Имитатор многолучевого радиоканала Советский патент 1992 года по МПК H04B17/00 

pa, смесителя, генератора высокой частоты, блока замираний, многоходового сумматора в составе генератора высокой частоты и генератора, модулирующего сигналы.

Основным недостатком этих имитато- ров является сложность конструкции, обусловленная наличием разделенных блоков замираний и формирования сигнала задержанного луча.

Цель изобретения - обеспечение ими- тации цифрового канала связи.

Поставленная цель достигается тем, что в имитаторе сигналов канала цифровой связи в качестве устройства управления используется перестраиваемый генератор низкой частоты, регулируемый источник тока, магнитная система, состоящая из двух возбуждающих обмоток, первая из которых соединена с выходом регулируемого источника тока. Кроме того, устройство управления содержит датчик шума, который состоит из последовательно соединенных генератора шума,перестраиваемого сверхвысокочастотного генератора и коммутатора, N выходов которого являются соответствующими выходами имитатора шума. В качест- ве управляемого элемента применен блок на магнитостатических волнах (МСВ), размещенный внутри магнитной системы и содержащий передающую, приемную и расположенные между ними лромежуточ- ные антенны, которые соединены с N выходами имитатора шума. Выход генератора сверхвысокой частоты передатчика подключен к входу передающей антенны блока на магнитостатических волнах. Передатчик со- держит также генератор информационных импульсов. Приемная антенна МСВ-блока подключена к детектору приемника, выход которого является выходом имитатора. С целью имитации прохождения сигнала в си- стеме связи с разнесенным приемом число перестраиваемых СВЧ-генераторов передатчика равно числу несущих частот передатчика.

В датчике шума может быть использо- ван один перестраиваемый СВЧ-генератор, который с помощью коммутатора связывается с промежуточными антеннами МСВ- блока.

В научно-технической литературе неиз- вестны имитаторы сигналов канала цифровой связи, использующие блоки на МСВ в качестве модели среды распространения.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого имитатора; на фиг. 2 - блок на МСВ, используемый в качестве управляемого элемента; на фиг. 3,а,б представлены зависимости коэффициента передачи блока на МСВ от частоты входного электромагнитного сигнала и от напряженности магнитного поля соответственно; на фиг. 4 изображена схема датчика шума, вариант выполнения.

Предлагаемый имитатор содержит (фиг.

1)магнитную систему на первой 2 и второй 3 обмотках; регулируемый источник 4 стабилизированного тока, перестраиваемый низкочастотный (НЧ) генератор 5, генератор импульсов б, перестраиваемый СВЧ-генератор 7; блок на МСВ 8; детектор 9; перестраиваемый СВЧ-генератор 10; генератор шума 11, датчик шума 12.

Блок на МСВ 8 представляет собой (фиг.

2)пленарную структуру металлический экран 13 - диэлектрик 14 - феррит 15 - диэлектрик 14 - металлический экран 13 (МДФДМ), которая помещается в магнитное поле, созданное магнитной системой 1, и в которой могут возбуждаться и распространяться МСВ 4J, На диэлектрике 14 МДФДМ-структуры расположены передающая 16, промежуточные 17 и приемная 18 антенны. Антенны 16, 18 выполнены в виде отрезков микрополосковой линии. Возбуждение МСВ происходит лишь при определенном соотношении между частотой электромагнитного сигнала и величиной и ориентацией магнитного поля. Этим объясняется селективный характер зависимости коэффициента передачи блока на МСВ как от частоты входного электромагнитного сигнала, так и от напряженности магнитного поля.

На фиг. 3,а,б представлен типичный вид этих зависимостей. Магнитостатические волны характеризуются малой по отношению к скорости электромагнитных волн групповой скоростью (с/Vrp Ю2 -104), поэтому блок на МСВ может выполнять функцию линии задержки.

Рассмотрим МДФДМ-структуру, в которой возбуждаются и распространяются маг- нитостатические импульсы (МСИ). Огибающая аналитического сигнала f(z, t), соответствующего импульсу

1 -foo , (cO}z-ut3 S(t) 2 /1 5Ие1da)(1)

со спектральной плотностью S((a) и законом дисперсии w(k) равна

V (z,t) + v (z,t)

1 г°° о / N ГкИ2 0 - /o S(ca)e1

Ј/i

6ш

(2) (3)

(4)

Форма огибающей МСИ, прошедшего в МДФДМ-структуре расстояние z, определяется в соответствии с выражениями (2) -(4) длительностью импульса, его начальной формой и законом дисперсии О) (k). Дисперсия МСВ и соответствующих импульсов зависит от конструктивных параметров МДФДМ -структуры, параметров используемых феррита и диэлектриков их температуры, величины и ориентации относительно поверхности ферритовой пленки,подмагни- чивающего поля Н, создаваемого магнитной системой 1.

Отметим, что в одной и той же МДФДМ- структуре при наличии нескольких передающих антенн можно одновременно возбудить несколько МСИ. В нашем случае с помощью передающей антенны 16 возбуждаются информационыне МСИ, а с помощью промежуточных антенн 17 - шумовые - случайные по времени, амплитуде и фазе МСИ. Распределения амплитуд и фаз случайных импульсов задаются генераторами шума 11. Информационный импульс,распространяясьв МДФДМ-структуре, взаимодействует со случайными импульсами. Получающийся в результате суперпозиции сигнал представляет собой информационный импульс, искаженный локально введенными помехами. Следовательно, устройство на МСВ может выполнять роль блока замираний.

В связи с тем что групповая скорость МСВ много меньше скорости электромагнитных волн, блок на МСВ может выполнять роль блока формирования сигнала задержанного луча.

Таким образом, использование в имитаторе блока на МСВ позволяет совместить в одном конструктивном элементе блок замираний и блок формирования сигнала задержанного луча.

Отметим, что промежуточные антенны 17, расположенные между передающей 16 и приемной 18 антеннами, предназначенные для возбуждения шумовых МСИ, могут быть одновременно использованы и для имитации переотражения луча в канале (например, многократного переотражения луча от слоя в ионосферном канале).

При имитации прохождения сигнала в системе связи с разнесенным приемом передатчик содержит только перестраиваемых СВЧ-генераторов 7, сколько несущих частот используется в канале.

При имитации многолучевого канала и многоскачкового характера распространения сигнала перестраиваемый СВЧ-генера- тор 10 устройства управления соединен с

промежуточными антеннами коммутатором 19 (фиг. 4).

Имитатор работает следующим образом. Последовательность информационных

импульсов с генератора импульсов 6 модулирует СВЧ-сигнал, генерируемый перестраиваемымСВЧ-генераторомпередатчика 7, включенным в режим внешней амплитудной модуляции.

0 Последовательность информационных импульсов с СВЧ-заполнением поступает на вход приемной антенны 16 блока на МСВ 8, помещенного в магнитную систему 1, содержащую первую 2 и вторую 3 обмотки.

5 Питание первой обмотки 2 магнитной системы 1 осуществляется с помощью регулируемого источника 4 стабилизированного тока. На вторую обмотку 3 магнитной системы 1 подается НЧ-напряжение от генерато0 ра НЧ 5. Магнитное поле в зазоре магнитной системы 1 в связи с этим имеет постоянную Но и переменную Н- составляющие. Поскольку коэффициент передачи блока на МСВ 8 зависит от напряженности

5 подмагничивающего поля, наличие НЧ переменной составляющей Н приводит к НЧ- модуляции амплитуды детерминированных импульсов. Таким образом происходит моделирование медленных замираний.

0 На одну или несколько промежуточных антенн 17 устройства на МСВ 8 подается шумовой СВЧ-сигнал с перестраиваемого СВЧ-генератора 10, включенного в режим внешней амплитудной модуляции и модули5 руемого с помощью генератора шума 11. Информационные импульсы взаимодействуют с шумовыми импульсами. Таким образом, получающийся в результате суперпозиции сигнал моделирует быстрые и

0 медленные замирания.

Увеличение (уменьшение) длины канала моделируется имитатором путем увеличения (уменьшения) напряженности подмагничивающего поля, создаваемого

5 магнитной системой. Тогда при фиксированной частоте за счет монотонного уменьшения (увеличения) передаточной функции происходит уменьшение (увеличение) амплитуды импульса на выходе блока на МСВ.

0 При фиксированной длине канала изменение несущей частоты передатчика моделируется изменением несущей частоты перестраиваемого СВЧ-генератора 7. Регулировка при этом может осуществляться пу5 тем изменения электрических, а не механических параметров имитатора.

С приемной антенны 18 блока на МСВ 8 сигнал, соответствующий суперпозиции информационных и шумовых импульсов с СВЧ-наполнением и действию НЧ-модуляции, поступает на детектор 9. После детектирования получают имитирующий сигнал. Устройство иллюстрируется следующим примером. Устройство содержит в качестве перестраиваемого СВЧ-генератора 7, блок Н2-54, включенный в режим внешней амплитудной модуляции СВЧ-сигнала. Частоту генератора 7 можно было изменять от 3 до 5 ГГц. Перестраиваемый СВЧ-гене- ратор 7 модулировался информационными импульсами, вырабатываемыми генератором импульсов 6, в качестве которого использовался прибор Г5-63. Параметры информационных импульсов были следующими: длительность можно было изменять от 200 не до 10 мкс, период можно было изменять от 5 до 20 мкс, амплитуда регулировалась до 60 В. Последовательность информационныхимпульсовсСВЧ-заполнением амплитудой порядка 100 мВ поступала с выхода перестраиваемого СВЧ-генератора 7 на передающую антенну 15 блока на МСВ 8.

Конструкция блока на МСВ 8 была следующей. На одной стороне поликоровой подложки 14 толщиной 0,5 мм методом фотолитографии выполнены из серебра передающая 16, промежуточная 17 и одна приемная 18 антенны. Расстояние между преобразователями 3,5 мм, ширина антенн 30 мкм, длина - 10 мм. Вторая сторона поликоровой подложки 14 металлизирована серебром 13. На поликоровую подложку 14 со стороны антенн 16-18 и симметрично по отношению к передающей 16 и приемной 18 антеннам накладывалась прямоугольная ферритовая пленка 15 изжелезо-иттриево- го граната (ЖИГ), выращенная на галий-га- долиниевой (ГГГ) подложке 14, шириной 3 мм, длиной 15 мм. Толщина ферритового слоя 50 мкм, ГГГ-подложки 14-500 мкм. Параметры ферритовой пленки 15: намагниченность насыщения 4 п М0 1750 Гс, величина параметра 2 А Н -0,5 Э на частоте 3 ГГц. Над ГГГ-подложкой 14 размещался на расстоянии 2 мм металлический экран 13. Блок на МСВ 8 помещали в магнитную систему 1, представляющую собой электромагнит ЭМ-1. Угол между направлением магнитного поля, создаваемого магнитной системой 1, и плоскостью пленки был порядка 75°. Питание первой обмотки 2 магнитной системы 1 осуществлялось с помощью регулируемого источника 4 стабилизированного тока, в качестве которого использовался блок питания В5-50. Он позволял подавать на магнитную систему 1 стабилизированный ток от 1 до 200 мА. Питание

второй обмотки 3 магнитной системы 1 осуществлялось от генератора 5 низкой частоты, в качестве которого использовался блок ГЗ-112/1. НЧ-генератор 5 позволял подавать на модулирующую обмотку синусоидальный сигнал с частотой до 20 Гц до 10 МГц и амплитудой до 60 В. В силу вышесказанного, магнитное поле в зазоре магнитной системы 1 имеет постоянную Н0 и

переменную Н-составляющие. Поскольку коэффициент передачи блока на МСВ 8 зависит от напряженности подмагничиваю- щего поля, наличие НЧ-переменной составляющей Н-.приводит к НЧ-модуляции

информационных импульсов, т.е. позволяет моделировать эффект медленных замираний. На возбуждающий преобразователь 17 блока на МСВ 8 подавался шумовой СВЧ- сигнал с перестраиваемого СВЧ-генератора

10, включенного в режим внешней амплитудной модуляции и модулируемого с помощью генератора шума 11. В качестве перестраиваемого СВЧ-генератора 10 использовался прибор Г4-81, а в качестве генератора шума 11 - генератор НЧ-шума Г2-57. Информационные МСИ взаимодействовали в ферритовой пленке с шумовыми МСИ, что позволяло моделировать эффекты быстрых замираний.

Кроме того, блок на МСВ 8 является еще и линией задержки, т.е. формирует сигнал задержанного луча. С приемной антенны 18 устройства на МСВ 8 сигнал, соответствующий суперпозиции информационных и шумовых импульсов с СВЧ-наполнением и действию НЧ-модуляции, поступает на детектор 9. В качестве детектора использовался обычный СВЧ-диод После детектирования детектором 9 получают сигнал. При изменении частоты перестраиваемого СВЧ-генератора 7 мы изменяем коэффициент передачи устройства на МСВ 8. При изменении тока через основную обмотку 2 магнитной системы 1 мы изменяем

величину поля Н0, что, в свою очередь, приводит к изменению коэффициента передачи устройства на МСВ. Как в случае изменения частоты перестраиваемого СВЧ-генератора 7, так и в случае изменения напряженности

магнитного поля, создаваемого магнитной системой 1, можно изменять амплитуду имитирующего сигнала в динамическом диапазоне 20 дБ. Это обстоятельство позволяет, в частности, моделировать в имитаторе

затухание сигнала в зависимости от длины канала связи и рассчитывать помехоустойчивость моделируемого канала, считая его стационарным с аддитивной гауссовой помехой.

Вероятность ошибочного приема при передаче дискретных сообщений с использованием двоичного кодирования в случае системы с активной паузой и фазовой манипуляцией на 180° равна

(Г|т)(5)

Вероятность правильного приема РПп 1 - Рош ()(6)

В формулах (5) - (6) использованы следуюр

щие обозначения: h2 ( D c )FT - отношег ПОМ

ние средней энергии элемента сигнала на входе приемного устройства к спектральной плотности помехи; (Рс/Рпом) - отношение мощностей сигнала и помехи на входе приемника в полосе частот F; Т -длительность элемента сигнала:

,. vT,

(7)

o(x)-vЈЈe-i-dt

- функция Крампа.

Изменение длины канала моделировалось путем изменения тока через первую обмотку 2 магнитной системы 1. В частности, для фиксированной несущей частоты сигнала f 4,1 ГГц при монотонном изменении тока через основную обмотку были последовательно зафиксированы следующие значения величины h2 : 2,95; 1,7; 0,06; Эти значения соответствуют разным значениям длины моделируемого канала. Для этих значений по формулам (5) и (7) рассчитывали сответственно вероятность ошибочного приема рош и вероятность правильного приема РПП. Для указанной последовательности значений h2 эти вероятности оказались равны соответственно Рош 0,0037, 0,0319, 0,04667 и РПП 0,9963, 0,9681, 0,5333.

Положительный эффект достигается тем, что совмещены блок замираний и узел формирования сигнала задержанного луча в одной ветви, что стало возможным из-за малой групповой скорости МСВ

(c/vrp 102-104)и возбуждения шумовой последовательности импульсов непосредственно в МДФДМ-структуре, в которой распространяется промодулированная медленными замираниями последовательность информационных импульсов.

Формула изобретения 1. Имитатор многолучевого радиоканала, содержащий генератор низкой частоты,

последовательно соединенные генератор импульсов и генератор сверхвысокой частоты, отличающийся тем, что, с целью обеспечения имитации цифрового канала связи, введены регулируемый источник тока, магнитная система, состоящая из двух возбуждающих обмоток, первая из которых соединена с выходом перестраиваемого генератора низкой частоты, вторая соединена с выходом регулируемого источника тока,

датчик шума и последовательно соединенные блок на магнитостатических волнах, который помещен внутри магнитной системы, и детектор, выход которого является выходом имитатора, выход генератора сверхвысокой частоты подключен к входу передающей антенны блока на магнитостатических волнах, входы промежуточных антенн которого подключены к соответствующим выходам датчика шума.

2. Имитатор по п. 1, отличающий- с я тем, что датчик шума содержит N цепей, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных генератора шума и перестраиваемого сверхвысокочастотного генератора, выходы которых являются выходами датчика шума, а N равно числу несущих частот передатчика.

3. Имитатор по п. 1, отличающийся тем, что датчик шума содержит последовательно соединенные генератор шума, перестраиваем ыи сверхвысокочастотны и генератор и коммутатор, N выходы которого являются соответствующими выходами датчика шума.

Фиг.1

Юиг.2

Vo

а

№

Н-const

/-const

Фиг.З

Н