Устройство для моделирования многолучевого радиоканала Советский патент 1982 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к радиосвязи, в частности к устройствам, моделирующим среду при дальнем тропосферном распространении ультракоротких радиоволн (Д ТР УКВ), и может быть использовано в лабораторных условиях при исследовании систем тропосферной, радиорелейной связи и систем определения местоположения излучакнчих объектов .

Известны имитаторы тропосферного канала связи, также как и имитаторы многолучевых каналов, состоящие из нескольких параллельно включенных каналов, имитируюкщх работу парциальных лучей, соответствующих отдельным путям распространения. Для моделирования замираний в каналах используются фазовый и амплитудный модуляторы, управляемые различным образом построенными генераторами случайных процессов С1 Зи 1:2 i.

Наиболее близким по технической и физической сущности к изобретению является имитатор тропосферного канала, состоящий из К параллельно включенных каналов, выходы которых соединены с сумматором. Каждый из К-1 идентичных каналов состоит из последовательно включенных линий задержки, частотно-селективного модулятора и регулируемого аттенюатора, причем второй вход модулятора соединен с выходом генератора псевдослучайных сигналов. При этом из К каналов имеет в своем составе только регулируемый аттенюатор. Данный имитатор тропосферного радиоканала позволяет моделировать не только релеtoевское .распределение, но и любое другое в пределах Гауссовой теорииГЗ.

Однако известный имитатор обладает рядом недостатков, которые не позволяют моделировать многие у(;ловия рас15пространения радиоволн, встречающиеся на реальных трассах. Физическая модель тропосферного канала, положенная в основу построения данного имитатора предполагает, что регулярный

20 сигнал, моделируемый каналом без модулятора и без линии задержки, образуется только за счет отражения радиоволн от тропосферной неоднородности, расположенной в плоскости большого круга (задержка равна нулю). Б реальных условиях под действием ветров происходит дрейф неоднородностей,что существенным образом влияет на статистику сигнала. Кроме того, возмож30ное вращение антенны источника переизлучения приведет к изменению в пространстве положения объема переизлучения, об зованного пересечением диаграммы направленности приемной и передающей антенн, являясь таким об разом еще.-одной причиной изменения статистических свойств принимаемого/ сигнала. Данный имитатор не учитывает этих явлений. Извест.но, что статистические свойства сигнала при ДТР УКВ .существенным образом зависят от параметров приемной и передающей антенн . Моделировать влияние параметро антенн известный имитатор также не позволяет. 1фоме того, он не позволяет моделировать и корреляционные характеристики при разнесенном по пространству или- углу приеме Таким образом, функциональные возможности указанного имитатора зна чительно ограничены. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для моделирования за счет Моделирования состояния и изменения среды распространения и положения. приемной и передающей .антенн . Эта цель достигается тем, что в устройство для моделирования многолучевого радиоканала, содержащее К каналов, информационные входы которых объединены и являются входами устройства, и сумматор, выход которого является одним из выходов устройства, а Кс1ждый канал содержит генератор псевдослучайного сигнала и последовательно соединенные элемент задержки, .частотно-селективный модулятор, другой вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайного сигнала, и регулируемый аттенюато дополнительно введены (N-1) сумматоров , генератор синусоидального напря жения, группа фазовращателей, К выпрямительных диодов, генератор прямо угольных импульсов, регистр сдвига и К регулируемых аттенюаторов, а в каждый канал введены управляемый аттенюатор, усилитель с .регулируемым коэффициентом усиления, сумматор и группа регулируемых аттенюаторов, причем информационный вход управляемого аттенюатора является информа ционньлм в.ходом канала, информационный вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления подключен к выходу элемента задержки, а выход к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом ре.гулируемого аттенюатора, выход сумматора соединен с входами регулируемых аттенюаторов группы, выход i-ro аттенюатора группы (, N)j-ro канала (j 1, К) подключен к j-му входу I то сумматора, выходы которых являются выходами устройства, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с входом регистра сдвига. разрядные выходы которого через соответствующие регулируемые аттенюаторы подключены к управляющим входам усилителей с регулируемым -коэффициентом усиления соответственно, фазовращатели группы соединены последовательно, {вправляющий вход управляемого аттенюатора т-го канала (т 1, К-1) через выпрямительный диод соединен с выходом т-го фазовращателя группы, а управляющий вход управляемого аттенюатора К-го канала через выпрямительный диод соединен с выходом генератора синусоидальньис колебаний и входом первого фазовращателя группы, На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 эпюры управляющих напряжений К управляемых аттенюаторов; на фиг. 3 эпюры напряжений соответственно на выходе генератора прямоугольных импульЬов и на управляющих входах усилителей с регулируемым усилением. Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения, группу фазовращателей 2, регулируемые аттенюаторы 3, генератор 4 прямоугольных импульсов, регистр 5 сдвига, управляемые аттенюаторы б, элементы 7 задержки, генератор 8 псевдослучайного сигнала , частотно-селективный модулятор 9, усилители 10 с регулируемым усилением, регулируемый аттенюатор 11, сумматор 12, регулируемые аттенюаторы 13, сумматоры 14. Устройство для моделирования многолучевого радиоканала работает еле- дующим образом. Входной сигнал, поступающий на входной зажим, делится равномерно на К каналов и подается на вход управляемого аттенюатора б в каждом канале. При этом затухание этих аттенюаторов обратно пропорционально управляющему напряжению. Управляющее напряжение через диоды, отсекающие его отрицательные полуволны, поступает с выходов последовательно соединенных низкочастотного синусоидального генератора 1 и (К-1) фазовращателей 2. При этом формой напряжения, генерируемого генератором 1, моделируется диаграмма направленности передающей антенны. При использовании синусоидального генератора имитируется диаграмма направленности, описываемая выражением г О при прочих 0 cos 09 при - 2сГ где 0 - текущий угол. а - коэффициент пропорциональности. Моделирование вращения передающей антенны осуществляется фазовращате- , лями 2, в которых управляющее напряжение сдвигается на угол, определяемый числом К парциальных каналов. При этом период вращения передающей антенны определяется частотой генератора 1. С выхода управляемого аттенюатора б сигнал поступает на элемент 7 задержки, который моделирует различие путей распространения сигнала (пар«« цкапьных лучей) от точки передачи до точки приема. Величина задержки в К-ом канале определяется выражением l rt К I / R - расстояние между точками приема и передачи/ (/.ц - текущий угол соответствующей К-му парциальному лучу;daira эквивалентный радиус Земли С - скорость распространения радиоволн. Кангш, взятый за эквивалент плоскости отсчета углов, имеет at 0. После зсщержки сигнал поступает на две параллельные ветви канала, из которых (блоки 8, 9 и 11) имитирует распространение радиоволн за счет рассеяния на мелкомасштабных неоднородностях, а другая (блок .10) распространение за счет отражения от крупномас1ггабных неоднородностей диэлектрической проницаемости тропо сферы. Моделирование рассеяния основано на том факте, что если на вход тропосферного (релеевского) канала поступает колебание вида A(t) cosCZJifflt +«lt(t),To на выходе тропосферного канала искаженный замираниями сигнал может быть предста лен в виде Ц г ItJ.A (,.(t-1 лд+Ф| Н), , т.е представляет собой сумму сигналов с различным запаздыванием, кажды из которых модулирован по амплитуде н Ааэе функциями r(t) ифц(1). Поэто му в К-ом модуляторе 9 осуществляетс перемножение задержанного сигнала, предварительно разложенного на 4 ква ратурные составляющие, и псевдослуча ных шумбвых процессов. В качестве ис точников шумовых процессов использует ся генератор 8 псевдослучайного сигнала, на выходе которого модулирующий сигнал является нормальным стационарным процессом, а его ортогональные компоненты после линейного преобразования в модуляторе имеют нулевые средние. Промодулированный случайным процессом сигнал с выходом модулятора 9 поступает на регу лируемый аттенюатор 11, с помощью которого моделируются направленные свойства рассеянного поля при ДТР УКВ, его угловой энергетический спектр. Величину вносимого затухания, необходимого для моделирования углового энергетического спектра рассеяния для К-го канала; можно найти по формуле -IK ,,Лл5 где 0,5 ширина углового энергети1ческЬго спектра объема рассеяния. Ветвь, моделирующая отражение, состо- ;ит из усилителя с регулируемым усилением 10, коэффициент передачи которого в каждом канале задается регулируемыми аттенюаторами 3. Моделирова-. ние отраженного сигнала основано на том, что если на вход линии связи поступает сигнал вида A(t) cqs t2J7i t+ () отклик на этот сигнал появится лиыь в том парциальнсмл канаше имитатора.. Которому соответствует угловое положение центра переизлучения отражающей неоднородности oLoT а именно в канале, где oi0T cL . Это обусловлено, тем, что в тропосфере отражение от слоистых неоднородностей диэлектрической проницаемости с размерами, превышающими величину первой зоны Френеля в первом приближении, происходит позаконам геометрической оптики. Задержка К- at сигнала в ветви отражения задается общей для канала линией 7 задержки.. Управляющий вход усилителя 10 с регулируемым усилителем связан .через аттенюатор 3 с одним из выходов регистра 5 сдвига, что позволяет моделировать процесс изменения энергетических соотношений между рассеянным и отраженным сигналом, являющийся одной из причин нестационарного характера сигнала. При этом наличие отражающей неоднородности в том или ином канале определяется состоянием триггеров регистра 5 сдвига и может устанавливаться по желанию исследователя. На синхронизирующий вход регистра 5 сдвига поступают тактовые импульсы от генератора 4 прямоугольных импульсов. Сообразно им регистр 5 сдвига осуществляет сдвиг влево или вправо информации, записанной в нем о положении имитируемых отражающих неоднородностей. Это позволяет имитировать реально существующее в тропосфере перемещение отражающих неоднородностей в объеме переизлучения, в частности, под действием ветра или архимедовых сил. Эпюры управляющих напряжений на входе аттенюаторов 3 (фиг. 3) поясняют процесс имитации дрейфаотражающей неоднородности из первого канала в пятый. Исследователь, при .желании, путем изменения частоты следования тактовых импульсов генератора легко может уменьшить или увеличить скорость дрейфа отражающих неоднородностей. dигнaлы ветвей (с выхода регулируемого аттенюатора 11 и усили теля с регулируемым усилением 10) каждого канала геометрически суммируются сумматором 12, С выхода сумма тора 12; сигнал через N регулируемых аттенюаторов 13 поступает на N сумматоров 14 с К входамиi Это позволяет смоделировать многоканальный разнесенныйприем, т.е. часто встречающийся в практике радиосвязи пространственнйй либо угловой разнос лучей приемной антенны. При этом количество N аттенюаторов 13 равно числу каналов разносенного приема, а велигчина затухания в каждом парциальном канале аттенюаторов 13, подключенных к одному и тому же сумматору 14, определяется диаграммой направленности луча приемной антенны. Например, при аппроксимации диаграммы направленнос ти лучей приемной антенны гауссоидой затухание N-ro аттенюатора в каждом К-м парциальном канале должно изменяться по закону iVV.,.., -5,9-п , МдбOtjg .где cd-oN - положение максимума и ширина N-ro луча приемной антенны соответственно. Выходами устройства для моделирования многолучевого радиоканала являются выходы сумматоров 14. Сравнительный анализ технико-экономической эффективности предлагаемо го и известного устройств показывает что предлагаемое устройство для моде лирования многолучевого радиоканала позволяет более полно имитировать ра нообразные состояния среды на трассах распространения и их влияние на хара теристики сигналюв, в том числе имитировать эффект случайного расположения отражающих неоднородностей тро посферы в различных точках объема переизлучения, имитировать дрейф pgгулярных неоднородностей в пространстве, имитировать при этом различные соотношения между регулярной и рассеянной компонентами поля, имитировать влияние направленности и углового положения максимумов диаграмм приемной антенны, а также имитировать влияние углового перемещения диaгpa 1мы направ ленности передающей антенны. Использование предлагаемого уст- , ройства позволяет, по сравнению с известным сократить объем длительных и дорогостоящих экспериментальных исследований, обычно проводимых с целью получения исходных данных для проектирования аппаратуры тропосферных линий радиосвязи. Формула изобретения -Устройство для моделирования многолучевого радиоканала, состоящее из К каналов, информационные входы оторых объединены и являются вхрдом{. устройства, и сумматора, выход которого является одним из.выходов устройства, каждый канал содержит генератор псевдослучай«ого сигнала и последова; тельно соелиненныв элемент задержки, частотно-селективный модулятор, другой вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайного сигнала, и регулируемый аттенюатор, о т л ич а ю щ е еся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей аа счет моделировайия состояния и изменения среды распространения и положения приемной и передающей аНТенн, оно дополнительно содержит (N-1) сумматоров, генератор синусоидального напряжения, группу фазовращателей, К вьтрямительных диодов, генератор прямоугольньк импульсов, регистр сдвига и К регулируемых аттенюаторов , а в каждый канал введены управляемый аттенюатор, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, сумматор и группа регулируемых аттенюаторов, причем информационный вход управляемогоаттенюатора является информационньам входом канала, информационный вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления подключен к выходу элемента задержки, а выход - к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом регулируемого Аттенюатора, выход сумматора соединен с входами регулируемых аттенюаторов группы, выход 3-го аттенюатора группы (i 1, N) j-ro канала (j 1, К) подключен к j-ому входу i-ro сумматора, выходы которых являются выходами устройства, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с входом регистра сдвига,. разрядные выходы которого через соответствующие регулируемые аттенюаторы подключены к управляющим входам усилителей с регулируемцм коэффициентом усиления соответственно, фазовращатели группы соединены последовательно, управляющий вход управляемого аттенюатора т-го канала (т 1, К-1) через выпрямительный диод соединен с выходом т-го фазовращателя группы, а управляющий вход управляемого аттенюатора К-го канала через выпрямительный

диод соединен с выходом генератора синусоидальных колебаний и входом первого фазовращателя группы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 532111, кл. G 06 G 7/62, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР 407346, кл. G 06 G 7/48, 1971.

3.Труды НИИР, 1978, 1, с. 45 (прототип).

и

0tft. UffffyMcw tef/epamff/m

JLI

J/taffcut

Z/fOffajr

Фиг.З

/

I

3/favcuf

V

ffaifojt

SftaffQjr