами. В таком случае

К

м

/ucfz

иг

-Mli

(В дальнейшем точку над обозначениями опустим, предполагая сигналы комплексными).

Последняя формула описывает тот факт, что на выход компенсатора проходят только те составляющие, сигнала Uc, которые некоррелированы с сигналом UQ .

Рассмотрим работу блока 2 частотно-временного сдвига (фиг.З). Входной сигнал после прохождения смесителя 20 сдвигается вверх по частотной оси

а

ы

й20

10

15

35

40

на частоту fj . Далее в смесителе 21 он сдвигается вниз по частотной оси

Синусоидальные колебаи f вырабатываются перна частоту f ния частот fj

вым 22 и вторым .3 гетеродинами. Час- тотп ff и f т. удовлетворяют условиям f - f fif. Далее сигнал задерживается по времени в линии 24 задержки на величину At. Таким образом, после прохождения сигналом первого блока частотно-временного сдвига он приобретает требуемый сдвиг по частоте на Д f и по времени на &t.

Рассмотрим работу блока 3 частотно-временного сдвига (фиг.4).

В нем также осуществляется сдвиг

сигнала по частоте на ДЈ и по времени на At. Для этого сигнал пропус20 кается через смеситель 25, где сдвигается вверх по частотной оси на частоту с помошью гетеродина 28, вырабатывающего напряжение с частотой f-). Далее сигнал сдвигается вниз

25 по частотной оси в четвертом смесителе на частоту Јф, вырабатываемую частотно-управляемым гетеродином 28. После этого сигнал задерживается по времени на величину Ate помощью

30 линии 27 задержки. Частоты f и Ј4. должны удовлетворять условияю if

Схема блока 3 частотно-временного сдвига отличается от схемы блока 2 тем, что здесь присутствуют фазовый детектор 30 и фильтр 31. Эта цепочка служит для нейтрализации не- стабильностей частоты гетеродинов 22, 23, 28. Из-за нестабильностей частоты величина Д f, обеспечиваемая на передающей стороне может отличаться в небольших пределах от величины ДЈ, обеспечиваемой на приемной стороне. В связи с этим частотно-управ45 ляемый гетеродин 28 может перестраиваться по частоте в небольших пределах (эти пределы определяются нестабильностью упомянутых трех гетеродинов) .

50 Для подстройки используется известная схема фазовой автоподстройки частоты. Параметры фильтра 31 выбираются так, чтобы пропускать только медленные изменения, обусловлен55 ные нестабильностью. Сравнение производится с сигналом опорного входа. На опорном входе имеется сигнал Sц + + S. На сигнальном входе в точке 16 имеется вначале также сигнал S ц + S

(в течение переходного процесса , по окончании составляющая SЈ в этом сигнале пропадает). После линии 29 задержки вт. 17 имеется сигнал U,.-

-Vгггтст1

(S4 + S-)

,w

В сигнале

1 S7+ ° v

4 Я. - ч/ S кор- релированы только составляющие S,

U

а

с сигналом S, +

Ч

По ним и будет осуществляться настройка частоты с точностью до фазы. Результаты взаимодействия остальных составляющих в фазовом детекторе будут достаточно высокочастотны, они через фильтр не пройдут и на генера10

сом помехи на входе второго ключа Чтобы выравнять различные задержк прохождения сигналом по двум разн цепям с входа ключа и до выхода п рогового устройства на выходе пр ника 7 (фиг.1), предназначена пер вая линия 5 задержки.

Далее управляющий видеоимпульс задерживается в линии 45 задержки на время Дt и поступает на управ щий вход ключа 36. Каждый из ключ 36, 37 закрывается при воздействи видеоимпульса на его управляющий

тор 29 не подействуют. Таким образом, 15 ВХ°Д- в открытом состоянии ключи

на выходе блока 3 частотно-временного сдвига имеется сигнал, в котором составляющая S синфазна и равна составляющей S,, в опорном сигнале (равенство обеспечивается единичным коэффициентом передачи по амплитуде сквозного тракта). Присутствие помех не повлияет на подстройку, так как в точке 17 и в опорном сигнале по20

имеют единичный коэффициент перед

Для обнаружения узкополосной п мехи и определения ее местоположе на оси частот в полосе спектра по ного сигнала используется цепь из блока 40 управления, управляемого генератора 42, смесителя 43, узко лосного фильтра 44, амплитудного тектора 49, порогового блока 51 и

меховые составляющие взаимно не корре-25 элемента 41 памяти,

лированы и результат сравнения их текущих фаз через фильтр 31 также не пройдет Полоса фильтра 31 должна быть меньше fif,

Теперь рассмотрим работу блока подавления помехи, фиг.5. Сначала рассмотрим цепи обнаружения помех. Входной сигнал поступает на регулируемый усилитель 39, далее на амплитуд ный детектор 48. Напряжение фильтра 47 нижних частот управляет усилением регулируемого усилителя 39, обеспечивая средний уровень сигнала на его выходе постоянным. Описанное кольцо осуществляет автоматическую регулировку усиления (АРУ) Причем параметры ФНЧ подобраны таким образом, чтобы АРУ отслеживала относи- сительно медленные изменения амплитуды сигнала (например, за счет замираний) и не срабатывала на быстрые изменения огибающей при попадании импульсной помехи. Поскольку указанные виды модуляции в линии связи (ЧМ, ЧТ, ОФТ) предполагают постоянный уровень излучаемого полезного сигнала, то быстрые изменения нал-, ряжения на выходе амплитудного детектора 48 говорят о приходе импульсной помехи. Оны выделяются с помощью фильтра 46 верхних частот и далее с помощью порогового блока 50 из них формируется управляющий видеоимпульс, совпадающий по времени с радиоимпуль

сом помехи на входе второго ключа 37. Чтобы выравнять различные задержки прохождения сигналом по двум разным цепям с входа ключа и до выхода порогового устройства на выходе приемника 7 (фиг.1), предназначена первая линия 5 задержки.

Далее управляющий видеоимпульс задерживается в линии 45 задержки на время Дt и поступает на управляющий вход ключа 36. Каждый из ключей 36, 37 закрывается при воздействии видеоимпульса на его управляющий

0

имеют единичный коэффициент передачи.

Для обнаружения узкополосной помехи и определения ее местоположения на оси частот в полосе спектра полезного сигнала используется цепь из блока 40 управления, управляемого генератора 42, смесителя 43, узкополосного фильтра 44, амплитудного детектора 49, порогового блока 51 и

0

5

0

5

0

5

Узкополосной считается помеха, мощность которой значительно превышает среднюю мощность полезного сигнала в этой узкой полосе. Блок 40 управления вырабатывает управляющее напряжение, которое циклически перестраивает частоту fr управляемого генератора 42 так, чтобы она про ходила весь диапазон спектра частот полезного сигнала. В смесителе 43 спектр полезного сигнала сдвигается вниз на частоту fr. Далее сигнал проходит через узкополосный фильтр 44, амплитудный детектор 49 и пороговый блок 51. Таким образом определяется уровень спектральных составляющих входного сигнала в узкой полосе, причем эта полоса проходит весь спектр входного сигнала. Если где-либо уровень составляющих в этой узкой полосе резко возрастает, второй пороговый блок зафиксирует это как присутствие узкополосной помехи.

Сигнал об этом подается на элемент 41 памяти, на который также постоянно подается управляющее напряжение с блока 40 управления. В момент поступления сигналов порогового блока 51 это управляющее напряжение запомнится. Оно несет информацию о том, в какой области спектра сосредоточена узкополосная помеха.

Управляющее напряжение с элемента памяти подается на управляемые режекторные фильтры 34, 35 и включает их таким образом, чтобы их полосы ре- жекции fp и fp совпадали с положением узкополосной помехи в сигнале, проходящем через них. Причем fp - fрг Af. Вне полосы режекции коэффициент пропускания обоих режекторных фильтров близок к единице.

Если узкополосные помехи отсутствуют во всей полосе полезного сигнала, то режекция не производится и их коэффициент передачи единичный во всей полосе.

Рассмотрим процесс удаления импульсной помехи.

Пусть в какой-то момент времени помехи во входных сигналах ,UA (точках 18 и 19) отсутствуют. Тогда на выходе первого вычитателя 32 в точке 20 сигнал U20 UA9- U. Коэффициент .передачи режекторных фильтров и ключей равен единице, поэтому на выходе второго вычитателя

33 сигнал равен нулю. При этом на вы- 25 последовательно соединенные блок час- ,ходе блока в целом сигнал UB(,,Ґ + + U4Q 2и„, где U,

ВЫХ - полезная сосМ9 -ис тавляющая.

Пусть в сигнале U 18 появилась импульсная помеха (t) (в сигнале ее нет, поскольку помехи в них сдвинуты на ДО. Тогда Uio U19 - U18. Первый ключ 36 закрыт, поэтому U2 U19 18 Ьыходнои сигнал при этом

30

тотно-временного сдвига и сумматор, выход которого подключен к входу передатчика, а второй вход сумматора объединен с выходом источника информации и входом блока частотно- временного сдвига, а на приемной стороне - первый и второй компенсаторы, блок частотно-временного сдвига, блок подавления помех и усилитель-ограничитель, причем объединенные сигнальные входы компенсаторов соединены с выходом линии задержки, вход которой подключен к выходу приемника и первому входу блока подавления помех, выход которого через усилитель- ограничитель соединен с опорным входом первого компенсатора, выход которого подключен к сигнальному входу блока частотно-временного сдвига и опорному входу второго компенсатора, выход которого соединен с вторым входом блока подавления помех и с опор- ным входом блока частотно-временного сдвига, выход которого соединен с 50 третьим входом блока подавления помех, выход усилителя-ограничителя является информационным выходом линии связи.

U18

+ U19 + U2 2U

19

Но

в сигнале в этот момент времени только полезная составляющая U, т.е. Ugb(x 2U0. Аналогично, если импульс помехи будет в точке 19. Тогда ключ 2 закрыт, V -U2o Л8

и&ЫГ 2 и18 2ис так как в и1й помехи в этот момент нет, и поскольку в сигналах и полезные составляющие равны и синфазны. Таким образом удаляется импульсная помеха.

Рассмотрим процесс удаления узкополосной помехи. Пусть в сигнале она присутствует на частоте Јл, в сигнале U - на частоте f п„, f П Afn. При этом первый режектор- ный фильтр 34 настроен на частоту fп , второй 35 - на частоту fПЈ. Оба ключа открыты. Вне частот f(ц и составляющие сигналов проходят (как рассмотрено выше) без изменений и суммируются в третьем сумматоре 38.

Рассмотрим составляющие на частоте f гт{ - U18 П1, . Составляю0

5

0

щая U м П| содержит помеху. В этом случае U20 - . Поскольку через фильтр 34 на этой частоте сигнал не проходит, то U U - Ui8,ni J U8b,x 2 Una . А в сигнале U,q на частоте f помехи нет. Таким образом в выходном сигнале помеха на частоте ЈП|( режектирована, а сам полезный сигнал не поврежден.

Аналогично происходит и на частоте fn.

Формула изобретения

5 последовательно соединенные блок час-

25 последовательно соединенные блок час-

30

35

0

тотно-временного сдвига и сумматор, выход которого подключен к входу передатчика, а второй вход сумматора объединен с выходом источника информации и входом блока частотно- временного сдвига, а на приемной стороне - первый и второй компенсаторы, блок частотно-временного сдвига, блок подавления помех и усилитель-ограничитель, причем объединенные сигнальные входы компенсаторов соединены с выходом линии задержки, вход которой подключен к выходу приемника и первому входу блока подавления помех, выход которого через усилитель- ограничитель соединен с опорным входом первого компенсатора, выход которого подключен к сигнальному входу блока частотно-временного сдвига и опорному входу второго компенсатора, выход которого соединен с вторым входом блока подавления помех и с опор- ным входом блока частотно-временного сдвига, выход которого соединен с 0 третьим входом блока подавления помех, выход усилителя-ограничителя является информационным выходом линии связи.

5

5

11

90°,

причем выходом компенсатора является выход сумматора, сигнальным входом компенсатора - один вход сумматора, а опорным входом компенсатора - объединенные входы второго перемножителя и второго регулируемого усилителя и вход фазовращателя н 90°, выход которого соединен с входми первого перемножителя и первого регулируемого усилителя, выходы первого и второго перемножителей соответственно через первый и второй интеграторы подключены к другим входа первого и второго регулируемых усилителей, а выходы регулируемых усилителей соединены соответственно с другими входами сумматора, его выхо соединен с другими входами первого и второго перемножителей,

3,Линия связи поп.1, отличющаяся тем, что блок частотно временного сдвига передающей сторон содержит последовательно соединенны первый и второй смесители и линию задержки, а также первый и второй гетеродины, причем входом блока частотно-временного сдвига является

вход первого смесителя, а выходом - выход линии задержки, выходы первог и второго гетеродинов подключены к другим входам соответственно первог и второго смесителей.

12

0

5

давления помех содержит первый и второй вычитатели, первый и второй управляемые режекторные фильтры, первый и второй ключи, сумматор и регулируемый усилитель, первый и второй амплитудные детекторы, первый и второй пороговые блоки, управляемый генератор, блок управления, узкопо- лосный фильтр, смеситель, элемент

памяти, фильтр верхних частот, фильтр нижних частот и линию задержки, причем первым и вторым входами блока подавления помех являются соответст- 5 венно первый и второй входы первого вычитателя и соединенные также с первым и вторым входами сумматора, выход которого является выходом блока подавления помехи, а третий вход - к выходу второго вычитателя, выход первого вычитателя подключен к сигнальным входам первого и второго управляемых режекторных фильтров, их выходы - к сигнальным входам первого и второго ключей, а выходы первого и второго ключей соответственно - к первому и второму входам второго вычитателя, третьим входом блока подавления помех является вход 0 Регулируемого усилителя, выход которого подключен к входам первого амплитудного детектора и смесителя, выход первого амплитудного детектора через фильтр нижних частот соединен с другим входом регулируемого усилителя, а через последовательно соединенные фильтр верхних частот и первый пороговый блок - с входом линии задержки, выход и вход линии задержки подключены к управляющим входам первого и второго ключей, выход блока управления соединен с входом элемента памяти и через управляемый генератор - с другим входом смесителя, его выход через последовательно соединенные узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор и второй пороговый блок подключен к другому входу элемента памяти, выходы элемента памяти соединены с управляющими входами первого и второго управляемых режекторных фильтров.

5

0

5

0

D-4

Фиг.1

ЮигЗ

QJU2.4 .

Фиг.5