АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ ЧЕРЕЗ ИСЗ Советский патент 2006 года по МПК H04B7/00 

Предлагаемое изобретение относится к области широкополосной радиосвязи и преимущественно может использоваться в системах связи через ретранслятор, расположенный на искусственном спутнике Земли (ИСЗ).

Известны устройства широполосной радиосвязи, например, описанные в авторском свидетельстве СССР №300946 "Аппаратура для передачи дискретной информации".

Недостатком этих устройств является низкая помехоустойчивость передачи высокоскоростной информации, которая, как известно, определяется базой используемых сигналов.

В=F·Т,

где F - ширина спектра сигнала,

Т - длительность информационной посылки.

Практически можно сформировать фазоманипулированные шумоподобные сигналы с шириной спектра до 100 мГц.

При низких скоростях передачи информации база сигнала может быть очень большой. Например, при скорости 100 бод она равна

В=10⁸сек^-1·10^-2сек=10⁶.

Соответственно, помехозащищенность передачи информации в таких системах составляет 30-40 дБ.

Однако, если скорость передачи информации высокая, например 480 кбод, база сигнала мала.

В=10⁸сек^-1·2·10^-6сек=200.

Максимальная помехозащищенность, которая может быть получена в этом случае, составляет всего 10-12 дБ.

Блок - схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, для которой введены следующие обозначения:

1 - генератор несущей;

2 - модулятор;

3 - источник двоичной информации;

4 - фазовый манипулятор;

5 - генератор псевдослучайной последовательности;

6,9 - фазовращатели на

7,10 - генераторы вспомогательной последовательности;

8 - ретранслятор;

11 - коррелятор;

12 - генератор копии сигнала;

13 - детектор;

14 - синхронизатор.

Система связи состоит из передатчика, приемника и ретранслятора. Передатчик содержит последовательно соединенные генератор несущей 1, модулятор 2, второй вход которого соединен с источником двоичной информации 3, фазовый манипулятор 4, соединенный с генератором псевдослучайной последовательности 5, и фазовращатель на второй вход которого соединен с генератором вспомогательной последовательности 7, соединенным с генератором псевдослучайной последовательности 5. Приемник содержит включенные в кольцо фазовращатель 9, коррелятор 11, детектор 13, синхронизатор 14, генератор копии сигнала 12 и генератор вспомогательной последовательности 10, причем второй выход генератора копии сигнала 12 подключен ко второму входу коррелятора.

В передатчике устройства-прототипа двоичная информация от источника 3 поступает на модулятор 2, в котором фаза несущей частоты изменяется на 0° или 180° в соответствии с значениями информации. Выходной сигнал модулятора 2 поступает на фазовый манипулятор 4, в котором манипулируется по фазе на 0° и 180° двоичной псевдослучайной последовательностью, сформированной генератором псевдослучайной последовательности 5.

Полученный широкополосный сигнал модулируется по фазе на в фазовращателе 6 в соответствии с вспомогательной последовательностью генератора 7 и излучается.

После переизлучения в ретрансляторе 8 сигнал поступает на вход приемника. В приемнике входной шумоподобный сигнал подается на фазовращатель 9, управляемый генератором вспомогательной последовательности 10.

В фазовращателе 9 снимается дополнительная модуляция широкополосного сигнала на C выхода фазовращателя 9 широкополосный сигнал поступает на коррелятор 11, на другой вход которого подается копия сигнала псевдослучайной последовательности с генератора копии сигнала 12. В корреляторе 11 снимается псевдослучайная модуляция сигнала. Полученный узкополосный сигнал, манипулированный по фазе двоичной информацией, поступает на детектор 13, выделяющий информационный сигнал.

Описанное устройство обладает тем же недостатком, что и вышеназванные устройства-аналоги, а именно низкой помехозащищенностью передачи высокоскоростной информации. Как было показано выше, при передаче информации со скоростью 480 кбод максимальная помехозащищенность, которая практически может быть получена, составляет 10-12 дБ.

Целью предлагаемого изобретения является повышение помехозащищенности системы связи при использовании ретранслятора искусственного спутника Земли.

Блок-схема предлагаемого устройства, изображена на фиг.2, для которой введены следующие обозначения:

1 - генератор несущей;

2 - модулятор;

3 - кодер;

4 - фазовый манипулятор;

5 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП);

6,9 - фазовращатели на

7,10 - генератор вспомогательной последовательности;

8 - ретранслятор;

11 - коррелятор;

12 - генератор копии сигнала;

13 - детектор;

14 - синхронизатор;

15 - сумматор;

16 - синтезатор частот;

17 - блок управления частотой;

18 - дополнительный модулятор;

19 - анализатор спектра;

20 - декодер;

21 - смеситель;

22 - демодулятор;

23 - синтезатор частот.

Заявляемое устройство имеет следующие функциональные связи. Передатчик содержит последовательно соединенные генератор несущей 1, модулятор 2, второй вход которого соединен с выходом кодера 3, фазовый манипулятор 4, второй вход которого соединен с ГПСП 5, фазовращатель 6, подключенный к генератору вспомогательной последовательности 7, и сумматор 15, второй вход которого соединен с дополнительным модулятором 18, второй выход ГПСП 5 подключен к генератору вспомогательной последовательности 7, а третий выход соединен с кодером 3 и блоком управления частотой 17, один вход которого соединен с анализатором спектра 19, а выходы подключены к кодеру 3 и синтезатору частот 16, выход которого соединен с дополнительным модулятором 18.

Приемник содержит включенные в кольцо фазовращатель 9, коррелятор 11, детектор 13, синхронизатор 14, генератор копии сигнала 12 и генератор вспомогательной последовательности 10, а также последовательно соединенные декодер 20, синтезатор частот 23, смеситель 21 и демодулятор 22, причем второй вход смесителя 21 объединен со вторым входом фазовращателя 9, один выход генератора копии сигнала 12 соединен со вторым входом коррелятора, а другой подключен ко входу декодера 20, второй вход которого соединен с детектором 13.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Передатчик излучает два сигнала: один сигнал узкополосный с перестраиваемой частотой несущей служит для передачи информации, второй сигнал широкополосный фазоманипулированный - для передачи низкоскоростной информации о частоте несущей узкополосного сигнала.

Перестройка частоты узкополосного сигнала осуществляется периодически, через время Т пер., кратное длительности периода псевдослучайной последовательности генератора ГПСП 5, в моменты времени, привязанные к фазе ПСП.

Значение перестраиваемых частот выбираются всегда таким образом, чтобы уровень шумов на приемной стороне был минимален. Для этого в передатчике введен анализатор спектра 19, который определяет помеховую обстановку в стволе ретранслятора, отведенном для работы системы. Поскольку основным источником помех является канал Земля - спутник, можно считать, что спектр шумов и помех сигнала, приходящего с ретранслятора 8 на передатчик и приемник, одинаков. Анализатор спектра 19 выбирает участок с минимальным уровнем шумов и выдает код его частоты на блок управления частотой 17. Блок 17 выдает код частоты на кодер 3, который формирует кодограмму, соответствующую этому коду. Двоичная кодограмма с выхода кодера 3 поступает на модулятор 2, в котором манипулирует несущее колебание по фазе на 0° или 180°. Полученный сигнал манипулируется еще раз по фазе на 0° и 180° в блоке 4 двоичной псевдослучайной последовательностью генератора ГПСП 5, а затем на ±45° в фазовращателе 6 вспомогательной последовательностью, вырабатываемой генератором 7, сфазированным с генератором 5.

Спустя время Т пер. с момента начала передачи кодограммы по приходу строб-импульса начала псевдослучайной последовательности с генератора ГПСП 5 блок управления частотой 17 меняет чистоту синтезатора 16 в соответствии с кодом переданной частоты и одновременно выдает на кодер 3 код новой частоты.

Выходной сигнал синтезатора частот 16 поступает на дополнительный модулятор 18, в котором модулируется передаваемым информационным сигналом. Полученный узкополосный сигнал складывается с широкополосным в сумматоре 15 и излучается в эфир.

После переизлучения в ретрансляторе 8 сигнал поступает на приемник. В приемнике в фазовращателе 9 с широкополосного сигнала снимается модуляция фазы на ±45° вспомогательной последовательностью, а в корреляторе 11 манипуляция фазы на 0° и 180° псевдослучайной последовательностью. Полученное несущее колебание, манипулированное по фазе служебной информацией, поступает на детектор 13, выделяющий передаваемую двоичную кодограмму. В декодере 20 кодограмма дешифруется. По приходу очередного строб-импульса начала ПСП с генератора 12 декодер 20 изменяет частоту синтезатора 23 в соответствии с переданным кодом частоты узкополосного сигнала.

Сигнал опорной частоты с выхода синтезатора 23 поступает на смеситель 21, в котором осуществляется перенос входного узкополосного сигнала на промежуточную частоту.

С выхода смесителя 21 сигнал подается на демодулятор, выделяющий передаваемый информационный сигнал.

Легко показать, что если период перестройки частоты Т пер. Меньше, чем время распространения сигнала от передатчика до приемника, которое обычно составляет 0,2-0,3 секунды, то предлагаемой системе невозможно выставить помеху, прицельную по частоте сигнала. Действительно, после тоге как противник определит значение частоты сигнала, поставит на этой частоте помеху и эта помеха дойдет до приемника, пройдет время большее, чем время распространения сигнала от Земли до спутника и от спутника до Земли. Это значит, что сигнал будет находиться уже на новой частоте. Таким образом, противник может подавить сигнал только помехой, имеющей равномерный спектр во всем диапазоне перестройки частоты полезного сигнала. Мощность такой помехи равна

где N - ее спектральная плотность,

F - ширина диапазона перестройки частоты сигнала.

Отношение сигнал/шум на входе демодулятора равно

где P_c - мощность сигнала,

Т - длительность информационной посылки.

Отношение сигнал/шум на входе приемника равно

Из этого выражения видно, что помехозащищенность предлагаемой системы связи также как и для широкополосной системы определяется величиной F·T.

Однако величина F в предлагаемом устройстве легко может быть сделана порядка 1 ГГц. Помехозащищенность передачи информации со скоростью 480 кбод составит при этом 20-22 дБ.

Адаптивная система радиосвязи через ИСЗ, содержащая в передатчике последовательно соединенные генератор несущей частоты, модулятор, фазовый манипулятор, генератор псевдослучайной последовательности и фазовращатель, подключенный к генератору вспомогательной последовательности. В передатчик введены последовательно соединенные анализатор спектра, блок управления частотой, синтезатор частот, дополнительный модулятор и сумматор. В приемник введены последовательно соединенные декодер, синтезатор частот, смеситель и демодулятор. Техническим результатом является повышение помехозащищенности. 2 ил.

Адаптивная система радиосвязи через ИСЗ, содержащая в передатчике последовательно соединенные генератор несущей частоты, модулятор, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, и фазовращатель, второй вход которого подключен к выходу генератора вспомогательной последовательности, вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, а в приемнике включенные последовательно фазовращатель, коррелятор, детектор, синхронизатор и генератор копии сигнала, один выход которого соединен со вторым входом коррелятора, а второй выход через генератор вспомогательной последовательности соединен с вторым входом фазовращателя, отличающаяся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в передатчике введены последовательно соединенные анализатор спектра, блок управления частотой, синтезатор частоты, дополнительный модулятор и сумматор, второй вход которого подключен к выходу фазовращателя, второй выход блока управления частотой через кодер соединен с вторым входом модулятора, второй вход кодера соединен с вторым выходом генератора псевдослучайной последовательности и вторым входом блока управления частотой, а в приемнике введены последовательно соединенные декодер, синтезатор частот, смеситель и демодулятор, причем один вход декодера соединен с выходом детектора, а другой - с выходом генератора копии сигнала, второй вход смесителя объединен с первым входом фазовращателя.