Имитатор метеорного канала
Предлагаемое устройство относится к области техники радиосвязи и предназначено для проведения лабораторных испытаний, исследования характеристик модемов, методов модуляции и кодирования, канальных протоколов передачи данных и способов их технической реализации для систем метеорной радиосвязи, использующей отражение сигнала от ионизированных метеорных следов.
Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства.
Это достигается тем, что в устройство введены последовательно соединенные третий (3.3) и четвертый (3.4) перемножители и второй сумматор (4.2), выход которого соединен со вторым входом блока взятия вещественной части сигнала (5), второй выход которого соединен со вторым входом цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) (6), второй выход которого является вторым выходом имитатора, а также последовательно соединенные блок управления параметрами имитатора (БУП) (11) и генератор помех (10), выходы которого соединены с третьими входами первого (3.1) и второго (3.2) сумматоров соответственно, при этом выход БУП (11) соединен со вторыми входами ГАМС (7), ГДС (8) и генератора АГБШ (9), вход третьего перемножителя (3.3) соединен со вторым выходом БФАС (2), второй вход которого подсоединен ко второму выходу АЦП (1).
Предлагаемое устройство относится к области техники радиосвязи и предназначено для проведения лабораторных испытаний, исследования характеристик модемов, методов модуляции и кодирования, канальных протоколов передачи данных и способов их технической реализации для систем метеорной радиосвязи, использующей отражение сигнала от ионизированных метеорных следов.
Существует известный имитатор метеорного канала [1], предназначенный, в первую очередь, для имитации работы небольшой сети, использующей метеорную связь. Данный имитатор основан на упрощенной модели метеорного канала, не позволяющей исследовать реальные искажения сигнала в канале.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является имитатор, представленный в [2], принятый за прототип.
На фиг.1 представлена блок-схема прототипа, где обозначено:
1 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 2 - блок формирования аналитического сигнала (БФАС); 3.1, 3.2 - первый и второй перемножители; 4 - сумматор; 5 - блок взятия вещественной части сигнала; 6 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП); 7 - генератор амплитуды метеорного следа (ГАМС); 8 - генератор доплеровского сдвига (ГДС); 9 - генератор аддитивного гауссовского белого шума (АГБШ); x(t) - входной аналоговый сигнал имитатора; х(n) - входная дискретная последовательность; y(n) - выходная дискретная последовательность; y(t) - выходной аналоговый сигнал имитатора.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные АЦП 1, БФАС 2, первый 3.1 и второй 3.2 перемножители, сумматор 4, блок взятия вещественной части сигнала 5 и ЦАП 6, выход которого является выходом устройства. Кроме того, выход ГАМС 7 соединен со вторым входом первого
перемножителя 3.1, выход ГДС 8 соединен со вторым входом второго перемножителя 3.2, выход АГБШ 9 соединен со вторым выходом сумматора 4.
Устройство-прототип работает следующим образом.
На вход имитатора поступает входной сигнал x(t), который преобразуется во входную дискретную последовательность х(n) с помощью АЦП 1. В блоке БФАС 2 из этой последовательности формируется аналитический сигнал, который поступает на первый перемножитель 3.1, где происходит его умножение на меняющийся во времени амплитудный коэффициент, генерируемый ГАМС 7. Появление метеорного следа имитируется резким возрастанием амплитудного коэффициента с последующим плавным его затуханием до нуля (рассеяние следа в атмосфере). Числовые значения амплитудного коэффициента и длительность существования следа задаются параметрами имитатора и являются, в определенной степени, случайными. С выхода первого перемножителя 3.1 сигнал поступает на второй перемножитель 3.2, где происходит его умножение на комплексную экспоненту, обеспечивающую доплеровский сдвиг частоты сигнала, генерируемый ГДС 8. Этот процесс имитирует перемещение метеорного следа в атмосфере под действием ветра. Величина сдвига задается параметрами имитатора и является случайной в заданных пределах. К сигналу с выхода второго перемножителя 3.2 в сумматоре 4 добавляется АГБШ, генерируемый блоком 9, после чего вещественная часть результирующей дискретной последовательности y(n), получаемая с помощью блока 5, поступает на ЦАП 6, а затем полученный аналоговый сигнал y(t) подается на выход имитатора метеорного канала.
Устройство-прототип обладает рядом недостатков.
1) Прототип является одноканальным, т.е. имеет возможность имитировать радиоканал лишь в одном направлении, что не позволяет исследовать дуплексный режим связи двух модемов на одном имитаторе. Использование для этих целей двух имитаторов затруднительно, т.к. часть параметров имитатора в каналах должна быть коррелированна.
2) Устройство-прототип для искажения сигнала использует только АГБШ, однако в реальном радиоканале присутствует большое число помех другой природы.
Для устранения указанных недостатков в устройство, содержащее последовательно соединенные аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), блок формирования аналитического сигнала (БФАС), первый и второй перемножители, первый сумматор, блок взятия вещественной части сигнала и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), выход которого является первым выходом имитатора, кроме того, первый выход генератора амплитуды метеорного следа (ГАМС) соединен со вторым входом первого перемножителя, первый выход генератора доплеровского сдвига (ГДС) соединен со вторым входом второго перемножителя, первый выход генератора аддитивного гауссовского белого шума (АГБШ) соединен со вторым выходом первого сумматора, согласно полезной модели, введены последовательно соединенные третий и четвертый перемножители и второй сумматор, выход которого соединен со вторым входом блока взятия вещественной части сигнала, второй выход которого соединен со вторым входом ЦАП, второй выход которого является вторым выходом имитатора, а также последовательно соединенные блок управления параметрами имитатора (БУП) и генератор помех, выходы которого соединены с третьими входами первого и второго сумматоров соответственно, при этом выход БУП соединен со вторыми входами ГАМС, ГДС и генератора АГБШ, вход третьего перемножителя соединен со вторым выходом БФАС, второй вход которого подсоединен ко второму выходу АЦП.
Блок-схема предлагаемого устройства приведена на фиг.2, где обозначено:
1,2,3.1, 3.2,5 - 9 - как на схеме устройства-прототипа;
3.3,3.4 - третий и четвертый перемножители;
4.1,4.2 - первый и второй сумматоры;
10 - генератор помех;
11 - блок управления параметрами имитатора (БУП);
x 1(t), x2(t) - входные аналоговые сигналы первого и второго канала имитатора;
x 1(n), x2(n) - входные дискретные последовательности первого и второго канала;
y 1(n), y2(n) - выходные дискретные последовательности первого и второго канала;
y 1(t), y2(t) - выходные аналоговые сигналы первого и второго канала имитатора.
Предлагаемое устройство содержит два идентичных параллельных канала.
Первый канал содержит последовательно соединенные АЦП 1, БФАС 2, первый 3.1 и второй 3.2 перемножители, первый сумматор 4.1, блок взятия вещественной части сигнала 5 и ЦАП 6, первый выход которого является первым выходом устройства.
Для построения второго канала используют вторые входы и вторые выходы блоков АЦП 1, БФАС 2, блок взятия вещественной части сигнала 5 и ЦАП 6, и, таким образом, второй канал содержит последовательно соединенные АЦП 1, БФАС 2, третий 3.3 и четвертый 3.4 перемножители, второй сумматор 4.2, блок взятия вещественной части сигнала 5 и ЦАП 6, выход которого является вторым выходом устройства.
При этом выход БУП 11 соединен с входами ГАМС 7, ГДС 8, генератора АГБШ 9 и генератора помех 10, выходы которого соединены с третьими входами первого 4.1 и второго 4.2 сумматоров соответственно. Кроме того, выходы ГАМС 7 соединены со вторыми входами первого 3.1 и третьего 3.3 перемножителей соответственно, выходы ГДС 8 соединены со вторыми входами второго 3.2 и четвертого 3.4 перемножителей соответственно, выходы генератора АГБШ 9 соединены со вторыми входами первого 4.1 и второго 4.2 сумматоров соответственно.
Предлагаемое устройство, в отличие от прототипа, является двухканальным. Первый канал используется для прохождения сигналов x1(t), x1(n), y 1(n), y1(t), второй - x 2(t), X2(n), y2 (n) y2(t).
Работа каждого канала в отдельности аналогична работе устройства-прототипа. Корректность (корреляцию) различных параметров имитатора при двухканальном режиме работы обеспечивает блок БУП 11, управляющий блоками 7-9.
Кроме АГБШ, имитатор с помощью генератора помех 10 позволяет добавлять к выходному сигналу:
- тональные помехи,
- импульсные помехи,
- помехи из звукового файла,
- помехи из эфира в реальном времени при подключении к имитатору приемника с антенной.
Параметрами генератора помех 10 также управляет блок БУП 11.
Предлагаемое устройство может быть реализовано, например, на сигнальном процессоре.
Таким образом, предлагаемый имитатор метеорного канала обеспечивает возможность:
- проводить испытания дуплексных режимов работы аппаратуры радиосвязи за счет введения второго канала и управления корреляцией различных параметров каналов;
- измерять характеристики разрабатываемых устройств в более разнообразных условиях распространения сигнала и помеховой обстановки с целью сравнения с характеристиками других подобных устройств, полученными в аналогичных условиях.
Используемые источники информации:
1. Kilpatrick J.A., Weitzen J.A., Parl S.A. Meteor burst link and network simulator. Military Communications Conference, 1990. MILCOM '90, Conference Record, 'A New Era'. 1990 IEEE.
2. Мое Wheatley, MeteorSim Ver. 1.0, 2001, http://www.qsl.net/ae4jy/metsim.htm.
Имитатор метеорного канала, содержащий последовательно соединенные аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), блок формирования аналитического сигнала (БФАС), первый и второй перемножители, первый сумматор, блок взятия вещественной части сигнала и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), выход которого является первым выходом имитатора, кроме того, первый выход генератора амплитуды метеорного следа (ГАМС) соединен со вторым входом первого перемножителя, первый выход генератора доплеровского сдвига (ГДС) соединен со вторым входом второго перемножителя, первый выход генератора аддитивного гауссовского белого шума (АГБШ) соединен со вторым выходом первого сумматора, отличающийся тем, что введены последовательно соединенные третий и четвертый перемножители и второй сумматор, выход которого соединен со вторым входом блока взятия вещественной части сигнала, второй выход которого соединен со вторым входом ЦАП, второй выход которого является вторым выходом имитатора, а также последовательно соединенные блок управления параметрами имитатора (БУП) и генератор помех, выходы которого соединены с третьими входами первого и второго сумматоров соответственно, при этом выход БУП соединен со вторыми входами ГАМС, ГДС и генератора АГБШ, вход третьего перемножителя соединен со вторым выходом БФАС, второй вход которого подсоединен ко второму выходу АЦП.
