УСТРОЙСТВО ШИРОКОПОЛОСНОЙ РАДИОСВЯЗИ ШУМОПОДОБНЫМИ СИГНАЛАМИ Советский патент 2007 года по МПК H04B7/00 

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных системах связи, при передаче дискретной информации шумоподобными сигналами.

Известна аппаратура поиска и передачи информации с использованием шумоподобных сигналов, несколько вариантов построения которой описано в книге «Шумоподобные сигналы в системах передачи информации»,- под ред. В.Б.Пестрякова, М.: Сов. радио 1973 г., с. 151-199.

Известны устройства для передачи дискретной информации от 2-х и более источников информации, в которых используется временное разделение информационных сообщений и противоположными сигналами.

Блок-схема передатчика устройства широкополосной радиосвязи (прототипа) представлена на фиг.1, для которой введены следующие обозначения:

1 - генератор колебаний несущей и тактовой частоты,

2 - дополнительный умножитель,

3 - формирователь синхронизационной псевдослучайной последовательности (СП),

4 - устройство фазирования,

5 - генератор информационной псевдослучайной последовательности (ИП-2),

6 - фазовращатель на 90°,

7 - умножитель,

8 - источник информации, передаваемой по второму каналу,

9 - источник информации, передаваемой по первому каналу,

10 - схема сложения,

11 - добавочный генератор информационной псевдослучайной последовательности (ИП-1),

12 - инвертор,

13 - схема совпадения,

14 - схема совпадения,

15 - схема объединения,

16 - сумматор по модулю 2.

Блок-схема передатчика прототипа имеет следующие функциональные связи:

входы схемы сложения 10 подключены к выходам блоков 2 и 7, ко входам последнего подключены выходы блоков 6 и 16, к одному входу сумматора по модулю два 16 подключен выход блока 9, а к другому - выход блока 15, ко входам которого подсоединены блоки 13 и 14, ко входам которых подключены соответственно выходы блоков 5, 12 и 11, 8, а выход последнего подключен ко входу блока 12. Выход формирователя СП (3) подключен ко входу блока 4, выходы которого подключены ко входам блоков 5 и 11, а вход блока 3 подключен ко входам блоков 5 и 11 и выходу блока 1, другой выход которого подключен ко входам блоков 6 и 2, а вход последнего к выходу блока 3.

Блок-схема передатчика устройства-прототипа представлена на фиг.2, для которой введены следующие обозначения:

1 - фазовращатель на 90°,

2 - дополнительный полосовой фильтр,

4 - формирователь синхронизационной псевдослучайной последовательности (СП),

3 - дополнительный умножитель,

5 - устройство фазирования,

6 - устройство синхронизации,

7 - генератор информационной псевдослучайной последовательности (ИП-2),

8 - умножитель,

9 - полосовой фильтр,

10 - фазовый детектор,

11 - добавочный генератор информационной псевдослучайной последовательности (ИП-1),

12 - добавочный умножитель,

13 - схема сложения,

14 - добавочный полосовой фильтр,

15 - добавочный полосовой фильтр,

16 - амплитудный детектор,

17 - амплитудный детектор,

18 - схема вычитания,

19 - фильтр низких частот.

Блок-схема приемника устройства-прототипа имеет следующие функциональные связи: вход фильтра низких частот (19) подключен к выходу схемы вычитания (18), входы которой через блоки 16, 15 и 17, 14 подключены соответственно к выходам блоков 12 и 8 и ко входам схемы сложения (13), выход которой через блок 9 подключен ко входу фазового детектора (10), вход которого в свою очередь через блоки 1 и 2 подключен к выходу дополнительного умножителя (3), один вход которого подключен ко входу приемника и входам блоков 12 и 8, а другой - к выходу генератора СП (4), еще один выход которого подключен через блок 5 ко входам блоков 7 и 11, а вход - к выходу блока 6 и другим входам блоков 7 и 11, выходы которых подключены соответственно ко вторым входам блоков 8 и 12.

Работает устройство широкополосной радиосвязи следующим образом.

Передаваемый информационный сигнал от источника информации 8 поступает на схему совпадения 14 (фиг.1) и инвертор 12 (фиг.1). Добавочный генератор информационной псевдослучайной последовательности 11 (фиг.1) генерирует псевдослучайную последовательность ИП-1С периодом T, а генератор информационной псевдослучайной последовательности 5 (фиг.1) генерирует псевдослучайную последовательность ИП-2.

Посылки сигнала информации от источника информации второго канала положительной полярности разрешают схеме совпадения 14 пропускать отрезки ИП-1. Посылки сигнала информации отрицательной полярности с помощью инвертора 12 (фиг.1) преобразуются в посылки положительной полярности и разрешают схеме совпадения 13 (фиг.1) пропускать отрезки ИП-2. В результате на выходе схемы объединения 15 (фиг.1) образуется сигнал, представляющий собой чередование отрезков ИП-1 и ИП-2, причем длительность отрезков ИП-1 определяется длительностью положительных посылок передаваемой информации, а длительность отрезков ИП-2 определяется длительностью отрицательных (нулевых) посылок той же информации. Получаемый сигнал с выхода схемы объединения 15 (фиг.1) поступает на сумматор по модулю два 16 (фиг.1), на другой вход которого подается сигнал с выхода другого источника информации 9.

На выходе сумматора по модулю два образуется сигнал, в котором при передаче положительных посылок сигнала информации другого источника 9 (фиг.1) отрезки последовательностей ИП-1 и ИП-2 сохраняют ту же полярность, что и в сигнале.

При передаче отрицательных (нулевых) посылок сигнала отрезки последовательностей ИП-1 и ИП-2 изменяют полярность посылок на противоположную, то есть инвертируются. Таким образом, на выходе сумматора по модулю два 16 (фиг.1) образуется случайная последовательность прямых и инвертированных ( и ) отрезков псевдослучайных последовательностей по законам передаваемых сигналов информации. Эта последовательность поступает на умножитель 7 (фиг.1), на другой вход которого подается напряжение сигнала несущей частоты. В результате на выходе умножителя 7 (фиг.1) образуется фазоманипулированный элементами ИП-1, , ИП-2, радиосигнал.

С помощью формирователя синхронизационной псевдослучайной последовательности 3 (фиг.2) и дополнительного умножителя 2 (фиг.1) образуется псевдослучайный фазоманипулированный пилот-сигнал, сдвинутый относительно псевдослучайного фазоманипулированного информационного сигнала на 90°.

Сигналы с выходов перемножителей 7 и 2 поступают на входы схемы сложения 10 (фиг.1). В результате на выходе схемы сложения образуется 4-х фазный псевдослучайный радиосигнал, манипулированный элементами СП, ИП-1, ИП-2, ИП-1, ИП-2.

Принимаемый фазоманипулированный элементами СП, ИП-1, ИП-2, ИП-1, ИП-2 радиосигнал поступает в приемнике устройства на вход умножителя 8 (фиг.2) добавочного умножителя 12 (фиг.2) и дополнительного умножителя 3 (фиг.2). На их входы поступают опорные видеосигналы соответственно ИП-2, ИП-1 и СП.

Сигнал с выхода перемножителя 3 (фиг.2) проходит через полосовой фильтр 2 (фиг.2), сдвигается на 90° и подается на фазовый детектор 10 (фиг.2).

В случае передачи по второму информационному каналу положительной посылки свертка появится лишь на выходе добавочного умножителя 12 (фиг.2), а при передаче по второму каналу отрицательной посылки свертка появится лишь на выходе умножителя 8 (фиг.2). С перемножителей сигналы поступают на полосовые фильтры 15 и 14 (фиг.2), на выходе которых образуются радиосигналы, манипулированные по амплитуде и фазе информационными сигналами от обоих источников информации. После детектирования выделяется огибающая этих радиосигналов. После вычитания сигналов в схеме вычитания 18 (фиг.2) на выходе фильтра низких частот 19 (фиг.2) выделяется информационный сигнал, передаваемый по второму каналу.

После сложения сигналов в схеме сложения 13 (фиг.2), получаемых на выходах добавочного умножителя 12 (фиг.2) и умножителя 8 (фиг.2), образуется сигнал, содержащий в себе информацию, заложенную путем фазовой манипуляции, т.е. информацию первого канала. Причем в то время, когда сигнал сворачивается в одном из умножителей, в котором опорная информационная последовательность совпадает с передаваемой, в другом перемножителе входной сигнал умножается на ортогональную ИП. При сложении в схеме 13 (фиг.2) получается сумма следующих составляющих: полезный свернутый информационный сигнал, сигналы, полученные в результате перемножения входного шумового сигнала на ИП-1 и ИП-2 и информационного сигнала на ортогональную ИП. Последние три составляющие определяют уровень помех на входе демодулятора первого информационного канала.

Полученный сигнал через полосовой фильтр 9 (фиг.2) подается на фазовый детектор 10 (фиг.2), на выходе которого после фазового детектирования выделяется информация первого канала.

Таким образом, устройство широкополосной радиосвязи (прототип) позволяет осуществлять одновременную передачу информации от двух независимых источников без использования пилот-сигнала.

Однако в системе связи, где основным каналом (передающим полезную информацию) является первый канал, второй канал выполняет роль служебного канала, т.е. несет вспомогательные функции и время его работы по сравнению с временем работы первого канала мало, т.е. большее время система работает в одноканальном режиме. Кроме того, в тех случаях, когда необходимо обеспечить передачу особо важных сообщений, например сигналов боевого управления, требуется обеспечение максимальной помехозащищенности канала передачи информации. Но, т.к. в приемнике независимо от того, передается или не передается информация по второму каналу, шумовая составляющая сигнала, поступающего на вход фазового детектора 10 (фиг.2), получается значительно больше потенциально возможной (не менее чем в 2 раза по сравнению с одноканальным приемником), то устройство при передаче информации обладает низкой помехозащищенностью. И если при работе в двухканальном режиме потеря помехозащищенности в какой-то степени оправдывается увеличением пропускной способности, то при передаче информации по одному каналу это не оправдано и является существенным недостатком устройства широкополосной радиосвязи (прототипа).

Целью настоящего изобретения является увеличение помехозащищенности аппаратуры широкополосной радиосвязи при передаче информации только по основному каналу, без ухудшения параметров аппаратуры при одновременной передаче информации от двух независимых источников.

Эта цель достигается тем, что в передатчик аппаратуры для передачи дискретной информации (в прототип), содержащий генератор колебаний несущей и тактовой частоты (1), дополнительный умножитель (2), формирователь СП (3), устройство фазирования (4), генератор ИП-2 (5), фазовращатель на 90° (6), умножитель (7), источник информации 1-го канала (9), схему сложения (10), добавочный генератор ИП-1 (11), инвертор (12), две схемы совпадения (13, 14), схему объединения (15), сумматор по модулю два (16), источник информации 2-го канала (8), введены: две схемы логического сложения (18, 19), схема совпадения (20), генератор кодовых меток (21), RS-триггер (22) и таймер (17), причем выход схемы логического сложения (18) подключен ко входу инвертора (12) и схемы совпадения (14), а входы подключены к выходу генератора кодовых меток (21) и к выходу схемы совпадения (20), входы которой подключены: один к источнику информации (8), второй к выходу таймера и управляющему входу генератора кодовых меток, третий ко входу генератора кодовых меток и выходу RS-триггера (22), входы которого подключены ко входам схемы логического сложения (19), выход которой подключен ко входу таймера (17). Остальные связи остались без изменений.

А в приемник аппаратуры для передачи дискретной информации (в прототип), содержащий устройство синхронизации (6), фазовращатель на 90° (1), дополнительный полосовой фильтр (2), дополнительный усилитель (3), формирователь СП (4), устройство фазирования (5), генератор ИП-2 (7), усилитель (8), полосовой фильтр (9), фазовый детектор (10), добавочный генератор ИП-1 (11), добавочный умножитель (12), схему слежения (13), добавочный полосовой фильтр (14), добавочный полосовой фильтр (15), два амплитудных детектора (16, 17), схему вычитания (18), фильтр низких частот (19), введены: ключ (20), RS-триггер (21), демодулятор первой кодовой метки (22), демодулятор второй кодовой метки (23), причем входы демодуляторов кодовых меток (22, 23) подключены к выходу фильтра низких частот (19), а выходы подключены ко входам RS-триггера (21), выход которого подключен к управляющему входу ключа (20), включенного между выходом перемножителя (12) и входом схемы сложения (13). Остальные связи остались без изменений.

На фиг.3 представлена блок-схема передатчика предлагаемого устройства широкополосной радиосвязи шумоподобными сигналами, для которой введены следующие обозначения:

1 - генератор колебаний несущей и тактовой частот,

2 - дополнительный умножитель,

3 - формирователь синхронизационной псевдослучайной последовательности (СП),

4 - устройство формирования,

5 - генератор информационной псевдослучайной последовательности (ИП-2),

6 - фазовращатель на 90°,

7 - умножитель,

8 - источник информации, передаваемой по второму каналу,

9 - источник информации, передаваемой по первому каналу,

10 - схема сложения,

11 - добавочный генератор информационной псевдослучайной последовательности (ИП-1),

12 - инвертор,

13 - схема совпадения,

14 - схема совпадения,

15 - схема объединения,

16 - сумматор по модулю два,

17 - таймер,

18 - схема логического сложения,

19 - схема логического сложения,

20 - схема совпадения,

21 - генератор кодовых меток (ГКМ),

22 - RS-триггер.

На фиг.4 представлена блок-схема приемника предлагаемого устройства широкополосной радиосвязи шумоподобными сигналами, для которой введены следующие обозначения:

1 - фазовращатель на 90°,

2 - дополнительный полосовой фильтр,

3 - дополнительный умножитель,

4 - формирователь синхронизационной псевдослучайной последовательности (СП),

5 - устройство фазирования,

6 - устройство синхронизации,

7 - генератор информационной псевдослучайной последовательности (ИП-2),

8 - умножитель,

9 - полосовой фильтр,

10 - фазовый детектор,

11 - добавочный генератор информационной псевдослучайной последовательности (ИП-1),

12 - добавочный умножитель,

13 - схема сложения,

14 - добавочный полосовой фильтр,

15 - добавочный полосовой фильтр,

16 - амплитудный детектор,

17 - амплитудный детектор,

18 - схема вычитания,

19 - фильтр низких частот,

20 - ключ,

21 - RS-триггер,

22 - демодулятор первой кодовой метки,

23 - демодулятор второй кодовой метки.

Предлагаемое устройство широкополосной радиосвязи шумоподобными сигналами работает следующим образом.

При передаче информации одновременно по двум каналам устройство работает так же, как и прототип. Если же необходимость передачи информации по второму каналу отпала, то на вход R-триггера 22 (фиг.3) в передатчике поступает (вручную или автоматически) короткий импульс (фиг.5.1), являющийся командой перехода устройства в одноканальный режим работы. При этом на выходе триггера появляется ноль (фиг.5.2), что устанавливает обратные связи генератора кодовых меток 21 (фиг.3) в положение для формирования 1-ой кодовой метки и запрещает прохождение через схему совпадения (20) (фиг.3) информации 2-го канала от источника 8 (фиг.3). Этот же импульс через схему сложения 19 (фиг.3) подается на таймер 17 (фиг.3), отсчитывающий время Тм, которое равно периоду кодовой метки, т.е. таймер выдает отрицательный импульс равный периоду одной кодовой метки (фиг.5.3), этот импульс поступая на ГКМ 21 (фиг.3) разрешает формирование метки (фиг.5.4). Метка, представляющая собой какую-либо псевдослучайную последовательность, проходит через схему сложения 18 (фиг.3) и закладывается в сигнал точно также как и информация второго канала. После окончания отрицательного импульса на выходе таймера ГКМ прекращает формирование меток и устанавливается в нулевое положение. Таким образом на выходе схемы сложения 18 (фиг.3) появляется ноль (фиг.5.5) и информация по 2-му каналу передаваться не будет.

Если в дальнейшем возникает необходимость перевода устройства в режим двухканальной передачи информации, то на вход S-триггера 22 (фиг.3) подается короткий импульс (фиг.5.6). На выходе триггера появляется уровень логической единицы (фиг.5.7), по которому обратные связи ГКМ 21 (фиг.3) устанавливаются в положения, при которых формируется 2-я кодовая метка.

Этот же импульс, проходя через схему сложения 19 (фиг.3), попадает на вход таймера 17 (фиг.3) и таймер начинает от него отсчет времени Тм, т.е. выдает отрицательный импульс (фиг.5.8), закрывая схему совпадения 20 (фиг.3) (препятствует прохождению информации 2-го канала) и разрешает ГКМ формирование 2-й кодовой метки (фиг.5.9). После окончания времени Тм (за которое сформировалась одна кодовая метка) ГКМ прекращает формирование меток, и на ее выходе устанавливается уровень логического нуля, а схема совпадения 20 (фиг.3) начинает пропускать информацию второго канала (фиг.5.10). Таким образом устройство вновь продолжает работать в двухканальном режиме.

В приемном устройстве при появлении первой кодовой метки (сигнал включения одноканального режима) демодулятор 1-й кодовой метки 22 (фиг.4) выдает импульс на вход R-триггера 21 (фиг.4).

По этому импульсу триггер устанавливается в ноль и, соответственно, ключ 20 (фиг.4) разрывает связь между переключателем 12 (фиг.4) и схемой сложения 13 (фиг.4). После окончания кодовой метки полезный сигнал будет только на умножителе 8 (фиг.4), т.к. на передающем конце в сигнал была заключена только ИП-2. В этих условиях на фазовый детектор 1-го информационного канала 10 (фиг.4)вместе с полезным сигналом поступает только одна шумовая составляющая, т.к. связь перемножителя 12 и схемы сложения 13 (фиг.4) разорвана. Благодаря этому помехозащищенность основного канала возрастает.

Действительно, при передаче информации лишь по основному каналу, когда в передатчике вместо информации 2-го канала закладывается ноль, т.е. сигнал манипулируется только последовательностью ИП-2, на вход фазового детектора 10 (фиг.4) в приемнике, при замкнутом ключе 20 (фиг.4), поступает полезный свернутый информационный сигнал, т.е. произведение 4-х фазного сигнала на ИП-2, и шумовые составляющие, а именно: произведение шумового сигнала на входе приемника на ИП-1, произведение шумового сигнала на ИП-2, (эти составляющие по уровню равны, т.е. ИП-1 и ИП-2 по отношению к шуму не коррелированы) и произведение 4-х фазного сигнала на ИП-1.

Если ключ 20 (фиг.4) разомкнут, то на вход фазового детектора 10 (фиг.4) поступают полезный свернутый информационный сигнал и только шумовая составляющая, полученная в результате перемножения шумового сигнала на ИП-2. Остальные шумовые составляющие отсутствуют. Следовательно, уровень шума на входе фазового детектора уменьшился не менее чем в 2 раза (33дБ) и, соответственно, отношение сигнал/шум увеличится не менее чем на 3 дБ.

При возобновлении передачи информации по второму каналу, передается вторая кодовая метка. В приемнике с выхода фильтра низких частот она попадает на входы демодуляторов 22 и 23 (фиг.4). Демодулятор 2-й метки 23 (фиг.4) вырабатывает импульс на вход S-триггера, устанавливающий последний в исходное состояние. По команде триггера ключ 20 (фиг.4) восстанавливает связь между добавочным умножителем 12 и схемой сложений 13 (фиг.4). Таким образом,при работе устройства широкополосной радиосвязи в двухканальном режиме оно эквивалентно устройству прототипа, а в одноканальном режиме имеет существенно большую помехозащищенность (не менее 3 дБ).

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных системах связи, при передаче дискретной информации шумоподобными сигналами. Техническим результатом изобретения является увеличение помехозащищенности при передаче информации только по основному каналу при одновременной передаче от двух независимых источников. Передача информации идет одновременно по двум каналам. Если же необходимость передачи информации по второму каналу отпала, то на вход триггера в передатчике поступает короткий импульс, являющийся командой перехода в одноканальный режим работы. При этом на выходе триггера появляется ноль, что устанавливает обратные связи генератора ходовых меток в положение для формирования кодовой метки и запрета прохождения через схему совпадения. Этот же импульс через схему сложения подается на таймер, отсчитывающий время, которое равно периоду кодовой метки и разрешает формирование метки. Метка проходит через схему сложения и закладывается в сигнал точно так же, как и информация второго канала. 5 ил.

Устройство широкополосной радиосвязи шумоподобными сигналами, содержащее в передатчике последовательно соединенные формирователь синхронизирующей псевдослучайной последовательности, узел фазирования, первый генератор информационной псевдослучайной последовательности, первый элемент совпадения, узел объединения, сумматор по модулю два, первый умножитель и узел сложения, последовательно соединенные второй генератор информационной псевдослучайной последовательности и второй элемент совпадения, а также второй умножитель, выход которого подключен ко второму входу узла сложения, первый вход второго умножителя соединен с другим выходом формирователя синхронизирующей псевдослучайной последовательности, фазовращатель на 90°, выход которого подключен ко второму входу первого умножителя, генератор колебаний несущей и тактовых частот, вход которого соединен со входом фазовращателя на 90° и вторым входом второго умножителя, а выход подключен ко входу формирователя синхронизирующей псевдослучайной последовательности, ко второму входу первого генератор информационной псевдослучайной последовательности, к первому входу второго генератора информационной псевдослучайной последовательности, второй вход которого соединен со вторым выходом узла фазирования, инвертор, выход которого соединен со вторым входом первого элемента совпадения, а вход - со вторым входом второго элемента совпадения, источники информации первого и второго каналов, при этом второй вход сумматора по модулю два соединен с выходом источника информации первого канала, в приемнике - последовательно соединенные формирователь синхронизирующей псевдослучайной последовательности, узел фазирования, первый генератор информационной псевдослучайной последовательности, первый умножитель, первый полосовой фильтр, первый амплитудный детектор, узел вычитания и фильтр нижних частот, последовательно соединенные второй умножитель, второй полосовой фильтр, фазовращатель на 90° и фазовый детектор, последовательно соединенные второй генератор информационной псевдослучайной последовательности, третий умножитель, третий полосовой фильтр и второй амплитудный детектор, последовательно соединенные узел сложения и четвертый полосовой фильтр, а также узел синхронизации, выход которого подключен ко входу формирователя синхронизирующей псевдослучайной последовательности, ко второму и первому входам первого и второго генераторов информационной псевдослучайной последовательности, при этом второй вход узла сложения соединен с выходом первого умножителя, второй выход узла фазирования подключен ко второму входу второго генератора информационной псевдослучайной последовательности, выход четвертого полосового фильтра соединен со вторым входом фазового детектора, выход второго амплитудного детектора соединен со вторым входом узла вычитания, вход приемника подключен ко вторым входам первого, второго и третьего умножителей, отличающееся тем, что с целью увеличения помехозащищенности при передаче информации только по основному каналу при одновременной передаче от двух независимых источников, введены в передатчике последовательно соединенные первый RS-триггер, генератор кодовых меток и первый узел логического сложения, выход которого соединен со входом инвертора, и последовательно соединенные второй узел логического сложения, таймер и дополнительный элемент совпадения, выход которого соединен со вторым входом первого узла логического сложения, при этом выход таймера соединен со вторым входом генератора кодовых меток, первый вход которого подключен ко второму входу дополнительного элемента совпадений, третий вход которого соединен с источником информации второго канала, первый и второй входы первого узла логического сложения соединены с первым и вторым входами первого RS-триггера, в приемнике - последовательно соединенные RS-триггер и ключ, вход которого соединен с выходом третьего умножителя, а выход - со вторым входом узла сложения, а также демодуляторы первый и второй кодовых меток, входы которых подключены к выходу фильтра нижних частот, а выходы демодуляторов первой и второй кодовых меток соединены соответственно с первым и вторым входом второго RS-триггера.