Линия радиосвязи
Изобретение относится относится к области радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных системах связи, использующих пространственную модуляцию. Технический результат заключается в том, что при использовании двух ортогональных каналов в предлагаемом устройстве передается помимо основной информации еще три дополнительные, которые могут быть использованы как служебные, что не требует увеличения числа радиоканалов. В устройство введены на передающей стороне синтезатор частот, два электронных ключа, фазоинвертор и второй блок сложения, на приемной стороне первый и второй смесители, пятый и шестой умножители, первый и второй фильтры нижних частот (ФНЧ), первая, вторая и третья линии задержки, первый полосовой фильтр несущей частоты f1 (ПФ f1), второй ПФ f2, блок выбора максимума, блок сравнения, усилитель-ограничитель, синхронно-фазовый фильтр и третий полосовой фильтр. 2 ил.
Предлагаемое устройство относится к области радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных системах связи, использующих пространственную модуляцию.
Известны устройства для радиосвязи с повторным использованием частоты (см. пат. США 4987818), в которых повторное использование частоты в условиях изменения параметров среды распространения сигналов и изменения взаимного расположения антенн достигается за счет обеспечения ортогональности по поляризации двух одновременно передаваемых сигналов с круговой или линейной поляризацией. Однако эти устройства из-за высоких требований к точности обеспечения ортогональности по поляризации передаваемых сигналов имеют сложную систему автоподстройки, использующую специальные пилот-сигналы. Кроме того, применение пилот-сигналов требует выделение дополнительных частотных каналов, не совпадающих со спектром передаваемых сигналов, что существенно усложняет конструкцию устройства и ухудшает его помехоустойчивость. Известно также устройство по а.с. 1141978, содержащее два канала, в одном из которых информация передается с использованием угловой модуляции, а во втором канале - с использованием дополнительной модуляции сигналов по поляризации волн, позволяющей передавать дополнительную информацию (повторно использовать частоту). Однако в случае использования широкополосных сигналов, что характерно для современных систем связи, низка помехоустойчивость приема информации по второму каналу, обусловленная низкой помехоустойчивостью опорного сигнала для синхронного детектора. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому объекту является "Аппаратура для передачи дискретной информации" по а.с. 300946, принятая за прототип. Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где введены обозначения: Передающее устройство: 1 - генератор колебаний несущей и тактовой частот (ГНТЧ); 2 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП); 3 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПП); 4 - устройство фазирования; 5, 6 - первый и второй умножители; 7 - фазовращатель на 90o; 8 - фазовый манипулятор; 9 - схема сложения;Приемное устройство
10, 11 - третий и четвертый умножители;
12 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);
13 - генератор опорной псевдослучайной последовательности (ГОПП);
14 - устройство фазирования;
15 - устройство синхронизации;
16, 17 - первый и второй полосовые фильтры;
18 - фазовый детектор. Устройство-прототип содержит на передающей стороне ГНТЧ 1, первый выход которого соединен с первыми входами ФОПП 2 и ГПП 3, вторые входы которых присоединены соответственно к первому и второму выходам устройства фазирования 4, выход ФОПП 2 соединен с первым входом первого умножителя 5, второй вход которого соединен с выходом фазовращателя на 90o 7, а вход этого фазовращателя соединен с одним из входов фазового манипулятора 8 и вторым выходом ГНТЧ 1, выход ГПП 3 соединен с одним из входов второго умножителя 6, второй вход которого присоединен к выходу фазового манипулятора 8, а выход второго умножителя 6 соединен со вторым входом схемы сложения 9, первый вход которого соединен с выходом первого умножителя 5, выход сумматора 9 является выходом передатчика, первый вход фазового манипулятора 8 является информационным входом; на приемной стороне вход устройства синхронизации 15 соединен с первыми входами первого 10 и второго 11 умножителей, выходы которых соединены соответственно со входами первого 16 и второго 17 полосовых фильтров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами фазового детектора 18, выход которого является выходом устройства, выход устройства синхронизации 15 соединен с первыми входами ФОПП 12 и ГОПП 13, вторые входы которых присоединены соответственно к первому и второму выходам устройства фазирования 14, выход ФОПП 12 соединен со вторым входом первого умножителя 10, а выход ГОПП 13 соединен со вторым входом второго умножителя 11. Устройство-прототип работает следующим образом. В передатчике ГНТЧ 1 формирует две частоты: тактовую частоту для ФОПП 2 и ГПП 3 и несущую частоту сигнала. Тактовая частота с выхода ГНТЧ 1 поступает на вход ФОПП 2 и ГПП 3, 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 ФОПП 2 и ГПП 3 при любом фазовом сдвиге между ними (квазиортогональиые двоичные псевдослучайные последовательности). Это условие необходимо для их эффективного разделения и подавления эхо-сигнала в приемнике. Устройство фазирования 4 устанавливает сдвиговые регистры ФОПП 2 и ГПП 3 в одинаковое начальное состояние, что обеспечивает связь по фазе их псевдослучайных последовательностей. Устройство фаэирования 4 состоит из дешифраторов начальных состояний ФОПП 2 и ГПП 3 и импульсной схемы фазирования, которая обеспечивает совмещение их начальных состояний по фазе. Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ФОПП 2 поступает на умножитель 6. На второй вход умножителя 5 через фазовращатель на 90o 7 с выхода ГНТЧ 1 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 180o по закону двоичной псевдослучайной последовательности. Двоичная псевдослучайная последовательность с выхода ГПП 3 поступает на умножитель 6, на второй вход которого через фазовый манипулятор с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты. На выходе умножителя 6 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180o по закону двоичной псевдослучайной последовательности. В зависимости от знака передавамой информации, фазовый манипулятор 8 осуществляет поворот фазы несущей частоты сигнала на выходе умножителя 6 относительно несущей частоты сигнала на выходе умножителя 5 на 0 или 180o. 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 0o, 90o, 180o и 270o, причем моменты манипуляции и порядок следования этих величин фаз определяется соотношением знаков элементов двоичных псевдослучайных последовательностей ФОПП 2 и ГПП 3 и передаваемой разностью фаз. Со схемы сложения 9 сигнал поступает в высокочастотный передатчик и излучается в эфир. Принимаемый сигнал с выхода высокочастотного приемника поступает на умножители 10 и 11, аналогичные умножителям 5 и 6 передатчика. В умножителе 10 принимаемый сигнал умножается на двоичную псевдослучайную последовательность, которую вырабатывает ФОПП 12, аналогичный ФОПП 2 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 псевдослучайную последовательность, которую формирует ГПП 13, аналогичный ГПП 3 передатчика. Сигнал с выхода умножителя 11 поступает на полосовой фильтр 17, который выделяет манипулированное по фазе колебание несущей частоты сигнала. Устройство фазирования 14, аналогичное устройству фазирования 4 передатчика, обеспечивает связь по фазе выходных последовательностей ФОПП 12 и ГОПП 13, соответствующую связи по фазе последовательностей ГОПП 2 и ГПП 3 передатчика. Двоичные псевдослучайные последовательности, вырабатываемые генераторами в приемнике, синхронизируются с двоичными псевдослучайными последовательностями принимаемого сигнала с помощью устройства синхронизации 15. В качестве устройства синхронизации 15 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. Но данному устройству-прототипу присущ следующий недостаток: для передачи все возрастающего объема информации необходимо увеличивать скорость передачи или число радиоканалов, что в том и другом случаях приводит к расширению полосы радиочастот. А, как известно, в настоящее время диапазон радиочастот, начиная от самых низких - ОНЧ и кончая самыми высокими СВЧ, весьма перегружен. Поэтому задача выделения какого-либо участка диапазона радиочастот становится все более проблематичной. Предлагаемое устройство позволяет осуществить передачу помимо основной ИНФ.1, еще и три дополнительные ИНФ.2, ИНФ.3 и ИНФ.4. Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные генератор несущей и тактовой частот (ГНТЧ), первый формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП), первый умножитель, выход которого соединен с первым входом первого блока сложения, выход которого является выходом передающей стороны линии радиосвязи, кроме того, последовательно соединенные генератор псевдослучайной последовательности (ГПП) и второй умножитель, выход которого соединен со вторым входом первого блока сложения, вторые входы первого ФОПП и ГПП соединены с соответствующими выходами блока фазирования, первый вход ГПП соединен с входом первого ФОПП, первый вход фазового манипулятора соединен с входом фазовращателя, второй вход фазового манипулятора является входом информации "ИНФ.1", а его выход соединен со вторым входом второго умножителя, на приемной стороне содержит блок синхронизации, вход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого умножителей и является входом приемной стороны линии радиосвязи, выход блока синхронизации соединен с первыми входами второго ФОПП и второго ГПП, выход которого соединен со вторым входом четвертого перемножителя, вторые входы вторых ФОПП и ГПП соединены с соответствующими выходами блока фазирования, а также полосовой фильтр нижней боковой полосы, полосовой фильтр верхней боковой полосы и фазовый детектор, введены на передающей стороне синтезатор частот, первый и второй электронные ключи, фазоинвертор, второй блок сложения и двухканальный однополосный модулятор, на приемной стороне последовательно соединенные первая линия задержки и первый смеситель, последовательно соединенные вторая, линия задержки и второй смеситель, последовательно соединенные пятый умножитель и первый фильтр нижних частот (ФНЧ), последовательно соединенные шестой умножитель и второй ФНЧ, а также первый и второй полосовые фильтры несущей частоты f1 и f2 (Пф f1 и Пф f2), последовательно соединенные блок выбора максимума, усилитель-ограничитель и синхронно-базовый демодулятор, последовательно соединенные третий полосовой фильтр и третья линия задержки, а также блок сравнения. При этом на передающей стороне вход синтезатора частот соединен со вторым выходом ГНТИ, а выходы синтезатора частот соединены с первыми входами первого и второго электронных ключей, выходы которых соединены с соответствующими входами второго блока сложения, выход которого соединен с входом фазовращателя. Вход фазоинвертора соединен со вторым входом второго электронного ключа и является входом информации "ИНФ.4". Выход фазоинвертора соединен со вторым входом первого электронного ключа, Выход фазовращателя соединен с первым входом двухканального однополосного модулятора, выход которого соединен со вторым входом первого перемножителя, второй вход двухканального однополосного модулятора является входом информации "ИФН.2", а его третий вход - входом информации "ИНФ.3". На приемной стороне входы первой и второй линий задержки, первого Пф f1 и второго Пф f2 соединены с выходом третьего умножителя. Выход первого смесителя соединен с входом полосового фильтра нижней боковой полосы, выход которого соединен с первым входом пятого умножителя. Выход второго смесителя соединен с входом полосового фильтра верхней боковой полосы, выход которого соединен с первым входом шестого перемножителя. Выход первого ФНЧ является выходом информации "ИНФ.3". Выход второго ФНЧ является выходом информации "АНФ.2". Выход первого ПФ f1 соединен с первыми входами блока выбора максимума и блока сравнения, выход которого является выходом информации "ИНФ.4". Выход второго ПФ f2 соединен со вторыми входами блока выбора максимума и блока сравнения. Выход четвертого умножителя соединен с входом третьего ПФ. Выход третьей линии задержки соединен с первым входом фазового детектора, второй вход которого соединен со вторым выходом синхронно-фазового демодулятора, первый выход которого соединен со вторыми входами первого и второго смесителей, пятого и шестого умножителей. Выход фазового детектора является выходом информации "ИНФ.1". На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения:
1 - генератор несущей и тактовой частот (ГНТЧ);
2 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);
3 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПП);
4 - блок фазирования;
5, 6 - первый и второй умножители;
7 - фазовращатель на 90o;
8 - фазовый манипулятор;
9 - первый блок сложения;
10, 11 - третий и четвертый умножители;
12 - второй формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);
13 - второй генератор опорной псевдослучайной последовательности (ГОПП),
14 - блок фазирования;
15 - блок синхронизации;
16 - полосовой фильтр нижней боковой полосы;
17 - полосовой фильтр верхней боковой полосы;
18 - фазовый детектор;
19 - фазоинвертор;
20 - синтезатор частот;
21, 22 - первый и второй электронные ключи;
23 - второй блок сложения;
24 - двухканальный однополосный модулятор;
25, 26 - первая и вторая линии задержки;
27 - первый полосовой фильтр несущей частоты f1 (ПФ f1);
28 - второй полосовой фильтр несущей частоты f2 (ПФ f2);
29, 30 - первый и второй смесители;
31, 32 - пятый и шестой умножители;
33, 34 - первый и второй фильтр нижних частот (ФНЧ);
35 - блок выбора максимума;
36 - усилитель-ограничитель;
37 - блок сравнения;
38 - третий полосовой фильтр (ПФ);
39 - третья линия задержки;
40 - синхронно-фазовый демодулятор. Предлагаемое устройство содержит на передающей стороне последовательно соединенные ГНТЧ 1, ФОПП 2 и первый умножитель 5, выход которого соединен с первым входом первого блока сложения 9, выход которого является выходом линии радиосвязи. Кроме того, выход ГНТЧ 1 через последовательно соединенные ГПП 3 и второй умножитель 6 соединен со вторым входом первого блока сложения 9. Вторые входы ФОПП 2 и ГПП 3 соединены с соответствующими выходами блока фазирования 4. Второй выход ГНГЧ 1 соединен с входом синтезатора частот 20, два выхода которого через первый 21 и второй 22 электронные ключи соединены с входами второго блока сложения 23 соответственно, выход которого соединен с входами фазовращателя 7 и фазового манипулятора 8, выход которого соединен со вторым входом второго умножителя 6. Выход фазовращателя 7 через двухканальный однополосный модулятор 24 соединен со вторым входом первого умножителя 5. Второй и третий входы двухканального однополосного модулятора 24 являются входами для дополнительной информации 2 (ИНФ.2) и 3 (ИНФ.3) соответственно. Второй вход фазового манипулятора 8 является входом основной информации 1 (ИНФ.1). Выход фазоинвертора 19 соединен с управляющим входом первого электронного ключа 21. Управляющий вход второго электронного ключа 22 соединен со входом фазоинвертора 19 и является входом дополнительной информации 4 (ИНФ.4). На приемной стороне линия радиосвязи содержит блок синхронизации 15, вход которого соединен с первыми входами третьего 10 и четвертого 11 умножителей и является входом приемной стороны линии радиосвязи. Выходы блока фазирования 14 соединены со вторыми входами второго ФОПП 12 и второго ГОПП 13, выход которого через последовательно соединенные четвертый умножитель 11, третий ПФ 38 и третью линию задержки 39 соединен с первым входом фазового детектора 18, выход которого является выходом информации I (ИНФ.1). Последовательно соединенные первая линия задержки 25, первый смеситель 29, полосовой фильтр нижней боковой полосы 16, третий умножитель 31 и первый ФНЧ. 33, выход которого является выходом информации 3 (ИНФ.3), Последовательно соединенные вторая линия задержки 26, второй смеситель 30, полосовой фильтр верхней боковой полосы 17, четвертый умножитель 32 и второй ФНЧ 34, выход которого является выходом информации 2 (ИНФ.2). Последовательно соединенные первый ПФ 27, а блок выбора максимума 35, усилитель-ограничитель 36 и синхронно-фазовый демодулятор 4, первый выход которого соединен со вторыми входами первого 29 и второго 30 смесителей, со вторыми входами третьего 31 и четвертого 32 умножителей. Второй выход синхронно-фазового демодулятора 40 соединен со вторым входом фазового детектора 18. Выход второго ПФ 28 соединен со вторым входом блока выбора максимума 35 и вторым входом блока сравнения 37, первый вход которого соединен с выходом первого ПФ 27. При этом входы первой 25 и второй 26 линий задержки, первого 27 и второго 28 ПФ соединены с выходом третьего умножителя 10. Выход блока синхронизации 15 соединен с первыми входами второго ФОПП 12 и второго ГОПП 13. Предлагаемое устройство работает следующим образом. В передатчике ГНГЧ 1 формирует две частоты: тактовую для ФОПП 2 и ППП 3 и несущую частоту сигнала. Тактовая частота с выхода ГНГЧ 1 поступает на входы ФОПП 2 и ГПП 3, которые вырабатывают двоичные псевдослучайные последовательности - ПСП. Эти ПСП представляют собой совокупности биполярных импульсов постоянного тока одинаковой величины и длительности, которая определяется величиной тактовой частоты. Законы образования ПСП выбираются такими, чтобы обеспечить малую взаимную корреляцию между псевдослучайными последовательностями ФОПП 2 и ГПП 3 при любом фазовом сдвиге между ними (квазиортогональные двоичные ПСП). Это условие необходимо для их эффективного разделения и подавления эхо-сигналов в приемнике. Блок фазирования 4 устанавливает сдвиговые регистры ФОПП 2 и ГПП 3 в одинаковое начальное состояние, что обеспечивает связь по фазе их псевдослучайных последовательностей. Двоичная ДСП с выхода ФОПП 2, поступает на первый умножитель 5, на второй вход которого через фазовращатель 7 поступают колебания несущих частот f1 и f2 с выхода блока 23, которые в блоке и умножаются на двоичную ПСП. Колебания несущих частот f1 и f2 вырабатываются в синтезаторе частот 20 и коммутируются ключами 21 и 22 по закону информации 4 (ИНФ.4), подаваемой на управляющие входы этих ключей, причем на управляющий вход первого ключа 21 она подается через фазоинвертор 19. С выходов ключей 21 и 22 колебания несущих частот f1 или f2 поступают на входы блока 23, а с его выхода - на входы фазовращателя 7 и фазового манипулятора 8. С выхода блока 7 сигнал на частотах f1 или f2 поступает на первый вход блока 24, на второй и третий вход которого подается информация 2 и 3 (ИНФ.2 и ИНФ.3). На выходе блока 24 будем иметь на частоте f1 верхнюю и нижнюю боковые полосы или на частоте f2 - верхнюю и нижнюю боковые полосы. Этот сигнал поступает на второй вход блока 5, на первый вход которого с ФОПП 2 подается двоичная ПСП. В результате на выходе блока 5 образуется сигнал, представляющий собой колебания несущих частот f1 или f2, с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180o по закону двоичной ПСП. Двоичная ПСП с выхода ГПП 3 поступает на блок 6, на второй вход которого с блока 8 подаются колебания несущих частот f1 или f2, проманипулированные по фазе по закону "ИНФ.1". Таким образом, на выходе умножителя 6 образуется сигнал, представляющий собой колебания несущих частот f1 или f2 с постоянной амплитудой, манипулированный по фазе на 180o по закону двоичной ПСП "ИНФ.1". В зависимости от знака передаваемой информации "ИНФ.1" блок 8 осуществляет поворот фазой несущих частот сигнала на выходе умножителя 6 относительно несущих частот сигнала на выходе умножителя 5 на 0 или 180o. Таким образом, в зависимости от знака передаваемой информации несущие частоты этих сигналов сдвинуты между собой по фазе. С выходов блоков 5 и 6 сигналы поступают на блок 9, на выходе которого появляется выходной сигнал колебания несущих частот f1 или f2 с постоянной амплитудой, манипулированные по фазе на 0, 90o, 180o и 270o, причем моменты манипуляции и порядок следования этих величин фаз определяется соотношением знаков элементов двоичных ПСП ФОПП 2 и ГПП 3 и передаваемой разностью фаз "ИНФ. 1", с блока 9 сигнал поступает в высокочастотный передатчик и излучается в эфир. Принимаемый сигнал с выхода высокочастотного приемника поступает на блоки 10, 11 и блок синхронизации 15. Блоки 10 и 11 аналогичны блокам 5 и 6 передающей стороны. В блоке 10 принимаемый сигнал умножается на двоичную ПСП, которую вырабатывает ФОПП 12 (аналогичный ФОПП 2 передатчика), В блоке 11 принимаемый сигнал умножается на двоичную ПСП, которую формирует ГОПП 13 (аналогичный ГПП 3 передатчика). Блок фазирования 14 (аналогичный блоку 4 передатчика) обеспечивает связь по фазе выходных последовательностей ФОПП 12 и ГОПП 13. Двоичные ПСП, вырабатываемые генераторами в приемнике, синхронизируются с двоичными ПСП принимаемого сигнала с помощью блока синхронизации 15. В качестве блока синхронизации 15 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 может быть обеспечено эффективное подавление мешающих лучей, либо сложение нескольких выделенных наиболее сильных лучей, а также подавление сосредоточенных помех. С выхода блока 10 сигнал поступает на входы первой 25, второй 26 линий задержки и входы ПФ 27 и ПФ 28. В зависимости от того на какой несущей частоте f1 или f2. был принят сигнал в данный момент времени с ПФ 27 или ПФ 28 снимается полезный сигнал. С ПФ 27 и ПФ 28 сигнал поступает на блок 37, где производится сравнение сигналов и на выходе блока 37 получается информационный сигнал "ИНФ.4". Кроме того, с выходов ПФ 27 и ПФ 28 сигнал подается на вход блока 35. Таким образом, сигнал в данный момент времени поступает только с одного из этих блоков 27 или 28, а с другого - только шум, так как прием идет только на f1 или только на f2. Производится выбор наибольшего значения из двух сигналов, а это и будет полезный сигнал, снятый с одного из блоков 27 или 28. С выхода блока 35 сигнал подается на блок 36, который обеспечивает нормальную работу блока 40. С выхода блока 40 опорный сигнал подается на блоки 18, 29, 30, 31 и 32. Так как в блоке 40 имеется ФНЧ, то опорный сигнал в нем задержится на какое-то время


Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2