Радиосистема с автономным источником питания передатчика для долговременной передачи дискретной информации

Радиосистема относится к системам односторонней связи и предназначена для долговременной передачи дискретной информации в городских условиях на расстояния в пределах до 1 км при работе от автономного источника питания. Для обеспечения возможности работы в условиях многолучевого распространения радиоволн в радиосистеме применяются сигналы, ширина спектра которых существенно превышает величину, требуемую для передачи информации с заданной скоростью. Для снижения потребления энергии от автономного источника питания и получения высокого КПД передатчика используется импульсный сигнал с длительностью около 1 мкс, необходимая ширина спектра которого достигается посредством широкополосной частотной модуляции несущей частоты импульса по произвольному закону. В радиосистеме предусмотрены меры повышения помехоустойчивости приема при наличии посторонних узкополосных помех. Они реализуются путем режекции помех, попадающих в полосу пропускания приемника фильтром с перестраиваемой частотной характеристикой. Увеличение помехоустойчивости приема в многолучевом канале обеспечивается за счет учета энергии всех принимаемых лучей с помощью интегрирующего фильтра, стоящего после амплитудного детектора.

Предлагаемая радиосистема относится к системам односторонней связи, предназначенным для передачи дискретной информации в городских условиях на расстояния в пределах до 1 км.

Из технической литературы известно большое число вариантов построения радиосистем для работы в указанных условиях. Большинство из них для передачи используют непрерывные синусоидальные колебания, модулированные по какому либо параметру дискретной информационной последовательностью. Особенностью передачи информации в городских условиях является наличие многолучевого распространения радиоволн, которые существенно снижают помехоустойчивость приема и при таком способе построения радиосистемы требуют использования передатчика повышенной мощности. Это, в свою очередь, приводит к увеличению потребления передатчиком энергии от автономного источника питания и к снижению времени работы.

Для борьбы с многолучевым распространением радиоволн предлагается использовать широкополосные сигналы, ширина спектра которых существенно превышает величину, требуемую для передачи информации с заданной скоростью. Наиболее распространенным вариантом широкополосных сигналов являются непрерывные синусоидальные колебания с манипуляцией фазы на радиан по закону периодической псевдослучайной М-последовательности. При этом удается значимо 16/16/С1/1/2060

уменьшить мощность, излучаемую передатчиком, но высокая сложность схемы передатчика и низкий КПД микромощного передатчика не позволяют существенно снизить потребление энергии.

Повысить КПД передатчика можно, перейдя на импульсный режим работы. Известны варианты радиосистем со сверхкороткими (сверхширокополосными) импульсами. Наиболее близкой к заявляемой радиосистеме может служить радиосистема, описанная в сборнике докладов Всероссийской научной конференции "Сверхширокополосные сигналы в радиолокации связи и акустике". /И.Я.Иммореев, А.А.Судаков, Сверхширокополосная помехоустойчивая система скрытной связи с высокой скоростью передачи данных./

В этой системе передача дискретной информации осуществлялась импульсами длительностью около 1 нс. Тактовая частота импульсов составляла 2 МГц. Применялась амплитудная манипуляция с пассивной паузой. Рабочая полоса частот лежала в диапазоне 0,4-2 ГГц.

Для обеспечения качественной передачи информации на расстояние до 1 км пиковая мощность импульсов с такой длительностью должна быть не менее 10 Вт. Для формирования импульсов требуются источники энергии постоянного тока с напряжением около 100 В. В результате, КПД передатчика становится неприемлемо малым.

Кроме того, в системе не была предусмотрена возможность режекции узкополосных помех, которые могут появляться в полосе частот полезного широкополосного сигнала; приемник был рассчитан на прием только одного основного луча, то есть отсутствовал блок накопления энергии от нескольких лучей.

Передача информации в предлагаемой радиосистеме с автономным источником питания передатчика для долговременной передачи дискретной информации осуществляется импульсами существенно большей длительности около 1 мкс, а необходимая ширина спектра обеспечивается посредством широкополосной частотной модуляции несущей частоты 16/16/С1/1/2060

импульсов по произвольному закону. В результате пиковая мощность излучаемых импульсов снижается до величины около 10 мВт. Это позволяет построить передатчик с относительно малым потреблением мощности от автономного источника питания, с одной стороны, и, в то же время, с высоким КПД.

В предлагаемой радиосистеме для передачи информации может использоваться либо амплитудная модуляция с пассивной паузой, либо один из известных вариантов временной модуляции (модуляции по временному положению излучаемых импульсов).

Полоса пропускания радиочастотных фильтров приемника выбрана равной ширине спектра излучаемых радиоимпульсов. Для режекции мощных узкополосных помех в высокочастотный тракт приемника включен фильтр с перестраиваемой частотной характеристикой, который может "вырезать" один или несколько участков, пораженных помехой. Изменение частотной характеристики фильтра возможно как в ручном режиме, так и автоматически с использованием адаптационного режима. После амплитудного детектирования принятые импульсы пропускаются через интегрирующий фильтр. Время интегрирования фильтра выбрано равным длительности принимаемых импульсов, с учетом увеличения длительности за счет многолучевого распространения. В результате помехоустойчивость приема оказывается сравнимой с потенциальной помехоустойчивостью приема широкополосных сигналов в многолучевом канале. Сигнал с выхода фильтра-интегратора поступает на блок демодуляции, схема которого соответствует виду модуляции в передатчике. На выходе блока демодуляции формируется последовательность бинарных сигналов, соответствующих передаваемой информации. Временной режим работы блока демодуляции определяется сигналами, поступающими от блока тактовой синхронизации.

На фигуре 1 показана структурная схема передатчика предлагаемой радиосистемы, а на фигуре 2 - структурная схема приемника. Цифрой 1 на фигуре 1 обозначен источник бинарного информационного сигнала, 16/16/С1/1/2060

выходное напряжение которого модулирует по амплитуде или по временному положению импульсный радиосигнал. Цифрой 2 обозначен генератор импульсного частотно модулированного радиосигнала, а цифрой 3 - передающая антенна.

На фигуре 2 цифрой 4 обозначена приемная антенна, цифрой 5 - высокочастотный усилитель, цифрой 6 - перестраиваемый режекторный фильтр, а цифрой 7 - амплитудный детектор. Цифрой 8 на этой фигуре обозначен низкочастотный фильтр-интегратор, а цифрой 9 - демодулятор информационной последовательности сигналов с блоком тактовой синхронизации. Цифрой 10 обозначена цепь, по которой передается принятая бинарная последовательность.

Построение радиосистемы возможно с помощью стандартных радиотехнических устройств.

1. Радиосистема, предназначенная для долговременной передачи дискретной информации в городских условиях на расстояния в пределах до 1 км, состоящая из передатчика и приемника, включающего последовательно соединенные высокочастотный тракт, амплитудный детектор и блок демодуляции, отличающаяся тем, что для получения высокого КПД передатчика используется импульсный сигнал с длительностью около 1 мкс, необходимая ширина спектра которого обеспечивается посредством широкополосной частотной модуляции несущей частоты импульса.

2. Радиосистема по п.1, отличающаяся тем, что для режекции мощных узкополосных помех в высокочастотный тракт приемника дополнительно включен фильтр с перестраиваемой частотной характеристикой.

3. Радиосистема по п.1, отличающаяся тем, что для увеличения помехоустойчивости приема импульсных сигналов в многолучевом канале между амплитудным детектором и блоком демодуляции в приемник включен интегрирующий фильтр, позволяющий учесть энергию всех принимаемых лучей.