Имитатор многолучевого радиоканала

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИ Ч Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 04 В 17/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР 1у 1. 4 г" ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ!

1 и, 4 (Ы

V (21) 4822984/09 (22) 04.05.90 (46) 30.05.92. Бюл. М 20 (71) Кубанский государственный университет (72) С. А. Вызулин, А. Э. Розенсон и В. В.

Дробышев (53) 621,396.66(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1172036, кл. Н 04 В 17/00, 1984. (54) ИМИТАТОР МНОГОЛУЧЕВОГО РАДИОКАНАЛА (57) Устройство относится к технике связи.

Цель изобретения — обеспечение имитации цифрового канала связи. Устройство содержит магнитную систему 1, состоящую из

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для моделирования каналов передачи дискретной информации в системах контроля, диагностики и тестирования каналов цифровой связи.

Основными элементами имитаторов, реализующих принцип функционального моделирования, являются передатчик, приемник, управляемые элементы, преобразующие входной сигнал S(t) в выходной S*(c) путем изменения его параметров с помощью устройства управления по законам, определяемым взаимосвязями между входными и выходными сигналами реального канала (1), Имитаторы могут быть реализованы различными методами.. Ж 1737741 А1

3IC,Аj,;

2: Й6, ;<."Д: .","" - -.- -:- ФФ первой 2 и второй 3 обмоток, регулируемый источник тока 4, перестраиваемый генератор 5 низкой частоты, генератор импульсов

6, генератор 7 сверхвысокой частоты, блок 8 на магнитостатических волнах (МСВ), детектор 9, перестраиваемый СВЧ генератор 10, генератор 11 шума и датчик 12 шума. На одну или несколько промежуточных антенн блока 8 подается шумовой СВЧ-сигнал с перестраи ваемо го С ВЧ-генератора 10. И нформацион ные импульсы взаимодействуют с шумовыми импульсами. В результате суперпозиции сигнал моделирует быстрые и медленные замирания. Устройство по и. 1 фор-лы отличается выполнением датчика

12. 2 з.п, ф-лы, изобретения. 1 ил.

Известны функциональные имитаторы, в которых управление параметрами сигналов осуществляется с помощью специализированных электронных устройств.

Известен имитатор (2), содержащий магнитострикционную линию задержки с перемещающимся случайным образом вдоль звукопровода входным преобразователем, источник случайных напряжений, перемножитель, фильтр, сумматор, четы рехфазн ый квадратурн ый модулятор.

Известен имитатор многолучевого радиоканала (3), содержащий N ветвей формирования сигнала прямого луча, каждая из которых состоит из генератора низкой частоты, перестраиваемой линии задержки, фильтра низкой частоты. фазового детекто1737741 ра, смесителя, генератора высокой частоты, блока замираний, многовходового сумматора в составе генератора высокой частоты и генератора, модулирующего сигналы.

Основным недостатком этих имитаторов является сложность конструкции, обусловленная наличием разделенных блоков замираний и формирования сигнала задержанного луча.

Цель изобретения — обеспечение имитации цифрового канала связи, Поставленная цель достигается тем, что в имитаторе сигналов канала цифровой связи в качестве устройства управления используется перестраиваемый генератор низкой частоты, регулируемый источник тока, магнитная система, состоящая из двух возбуждающих обмоток, первая из которых соединена с выходом регулируемого источника тока. Кроме того, устройство управления содержит датчик шума, который состоит из последовательно соединенных генератора шума, перестраиваемсго сверхвысокочастотного генератора и коммутатора, N выходов которого являются соответствующими выходами имитатора шума. В качест.ве управляемого элемента применен блок на магнитостатических волнах (MCB), размещенный внутри магнитной системы и содержащий передающую, приемную и расположенные между ними промежуточные антенны, которые соединены с N выходами имитатора шума. Выход генератора сверхвысокой частоты передатчика подключен к входу передающей антенны блока на магнитостатических волнах. Передатчик содержит также генератор информационных импульсов. Приемная антенна МСВ-блока подключена к детектору приемника, выход которого является выходом имитатора. С целью имитации прохождения сигнала в системе связи с разнесенным приемом число перестраиваемых СВЧ-генераторов передатчика равно числу несущих частот передатчика.

В датчике шума может быть использован один перестраиваемый СВЧ-генератор, который с помощью коммутатора связывается с промежуточными антеннами МСВблока.

В научно-технической литературе неиз.вестны имитаторы сигналов канала цифровой связи, использующие блоки на МСВ в качестве модели среды распространения.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого имитатора; на фиг. 2 — блок на

МСВ, используемый в качестве управляемого элемента; на фиг, З,а,б представлены зависимости коэффициента передачи блока на МСВ от частоты входного электромагнитf(z, t), соответствующего импульсу

0 (а1 -ut1

5() = „8 (()э (1) со спектральной плотностью $(в) и законом дисперсии m(k) равна

f(z, т) = где (2) г

w(z, 1) =

55 а л

1 I+co а к, т — t — т

w(z, t) = (4) - л ного сигнала и от напряженности магнитного поля соответственно; на фиг. 4 изображена схема датчика шума, вариант выполнения.

5 Предлагаемый имитатор содержит (фиг.

1) магнитную систему на первой 2 и второй

3 обмотках; регулируемый источник 4 стабилизированного тока, перестраиваемый низкочастотный (НЧ) генератор 5, генератор

10 импульсов 6, перестраиваемый СВЧ-генератор 7; блок на МСВ 8; детектор 9; перестраиваемый СВЧ-генератор 10; генератор шума 11, датчик шума 12.

Блок на MCB 8 представляет собой (фиг.

15 2) планарную структуру металлический экран 13 — диэлектрик 14 — феррит 15 — диэлектрик 14 — металлический экран 13 (МДФДМ), которая помещается в магнитное поле, созданное магнитной системой 1, и в которой могут возбуждаться и распростра20 няться МСВ (4), На диэлектрике 14

МДФДМ-структуры расположены передающая 16, промежуточные 17 и приемная 18 антенны. Антенны 16, 18 выполнены в виде отрезков микрополосковой линии, Возбуж25 дение МСВ происходит лишь при определенном соотношении между частотой электромагнитного сигнала и величиной и ориентацией магнитного поля, Этим объясняется селективный характер зависимости

30 коэффициента передачи блока на МСВ как от частоты входного электромагнитного сигнала, так и от напряженности магнитного поля, На фиг. З,а,б представлен типичный вид

35 этих зависимостей. Магнитостатические волны характеризуются малой по отношению к скорости электромагнитных волн групповой скоростью (clvrp =10 -10 ), поэтому блок на МСВ может выполнять функ40 цию линии задержки.

Рассмотрим МДФДМ-структуру, в которой возбуждаются и распространяются магнитостатические импульсы (МСИ).

Огибающая аналитического сигнала

1737741

50

Форма огибающей МСИ, прошедшего в

МДФДМ-структуре расстояние z, определяется в соответствии с выражениями (2) — (4) длительностью импульса, его начальной формой и законом дисперсии в (k). Дисперсия МСВ и соответствующих импульсов зависит от конструктивных параметров

МДФДМ вЂ” структуры, параметров используемых феррита и диэлектриков их температуры, величины и ориентации относительно поверхности ферритовой пленки, подмагничивающего поля Н. создаваемого магнитной системой 1.

Отметим, что в одной и той же МДФДМструктуре при наличии нескольких передающих антенн можно одновременно возбудить несколько МСИ. В нашем случае с помощью передающей антенны 16 возбуждаются информационыне МСИ, а с помощью промежуточных антенн 17— шумовые — случайные по времени, амплитуде и фазе МСИ. Распределения амплитуд и фаз случайных импульсов задаются генераторами шума 11. Информационный импульс, распространяясь в

МДФДМ-структуре, взаимодействует со случайными импульсами. Получающийся в результате суперпозиции сигнал представляет собой информационный импульс, искаженный локально введенными помехами.

Следовательно, устройство на МСВ может выполнять роль блока замираний.

В связи с тем что групповая скорость

МСВ много меньше скорости электромагнитных волн, блок на МСВ может выполнять роль блока формирования сигнала задержанного луча.

Таким образом, использование в имитаторе блока на МСВ позволяет совместить в одном конструктивном элементе блок замираний и блок формирования сигнала задержанного луча.

Отметим, что промежуточные антенны

17, расположенные между передающей 16 и приемной 18 антеннами, предназначенные для возбуждения шумовых МСИ, могут быть одновременно использованы и для имитации переотражения луча в канале (например, многократного переотражения луча от слоя в ионосферном канале), При имитации прохождения сигнала в системе связи с разнесенным приемом передатчик содержит только перестраиваемых СВЧ-генераторов 7, сколько несущих частот используется в канале.

При имитации многолучевого канала и многоскачкового характера распространения сигнала перестраиваемый СВЧ-генератор 10 устройства управления соединен с промежуточными антеннами коммутатором

19 (фиг, 4).

Имитатор работает следующим образом. Последовательность информационных импульсов с генератора импульсов 6 модулирует СВЧ-сигнал, генерируемый перестраиваемым CBЧ-генератором передатчика 7, включенным в режим внешней амплитудной модуляции, Последовательность информационных импульсов с СВЧ-заполнением поступает на вход приемной антенны 16 блока на МСВ

8, помещенного в магнитную систему 1, содержащую первую 2 и вторую 3 обмотки, Питание первой обмотки 2 магнитной системы 1 осуществляется с помощью регулируемого источника 4 стабилизированного тока.

На вторую обмотку 3 магнитной системы 1 подается НЧ-напряжение от генератора НЧ 5. Магнитное поле в зазоре магнитной системы 1 в связи с этим имеет постоянную Н> и переменную Н составляющие. Поскольку коэффициент передачи блока на МСВ 8 зависит от напряженности подмагничивающего поля, наличие НЧ переменной составляющей Н приводит к НЧмодуляции амплитуды детерминированных импульсов, Таким образом происходит моделирование медленных замираний.

На одну или несколько промежуточных антенн 17 устройства на МСВ 8 подается шумовой СВЧ-сигнал с перестраиваемого

СВЧ-генератора 10, включенного в режим внешней амплитудной модуляции и модулируемого с помощью генератора шума 11., Информационные импульсы взаимодействуют с шумовыми. импульсами. Таким образом, получающийся в результате суперпозиции сигнал моделирует быстрые и медленные замирания.

Увеличение (уменьшение) длины канала моделируется имитатором путем увеличения (уменьшения) напряженности подмагничивающего поля, создаваемого магнитной системой, Тогда при фиксированной частоте за счет монотонного уменьшения (увеличения) передаточной функции происходит уменьшение (увеличение) амплитуды импульса на выходе блока на МСВ, При фиксированной длине канала изменение несущей частоты передатчика моделируется изменением несущей частоты перестраиваемого СВЧ-генератора 7. Регулировка при этом может осуществляться путем изменения электрических, а не механических параметров имитатора.

С приемной антенны 18 блока на MCB 8 сигнал, соответствующий суперпозиции информационных и шумовых импульсов с

СВЧ-наполнением и действию НЧ-модуля1737741 ции, поступает на детектор 9. После детектирования получают имитирующий сигнал.

Устройство иллюстрируется следующим примером. Устройство содержит в качестве перестраиваемого СВЧ-генератора

7, блок Н2 — 54, включенный в режим внешней амплитудной модуляции СВЧ-сигнала.

Частоту генератора 7 можно было изменять от 3 до 5 ГГц. Перестраиваемый СВЧ-генератор 7 модулировался информационными импульсами, вырабатываемыми генератором импульсов 6. в качестве которого использовался прибор Г5 — 63. Параметры информационных импульсов были следующими; длительность можно было изменять от 200 нс до 10 мкс, период можно было изменять от 5 до 20 мкс, амплитуда регулировалась до 60 В. Последовательность информационных импульсов с

СВЧ-заполнением амплитудой порядка 100 мВ поступала с выхода перестраиваемого

СВЧ-генератора 7 на передающую антенну

15 блока на МСВ 8.

Конструкция блока на МСВ 8 была следующей, На одной стороне поликоровой подложки 14 толщиной 0,5 мм методом фотолитографии выполнены из серебра передающая 16, промежуточная 17 и одна приемная 18 антенны. Расстояние между преобразователями 3,5 мм, ширина антенн

30 мкм, длина — 10 мм. Вторая сторона поликоровой подложки 14 металлизирована серебром 13. На поликоровую подложку 14 со стороны антенн 16 — 18 и симметрично по отношению к передающей 16 и приемной 18 антеннам накладывалась прямоугольная ферритовая пленка 15 из железо — иттриевого граната (ЖИГ), выращенная на галий-гадолиниевой (ГГГ) подложке 14, шириной 3 мм, длиной 15 мм. Толщина ферритового слоя 50 мкм, ГГГ-подложки 14 — 500 мкм. Параметры ферритовой пленки 15: намагниченность насыщения 4 л Мо = 1750 Гс, величина параметра 2 Л Н =0,5 Э на частоте 3 ГГц. Над ГГГ-подложкой 14 размещался на расстоянии 2 мм металлический экран 13.

Блок на МСВ 8 помещали в магнитную систему 1, представляющую собой электромагнит ЗМ вЂ” 1. Угол между направлением магнитного поля, создаваемого магнитной системой 1, и плоскостью пленки был порядка 75О. Питание первой обмотки 2 магнитной системы 1 осуществлялось с помощью регулируемого источника 4 стабилизированного тока, в качестве которого использовался блок питания В5 — 50. Он позволял подавать на магнитную систему 1 стабилизированный ток от 1 до 200 мА. Питание

55 второй обмотки 3 магнитной системы 1 осуществлялось от генератора 5 низкой частоты, в качестве которого использовался блок

Г3 — 112/1. НЧ-генератор 5 позволял подавать на модулирующую обмотку синусоидальный сигнал с частотой до 20 Гц до 10

МГц и амплитудой до 60 В. В силу вышесказанного, магнитное поле в зазоре магнитной системы 1 имеет постоянную Н, и переменную Н-составляющие. Поскольку коэффициент передачи блока на MCB 8 зависит от напряженности подмагничивающего поля, наличие НЧ-переменной составляющей Н- приводит к НЧ-модуляции информационных импульсов, т.е. позволяет моделировать эффект медленных замираний, На возбуждающий преобразователь 17 блока на MCB 8 подавался шумовой СВЧсигнал с перестраиваемого СВЧ-генератора

10, включенного в режим внешней амплитудной модуляции и модулируемого с помощью генератора шума 11. B качестве перестраиваемого СВЧ-генератора 10 использовался прибор Г4 — 81, а в качестве генератора шума 11 — генератор НЧ-шума

Г2 — 57, Информационные МСИ взаимодействовали в ферритовой пленке с шумовыми

МСИ, что позволяло моделировать эффекты быстрых замираний.

Кроме того, блок на МСВ 8 является еще и линией задержки, т.е, формирует сигнал задержанного луча. С приемной антенны 18 устройства на МСВ 8 сигнал, соответствующий суперпозиции информационных и шумовых импульсов с СВЧ-наполнением и действию НЧ-модуляции, поступает на детектор 9. В качестве детектора использовался обычный СВЧ-диод. После детектирования детектором 9 получают сигнал. При изменении частоты перестраиваемого СВЧ-генератора 7 мы изменяем коэффициент передачи устройства на МСВ

8. При изменении тока через основную обмотку 2 магнитной системы 1 мы изменяем величину поля Но, что, в свою очередь, приводит к изменению коэффициента передачи устройства на МСВ, Как в случае изменения частоты перестраиваемого СВЧ-генератора

7, так и в случае изменения напряженности магнитного поля, создаваемого магнитной системой 1, можно изменять амплитуду имитирующего сигнала в динамическом диапазоне 20 дБ. Это обстоятельство позволяет, в частности, моделировать в имитаторе затухание сигнала в зависимости от длины канала связи и рассчитывать помехоустойчивость моделируемого канала, считая его стационарным с аддитивной гауссовой помехой, 1737741

50

Вероятность ошибочного приема при передаче дискретных сообщений с использованием двоичного кодирования в случае системы с активной паузой и фазовой манипуляцией на 180 равна

Рош = — (1 — Ф(2h)j

2 (5)

Вероятность правильного приема Рпп = 1—

Рош = 2 (1 + Ф (2h)) (6)

В формулах (5) — (6) использованы следующие обозначения: hz = ()FT — отношеРс

Рпом ние средней энергии элемента сигнала на входе приемного устройства к спектральной плотности помехи; (Pc/Рпо ) — отношение мощностей сигнала и помехи на входе приемника в полосе частот F; Т вЂ” длительность элемента сигнала:

Ф(х) = — ) е .dt (7) — функция Крампа.

Изменение длины канала моделировалось путем изменения тока через первую обмотку 2 магнитной системы 1. B частности, для фиксированной несущей частоты сигнала f = 4,1 ГГц при монотонном изменении тока через основную обмотку были последовательно зафиксированы следующие значения величины h: 2,95; 1,7, 0,06; Эти значения соответствуют разным значениям длины моделируемого канала. Для этих значений по формулам (5) и (7) рассчитывали сответственно вероятность ошибочного приема рош и вероятность правильного приема рпп. Для указанной последовательности значений h эти вероятности оказались равг ны соответственно Pox = 0,0037, 0,0319, 0,04667 и Рпп = 0,9963. 0,9681, 0,5333.

Положительный эффект достигается тем, что совмещены блок замираний и узел формирования сигнала задержанноголуча в одной ветви, что стало возможным из-за малой групповой скорости MCB (с/чгр =10 — 10) и возбуждения шумовой

2 4 последовательности импульсов непосредственно в МДФДМ-структуре, в которой распространяется промодулированная мед5 ленными замираниями последовательность информационных импульсов.

Формула изобретения

1. Имитатор многолучевого радиоканала, содержащий генератор низкой частоты, 10 последовательно соединенные генератор импульсов и генератор сверхвысокой частоты, отличающийся тем, что, с целью обеспечения имитации цифрового канала связи, введены регулируемый источник то15 ка, магнитная система, состоящая из двух возбуждающих обмоток, первая из которых соединена с выходом перестраиваемого генератора низкой частоты, вторая соединена с выходом регулируемого источника тока, 20 датчик шума и последовательно соединенные блок на магнитостатических волнах, который помещен внутри магнитной системы, и детектор, выход которого является выходом имитатора, выход генератора сверхвы25 сокой частоты подключен к входу передающей антенны блока на магнитостатических волнах, входы промежуточных антенн которого подключены к соответствующим выходам датчика шума, 30 2, Имитатор по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что датчик шума содержит N цепей, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных генератора шума и перестраиваемого сверхвысокочастотно35 го генератора, выходы которых являются выходами датчика шума, а N равно числу несущих частот передатчика.

3. Имитатор по и. 1, отл и ча ю щи и с я тем, что датчик шума содержит последова40 тельно соединенные генератор шума, перестраиваемый сверхвысокочастотный генератор и коммутатор, N выходы которого являются соответствующими выходами датчика шума.

1737741

17 13

Эиг.2

1737741

Составитель А,Розенсон Фиг. 4

Редактор Т.Орловская Техред М.Моргентал Корректор 3.Лончакова

Заказ 1907 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101