Многоканальная система радиосвязи с повторным использованием частоты

 

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных радиолиниях связи. Многоканальная система радиосвязи с повторным использованием частоты, содержащее на передающей стороне генератор ФМ-сигнала, два амплитудных модулятора, входы которых подключены к выходам генератора ФМ-сигнала, а выходы подключены к передающим антеннам, на приемной стороне, две приемные антенны, которые подключены к входам сумматора, и демодулятор. Для расширения функциональных возможностей, т.е. увеличения числа передаваемых информационных сигналов, дополнительно введены на передающей стороне опорный генератор, кодирующее устройство, третий амплитудный модулятор и третья передающая антенна, а на приемной стороне - третья приемная антенна, формирователь опорного сигнала, декодер и три синхронных детектора. Если в устройстве-прототипе можно было передавать одну основную и одну дополнительную информации, то введение вышеуказанных блоков позволяет увеличить количество передаваемых дополнительных информаций до трех. 5 ил.

Изобретение относится к системам радиосвязи и может быть использовано в радиолиниях связи с повторным использованием частоты (ПИЧ).

Известны системы радиосвязи с повторным использованием частоты (ПИЧ), в которых ПИЧ достигается за счет обеспечения ортогональности по поляризации двух передаваемых одновременно сигналов с круговой или линейной поляризацией.

Однако при таком способе радиосвязи с ПИЧ требуется использование пилот-сигнала с целью обеспечения высоких требований к ортогональности по поляризации передаваемых сигналов.

Применение пилот-сигнала требует выделения дополнительного частотного канала, не совпадающего с частотным спектром передаваемого сигнала, что снижает помехоустойчивость такого способа радиосвязи с ПИЧ.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является [1] принятый за прототип.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где 1 - генератор ФМ-сигналов, 2 - разветвитель мощности, 3, 4 - амплитудные модуляторы, 5 - противофазный усилитель, 6, 7 - передающие антенны, 8, 9 - приемные антенны, 10 - сумматор, 11 - вычитатель, 12 - фазовращатель на 90^o, 13 - перемножитель, 14 - демодулятор основного сообщения, 15 - фильтр нижних частот (ФНЧ).

Устройство-прототип содержит на передающей стороне генератор сигналов 1, модулированных основным сообщением, выход которого соединен с входом разветвителя мощности 2, первый и второй выходы которого соответственно через первый и второй амплитудные модуляторы 3, 4 соединены с первой и второй передающими антеннами 6, 7, первый и второй выходы противофазного усилителя 5 соединены с управляющими входами амплитудных модуляторов 3, 4 соответственно, а вход является входом дополнительного сообщения устройства, на приемной стороне первую и вторую приемные антенны 8, 9, выходы которых соединены соответственно с первыми и вторыми входами сумматора 10 и вычитателя 11, выход которого через перемножитель 13 соединен с входом ФПЧ 15, выход которого является дополнительным выходом устройства, а выход сумматора 10 через фазовращатель на 90^o соединен с другим входом перемножителя 13 и с входом демодулятора основного сообщения 14, выход которого является основным выходом устройства.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Генератор сигналов 1, модулированный по фазе или частоте основным сообщением, формирует сигнал вида U_с(t) = v_ccosΨ(t) (1) где U_с - амплитуда сигнала; Ψ(t) = ω(t) + ϕ(t); ω - угловая частота; ϕ(t) - - функция изменения фазы сигнала, соответствующая фазовой или частотной модуляции основным сообщением.

Сигнал (1) поступает на вход разветвителя мощности 2, с выхода которого сигнал разветвляется на два канала, в которых установлены амплитудные модуляторы 3, 4, выполненные в виде управляемых высокочастотных усилителей. В них амплитуда проходящих сигналов изменяется противофазно по закону дополнительного сообщения с помощью напряжений, снимаемых с противофазного усилителя 5. При этом сигналы на выходах модуляторов 3, 4 имеют вид где U - амплитуда; f(t) - функция изменения амплитуды сигнала, соответствующая дополнительному сообщению.

Сигналы (2) и (3) излучаются в пространство передающими антеннами 6, 7.

На фиг. 2 показано расположение в пространстве передающих 6, 7 и приемных 8, 9 антенн.

Передающие и приемные антенны располагаются симметрично относительно оси O^-O¹, соединяющей середины без антенн d_T, d_R. Рассматривается случай, когда нет развязки между передающими и приемными антеннами, что имеет место при Z_T < < d_T, Z_T < < d_R, где Z_T и Z_R -размеры апертур передающих и приемных антенн. В этом случае диаграммы направленности антенн практически полностью перекрываются.

На выходах приемных антенн 8, 9 получим сигнал
где U_п - амплитуда сигнала в месте приема, обусловленная излучением одной из передающих антенн;
Δϕ - разность фаз, возникающая от разности хода лучей, которая определяется как

где Δt - время, необходимое для преодоления радиоволной расстояния Δl (разности хода лучей);
C - скорость света.

Так как , то
Из геометрических построений на фиг. 2 следует, что

Подставив (7) в (6), получим

где λ - длина волны;
D - расстояние между передающей и приемной сторонами.

На выходах сумматора 10 с вычитателя 11 будут действовать сигналы

После преобразования получим

Из выражений (11) и (12) видно, что сигнал с выхода сумматора 10 имеет только угловую модуляцию функцией ϕ(t) [поскольку Ψ(t) = ω(t) + ϕ(t)] ], а сигнал с выхода вычитателя 11 имеет как угловую, так и амплитудную модуляцию функцией f(t).

Необходимо отметить, что эта амплитудная модуляция есть результат пространственной модуляции сигнала, излучаемого передающими антеннами.

Радиолинию связи с дополнительной пространственной модуляцией сигнала можно рассматривать как двухканальную. Очевидно, что коэффициенты передачи сигналов в каналах угловой и пространственной модуляции являются периодическими функциями сдвига фаз Δϕ , который является функцией расстояния между антеннами на передающей и приемной сторонах d_T и d_R, дальности связи D и длины волны λ. При эти коэффициенты передачи равны, при этом

Амплитудно-модулированный сигнал (12) с выхода вычитателя 11 поступает на вход цепочки последовательно включенных перемножителя 13 и ФНЧ 15. Эта цепочка играет роль синхронного демодулятора (см. Андреев В.С. Теория нелинейный электрических цепей. - М., "P и C", 1982, с. 100), на выходе которого выделяется дополнительное сообщение, передававшееся по каналу пространственной модуляции.

Чтобы использовать выходной сигнал сумматора 10 в качестве опорного для синхронного демодулятора, его необходимо сфазировать со входным сигналом этого демодулятора, для чего служит фазовращатель на 90^o 12.

Сигнал с выхода фазовращателя 12 модулирован только по углу. Поэтому он поступает для демодуляции по углу на демодулятор основного сообщения 14, на выходе которого выделяется основное сообщение, передававшееся по каналу угловой модуляции.

Недостатком данного устройства-прототипа является недостаточный объем передаваемой информации, т. к. в настоящее время увеличение объема передаваемой информации с каждым днем становится все более необходимым.

Для увеличения объема передаваемой информации в устройство-прототип, содержащее на передающей стороне генератор ФМ-сигналов, первый и второй амплитудные модуляторы, выходы которых подключены к первой и второй передающим антеннам соответственно; на приемной стороне первая и вторая приемные антенны, которые соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, и демодулятор основного сообщения введено: на передающей стороне опорный генератор, выход которого соединен с одним из входов генератора ФМ-сигнала, третий амплитудный модулятор, один из входов которого соединен с третьим выходом генератора ФМ-сигнала, кодирующее устройство, вход которого подключен к выходу опорного генератора, а первый выход соединен с вторым входом генератора ФМ-сигнала, второй, третий и четвертый выходы кодирующего устройства соединены соответственно с вторыми входами первого, второго и третьего амплитудных модуляторов, а выход третьего амплитудного модулятора подключен к третьей передающей антенне; на приемной стороне третья приемная антенна, которая подключена к третьему входу сумматора, формирователь опорного сигнала, вход которого подключен к выходу демодулятора и входу декодирующего устройства, с выхода которого снимается сигнал основного сообщения, выход же формирователя опорного сигнала соединен первыми входами первого, второго и третьего синхронных детекторов, вторые входы которых подключены соответственно к первой, второй и третьей приемным антеннам. С выходов первого, второго и третьего синхронных детекторов снимается соответственно ИНФ2, ИНФ3 и ИНФ4.

На фиг. 3 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где 1 - опорный генератор, 2 - генератор ФМ-сигналов, 3, 4, 5 - амплитудные модуляторы, 6 - кодирующее устройство, 7, 8, 9 - передающие антенны, 10, 11, 12 - приемные антенны, 13 - сумматор, 14 - демодулятор, 15 - формирователь опорного сигнала, 16 - декодирующее устройство, 17, 18, 19 - синхронные детекторы.

В состав кодирующего устройства входят (см. фиг.5): 61 - формирователь тактовых импульсов, 62 - схема синхронизации, выполненная по схеме триггера; 63 - регистр сдвига; 64, 65, 66 - счетчики импульсов, 67,68 ,69 - блоки синхронизации, выполненные по схеме триггера.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи: опорный генератор 1, выход которого соединен с входами кодирующего устройства 6 и генератора ФМ-сигналов 2, три выхода которого соединены с первыми входами первого 3, второго 4 и третьего 5 амплитудными модуляторами соответственно, кодирующее устройство 6, первый выход которого подключен к второму входу генератора ФМ-сигналов 2, а второй, третий и четвертый выходы этого кодирующего устройства соединены с вторыми входами первого 3, второго 4 и третьего 5 амплитудных модуляторов соответственно, выходы которых подключены соответственно к первой 7, второй 8 и третьей 9 передающих антенн, первая 10, вторая 11 и третья 12 приемные антенны подключены к трем входам сумматора 13 соответственно, выход которого через демодулятор 14 к входу декодирующего устройства 16, с выхода которого снимается основная информация и к входу формирователя опорного сигнала 15, выход которого подключен к первым входам первого 17, второго 18 и третьего 19 синхронных детекторов, вторые входы которых соединены соответственно с первой 10, второй 11 и третьей 12 приемными антеннами, с выходом первого 17, второго 18 и третьего 19 синхронных детекторов снимается соответственно первая, вторая и третья дополнительные информации.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Опорный генератор вырабатывает гармонические колебания, которые подаются на первый вход фазового манипулятора 2, на второй вход которого подается сигнал основной информации ИНФ 1 с кодирующего устройства 6.

На фиг. 5 приведена схема одного из вариантов выполнения этого кодирующего устройства, где на вход формирователя тактовых импульсов 61 подаются колебания с опорного генератора 1. Тактовые импульсы, сформированные блоком 61, подаются на один из входов блока синхронизации 62, на второй вход которого подается сигнал основной информации ИНФ 1, а с выхода этого блока синхронизации снимается ИНФ 1, которая подается на второй вход фазового манипулятора 2 (см. фиг. 3). С выхода фазового манипулятора 2 по трем выходам фазоманипулированный сигнал по закону сигнала основной информации ИНФ 1 поступает на первый входы первого 3, второго 4 и третьего 5 амплитудных модуляторов соответственно. На вторые входы этих модуляторов поступают сигналы ИНФ 2, ИНФ 3 и ИНФ 4 со второго, третьего и четвертого выходов кодирующего устройства 6 соответственно.

На фиг. 5 приведена функциональная схема формирования ИНФ 2, ИНФ 3 и ИНФ 4.

Тактовые импульсы, сформированные формирователем 61, подаются на регистр сдвига 63. С трех выходов этого регистра снимаются импульсы с различным временным положением, которые соответственно подаются на входы первого 64, второго 65 и третьего 66 счетчиков.

Выходные импульсы с этих счетчиков поступают соответственно на входы первого 67, второго 68 и третьего 69 блоков синхронизации, выполненных по схеме триггера, на вторые входы которых подаются ИНФ 2, ИНФ 3 и ИНФ 4 соответственно, а с выходов этих блоков синхронизации снимается ИНФ 2, ИНФ 3 и ИНФ 4, привязанная к тактовым импульсам.

На фиг. 4 показано временное положение сформированных информационных сигналов, привязанных к тактовым импульсам.

С выходов первого 3, второго 4 и третьего 5 амплитудных модуляторов сигнал поступает на первую 7, вторую 8 и третью 9 передающие антенны, которые излучают эти сигналы в пространство.

Принятые первой 10, второй 11 и третьей 12 приемными антеннами сигналы подаются соответственно на три входа сумматора 13, с выхода которого суммарный сигнал подается на демодулятор 14, где выделяется ИНФ 1, которая затем декодируется в декодирующем устройстве 16 и подается потребителю. Одновременно сигнал с выхода демодулятора 14 поступает для формирования опорного сигнала в формирователе 15. С выхода формирователя 15 опорный сигнал подается на первый входы синхронных детекторов 17, 18 и 19, на вторые входы которых подаются сигналы соответственно с выхода первой 10, второй 11 и третьей 12 приемных антенн.

С выхода первого синхронного детектора 17 снимается ИНФ 2, с выхода второго синхронного детектора 18 снимается ИНФ 3, а с выхода третьего синхронного детектора 19 снимается ИНФ 4.

Введение опорного генератора, кодирующего устройства и третьей передающей антенны на передающей стороне, третьей приемной антенны, формирователя опорного сигнала и трех синхронных детекторов на приемной стороне позволило вместо двух информационных сигналов как в устройстве-прототипе передавать четыре информационных сигнала, что естественно является преимуществом предлагаемого устройства перед устройством-прототипом.

На фиг. 5 приведена функциональная схема одного из вариантов реализации кодирующего устройства 6. Реализация остальных блоков и узлов не вызывает никаких затруднений, т.к. они широко освещены в технической литературе.

Формула изобретения

Многоканальная система радиосвязи с повторным использованием частоты, содержащая на передающей стороне генератор фазоманипулированных сигналов, первый и второй амплитудные модуляторы, выходы которых соединены с первой и второй передающими антеннами, на приемной стороне содержащая первую и вторую приемные антенны, выходы которых соединены с первым и вторым входом сумматора, и демодулятор основного сообщения, отличающаяся тем, что на передающей стороне введены опорный генератор, третий амплитудный модулятор, выход которого соединен с входом третьей передающей антенны, кодирующее устройство, причем выход опорного генератора соединен с первым входом генератора фазоманипулированного сигнала, три выхода которого соединены с первыми входами первого, второго и третьего амплитудных модуляторов, и с первым входом кодирующего устройства, три выхода которого соединены со вторыми входами первого, второго, третьего амплитудных модуляторов, второй, третий, четвертый, пятый входы кодирующего устройства являются соответственно первым, вторым, третьим, четвертым информационными входами системы, на приемной стороне введены третья приемная антенна, выход которой соединен с третьим входом сумматора, формирователь опорного сигнала, декодирующее устройство, первый, второй, третий синхронные детекторы, причем выходы первой, второй и третьей антенн соединены соответственно с первыми входами первого, второго и третьего синхронных детекторов, вторые входы которых соединены с выходом формирователя опорных сигналов, выход сумматора соединен с входом демодулятора основного сообщения, выход которого соединен с входом формирователя опорных сигналов и с входом детектирующего устройства, выход которого является первым информационным выходом, выходы первого, второго, третьего синхронных детекторов являются соответственно вторым, третьим и четвертым информационными выходами системы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5