СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ Советский патент 2006 года по МПК H04B1/10 

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами.

Известны устройства приема широкополосных сигналов, основным недостатком которых является низкая устойчивость к структурным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является приемное устройство аппаратуры передачи информации, описанное в авторском свидетельстве СССР № 300946.

Структурная схема этой аппаратуры представлена на фиг.1, где обозначено:

1 - генератор несущих и тактовых частот (ГНТЧ),

2 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП),

3 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПП),

4 - устройство фазирования,

5, 6 - умножители,

7 - фазовращатель на 90°,

8 - фазовый манипулятор,

9 - схема сложения,

10, 11 - умножители,

12 - ФОПП,

13 - генератор опорной ПСП (ГОПП),

14 - устройство фазирования,

15 - устройство синхронизации,

16, 17 - полосовой фильтр,

18 - фазовый детектор.

В передающей части системы ГНТЧ1 своим выходом соединен со входами схемы сложения 9 через две цепочки: ФОПП2, умножитель 5 и ГПП3 и умножитель 6. Второй выход ГНТЧ1 соединен со вторым входом умножителя 5 через фазовращатель на 90° 7, а со вторым входом умножителя 6 через фазовый манипулятор 8. Вторые входы ФОПП2 и ГПП3 соединены с выходами устройства фазирования 4.

В приемной части системы входы умножителей 10 и 11 и устройства синхронизации 15 объединены и являются входами приемника. Выходы умножителей 10, 11 через соответствующие полосовые фильтры 16, 17 соединены со входами фазового детектора 18. Выход устройства синхронизации через ФОПП12 соединен со вторым входом умножителя 10, а через ГОПП13 со вторым входом умножителя 11. Вторые входы ФОПП12 и ГОПП13 соединены с выходами устройства фазирования 14.

Тактовая частота с выхода ГНТЧ1 поступает на вход ФОПП2 и ГПП3, которые вырабатывают двоичные псевдослучайные последовательности. Эти последовательности представляют собой совокупности биполярных импульсов постоянного тока одинаковой величины и длительности, которая определяется величиной тактовой частоты. Законы образования псевдослучайных последовательностей выбираются такими, чтобы обеспечить малую взаимную корреляцию между псевдослучайными последовательностями ФОПП2 и ГПП3 при любом фазовом сдвиге между ними (квазиортогональные двоичные псевдослучайные последовательности). Это условие необходимо для их эффективного разделения и подавления эхо-сигналов в приемнике.

Устройство фазирования 4 устанавливает сдвиговые регистры ФОПП2 и ГПП3 в одинаковое состояние, что обеспечивает связь по фазе их псевдослучайных последовательностей. Устройство фазирования 4 состоит из дешифраторов начальных состояний ФОПП2 и ГПП3 и импульсной схемы фазирования, которая обеспечивает совмещение их начальных состояний по фазе. Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ФОПП2 поступает на умножитель 5. На второй вход умножителя 5 через фазовращатель на 90° 7 с выхода ГНТЧ1 поступает колебание несущей частоты, которое в умножителе 5 умножается на двоичную псевдослучайную последовательность. В результате на выходе умножителя 5 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180° по закону двоичной ПСП. Двоичная ПСП с выхода ГПП3 поступает на умножитель 6, на второй вход которого через фазовый манипулятор с выхода ГНТЧ1 поступает колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180° по закону двоичной ПСП. В зависимости от знака манипулятор 8 осуществляет поворот фазы несущей частоты сигнала на выходе умножителя 6 относительно несущей частоты сигнала на выходе умножителя 5 на 0 или 180°.

Таким образом, в зависимости от знака передаваемой информации несущие частоты этих сигналов сдвинуты между собой по фазе. С выходов умножителей 5 и 6 сигналы поступают на схему сложения 9, которая образует выходной сигнал передатчика, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 0°, 90°, 180° и 270°, причем моменты манипуляции и порядок следования этих величин фаз определяются соотношением знаков элементов двоичных ПСП ФОПП2 и ГПП3 и передаваемой разностью фаз в высокочастотный передатчик и излучается в эфир.

Принимаемый сигнал со входа высокочастотного приемника поступает на умножители 10 и 11, аналогичные умножителям 5 и 6 передатчика. В умножителе 10 принимаемый сигнал умножается на двоичную ПСП, которую вырабатывает ФОПП12, аналогичный ФОПП2 передатчика. Сигнал с выхода умножителя 10 поступает на полосовой фильтр 16, который выделяет колебание несущей частоты сигнала. В умножителе 11 принимаемый сигнал умножается на двоичную ПСП, которую формирует ГОПП13, аналогичный ГПП3 передатчика. Сигнал с выхода умножителя поступает на полосовой фильтр 17, который выделяет манипулированное по фазе колебание несущей частоты сигнала. Устройство фазирования 14, аналогичное блоку 4 передатчика, обеспечивает связь по фазе выходных последовательностей ФОПП2 и ГОПП13.

Псевдослучайные последовательности, вырабатываемые генераторами в приемнике, синхронизируются с двоичными последовательностями принимаемого сигнала с помощью устройства синхронизации 15. В качестве устройства синхронизации могут быть использованы известные устройства синхронизации, обеспечивающие синхронизм местных сигналов приемника с одним из сильнейших лучей принимаемого многолучевого сигнала на основе анализа функции взаимной корреляции принимаемого и местных сигналов. Как известно, при использовании широкополосных сигналов при этом может быть обеспечено эффективное подавление мешающих лучей, либо сложение нескольких выделенных наиболее сильных лучей, а также подавление сосредоточенных помех.

Колебания несущей частоты с выходов полосовых фильтров 16 и 17 поступают на фазовый детектор 18, который измеряет информационную разность фаз между ними.

Недостатком этого устройства является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Цель предлагаемого изобретения - повышение помехоустойчивости к мощным структурным и ретранслированным помехам.

Для достижения этой цели в приемную часть устройства введены блок обнаружения структурной помехи, блок выделения структурной помехи, два блока режекции синфазной и квадратурной помех и два коммутатора.

Блок-схема заявляемого устройства представлена на фиг.2, где обозначено:

1-18 - то же, что у прототипа,

19, 20 - коммутаторы,

21 - блок обнаружения структурной помехи (БОСП),

22 - блок выделения структурной помехи (БВСП),

23, 24 - блоки режекции синфазной и квадратурной помехи.

В передающей части устройства все связи остаются без изменения.

В приемной части входы БОСП 21, БВСП 22, коммутаторов 19, 20 и БРСКП 23 и 24 объединены и соединены со входом устройства. Выход БОСП 21 через коммутаторы 19 и 20 соединен с умножителями 10 и 11. Выходы БВСП 22 соединены со входами БРСКП 23 и 24, выходы которых соединены с третьими входами соответствующих коммутаторов 19 и 20.

Работает устройство следующим образом.

Работа передающей части остается такой же как у прототипа. Входной широкополосный сигнал (ШПС) подается одновременно на коммутаторы 19 и 20 непосредственно и через блоки режекции 23 и 24 соответственно. Управление коммутаторами осуществляется блоком обнаружения структурной помехи 21. Если блок 21 выносит решение об отсутствии мощной структурной помехи, то на его выходе формируется "0", при этом входной ШПС поступает на входы умножителей 10 и 11 и работа устройства в этом случае полностью аналогична работе прототипа. При обнаружении мощной структурной помехи БОСП 21 формирует "1" и с помощью коммутаторов 19 и 20 к входам перемножителей 10 и 11 подключаются выходы блоков БРСКП 23 и 24. В этом случае входной ШПС предварительно пропускается через блоки 23 и 24, где из него режектируются структурные помехи, выделенные в блоке выделения структурной помехи 22.

Блок обнаружения структурной помехи 21 может быть выполнен так, как показано на фиг.3, где обозначено:

31 - амплитудный детектор,

32 - схема сравнения с порогом.

Работает блок 21 следующим образом.

При увеличении уровня ШПС на входе растет постоянная составляющая на выходе амплитудного детектора 31, которая сравнивается с заранее установленным порогом в блоке 32. При отсутствии превышения порога блок 32 формирует на выходе "0", при наличии - "1".

Блок выделения структурной помехи 22 может быть выполнен как показано на фиг.4, где обозначено:

41 - ограничитель,

42 - фазовый детектор.

При воздействии мощных структурных помех в ограничителе 41 осуществляется подавление сигнала помехой, после чего в фазовом детекторе 42 осуществляется подавление сигнала помехой, после чего в фазовом детекторе 42 осуществляется поэлементная демодуляция широкополосной структурной помехи. Фазовый детектор может быть выполнен, например, как это показано в монографии Петровича Н.Г. Передача дискретной информации в каналах с фазовой манипуляцией, М.: Сов. радио, 1965, с.113, рис.2.16.

Заметим, что приемное устройство прототипа и заявляемого устройства обеспечивает прием четырехфазного сигнала: синфазного пилот-сигнала и квадратурного информационного сигнала.

Очевидно, что структурная и ретранслированная помехи также представляют собой четырехфазный сигнал. В связи с этим для демодуляции такого сигнала необходимо использовать схему с восстановлением несущей, позволяющую демодулировать как синфазный, так и квадратурный каналы, именно этим требованиям и удовлетворяет упомянутая схема фазового демодулятора Н.А.Пистолькорса.

Структурная схема блока режекции синфазной и квадратурной помех (блоки 23 и 24) представлена на фиг.5, где обозначено:

51, 52, 53, 54 - режекторы помех,

55, 56 - инверторы.

На два входа блока режекции (23, 24) поступают псевдослучайные последовательности структурной (ретранслированной) помехи. При этом по одному из входов поступают квадратурные помехи, а по другому - синфазные. При этом в приемном устройстве отсутствует информация о том, в каком виде (прямом или инверсном) выделены структурные помехи (см. упомянутую выше монографию Н.Г.Петровича стр.112). Именно наличие указанных неопределенностей определяет необходимость использования в каждом из каналов (канала пилот-сигнала и информационного канала) блока режекции помех, который обеспечивал бы режекцию как синфазных, так и квадратурных помех, при этом как при условии выделения ПСП помехи как в прямом, так и в инверсном виде.

Входной сигнал в блоках 23, 24 проходит сначала через режектор 51, обеспечивающий режекцию синфазной составляющей помехи при выделении ПСП помехи в прямом коде. Если такая составляющая присутствует во входном ШПС и код ПСП помехи выделен в прямой фазе (а не в инвертированной), то она будет режектирована в режекторе 51 и не поступит на вход перемножителя 10. Если синфазная составляющая присутствует, но код ПСП выделен в инверсном виде, помеха будет режектирована в блоке 52.

Аналогично, если, например, структурная помеха для пилот-сигнала выделена в квадратурном канале, то ее режекция будет осуществляться в блоке 53 или 54.

Структурная схема режектора помехи (51, 52, 53, 54) представлена на фиг.6, где обозначено:

61, 63 - перемножители,

62 - режекторный фильтр,

64, 65 - элементы задержки.

Режектор помех (51, 52, 53, 54) работает следующим образом. На первый его вход поступает входной сигнал, на второй опорная ПСП (в рассматриваемом случае это ПСП помехи, поступающая с выхода блока 22 в прямом или инверсном виде). Если во входном сигнале содержится помеха, то в перемножителе 61 (одного из блоков режектора помех) помеха свернется в гармонический сигнал, который режектируется фильтром 62. Одновременно в перемножителе 61 осуществляется манипуляция полезного сигнала по закону помехи, которая затем снимается в перемножителе 63 повторным перемножением с той же ПСП помехи. Элементы задержки 64, 65 используются для выравнивания задержек в трактах с целью обеспечения синфазности входного ШПС с выделенными опорными ПСП помехи.

Докажем достижение поставленной цели.

Для устройства - прототипа допустимое превышение напряжения помехи над сигналом определяется соотношением

где S_п - напряжение помехи на входе приемника ШПС,

S - напряжение полезного сигнала,

Б - база ШПС.

(см. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации под ред. В.Б.Пестрякова, М.: Сов. радио, 1973, с.387, формула 10.3.7).

Очевидно, для заявляемого устройства можно записать

где K_п - коэффициент подавления помехи в режекторном фильтре. Таким образом, в заявляемом устройстве допустимый уровень помех на его входе увеличивается на K дБ. Величина K зависит от реализации режекторного фильтра и реально может иметь значение K≥20 дБ.

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами. Технический результат - повышение помехоустойчивости к мощным структурным и ретрансляционным помехам. Данный технический результат достигается тем, что в приемную часть устройства введены блок обнаружения структурной помехи, блок выделения структурной помехи, два блока режекции синфазной и квадратурной помех и два коммутатора. 6 ил.

Система передачи дискретной информации, содержащая на передающей стороне генератор несущей и тактовых частот, первый выход которого подключен к первым входам формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности (ПСП) и генератора ПСП, к вторым входам которой подключены соответственно первый и второй выходы блока фазирования, а выходы формирователя ортогональной ПСП и генератора ПСП подключены к первым входам соответственно первого и второго перемножителей, выходы которых подключены к входам блока сложения, при этом второй выход генератора несущей и тактовых частот подключен через фазовращатель на 90° к второму входу первого перемножителя и через фазовый манипулятор к второму входу второго перемножителя, а на приемной стороне - блок синхронизации, вход которого является входом приемной стороны устройства, а выход блока синхронизации подключен к первым входам формирователя ортогональной ПСП и генератора опорной ПСП, к вторым входам которых подключены соответственно первый и второй выходы блока фазирования, а выходы формирователя ортогональной ПСП и генератора опорной ПСП подключены к первым входам соответственно первого и второго перемножителей, выходы которых соответственно через первый и второй полосовые фильтры подключены к первому и второму входам фазового детектора, отличающаяся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости к мощным структурным и ретрансляционным помехам введены на приемной стороне два коммутатора, блок обнаружения структурной помехи, блок выделения структурной помехи и два блока режекции синфазной и квадратурной помехи, при этом первые входы коммутаторов и блоков режекции синфазной и квадратурной помехи и входы блока обнаружения структурной помехи и блока выделения структурной помехи соединены со входом блока синхронизации, при этом выходы блоков режекции синфазной и квадратурной помехи через вторые входы соответствующих коммутаторов подключены к вторым входам соответственно первого и второго перемножителей, а первый и второй выходы блока выделения структурной помехи подключены соответственно к второму и третьему входам блоков режекции синфазной и квадратурной помехи, причем выход блока обнаружения структурной помехи подключен к третьему входу второго коммутатора.