Система радиосвязи с повторным использованием частоты

 

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных радиолиниях связи с повторным использованием частоты. Достигаемый технический результат - увеличение пропускной способности системы. Заявленная система радиосвязи содержит на передающей стороне генератор сигналов, два амплитудных модулятора, противофазный усилитель, два облучателя передающей антенны, два делителя мощности, инвертор, четыре ключа, два сумматора, а на приемной стороне - два возбудителя приемной антенны, блок управления положением осей поляризации возбудителей приемной антенны, сумматор, вычитатель, два фильтра нижних частот, синхронный детектор, амплитудный ограничитель, демодулятор основных сообщений, демодулятор амплитудно-модулированного сигнала. 3 ил.

Предлагаемое устройство относится к области радиосвязи и может использоваться в космических и наземных радиолиниях с повторным использованием частоты.

Известны устройства с использованием поляризационной модуляции радиосигналов, в частности с эллиптической поляризацией волны, путем изменения параметров эллипса поляризации (Гусев К. Г. , Филатов А.Д., Сополев А.П. "Поляризационная модуляция", М., Сов. радио, 1974 г., с. 63-161).

Недостатком этих устройств является то, что они могут быть использованы в условиях, когда параметры распространения сигналов на трассе и взаимное положение передающей и приемной антенн постоянны, так как в противном случае возникает большой уровень взаимных помех между отдельными каналами радиолинии. Однако в большинстве случаев изменяются как параметры распространения сигналов, так и взаимное расположение антенн.

Известно также устройство (патент США 4087818), в котором повторное использование частоты в условиях изменения параметров среды распространения сигналов и взаимного положения антенн достигается за счет обеспечения ортогональности по поляризации двух передаваемых одновременно сигналов с круговой или линейной поляризацией. Эта ортогональность поддерживается с помощью автоматической цепи в виде замкнутого контура регулирования с применением специальных пилот-сигналов. Оно содержит передающее устройство, формирующее два сигнала, имеющие одинаковую частоту и взаимно ортогональные поляризации волны, приемное устройство, обеспечивающее раздельный прием указанных сигналов за счет их ортогональной поляризации.

Однако это устройство в силу высоких требований к необходимой точности обеспечения ортогональности по поляризации передаваемых сигналов имеет сложную систему автоподстройки. Кроме того, реализация этого устройства требует специальной дополнительной линии связи.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство по а.с. 1385305, представленное на фиг.1, где введены обозначения: 1 - генератор сигналов; 2 - разветвитель мощности; 3 и 4 - первый и второй амплитудные модуляторы; 5 - противофазный усилитель; 6 и 7 - первый и второй облучатели (возбудители) передающей антенны; 8 - передающая антенна; 9 и 10 - первый и второй облучатели (возбудители) приемной антенны; 11 - приемная антенна; 12 - суммарно-разностный блок;
13 - сумматор;
14 - вычитатель;
15 - синхронный детектор;
16 - демодулятор основных сообщений;
17 - амплитудный ограничитель;
18 и 19 - первый и второй фильтры нижних частот (ФНЧ);
20 - блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны;
21 - ключ;
22 - фазовый детектор;
23 - фазовращатель;
24 и 25 - первая и вторая линии задержки;
26 - компаратор.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи.

На передающей стороне - вход генератора сигналов 1 является входом для основной информации S₀, выход генератора соединен со входом разветвителя мощности 2, первый и второй выходы которого соединены с первыми высокочастотными входами первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов соответственно, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами противофазного усилителя 5, вход которого является входом для дополнительной информации S_доп; выход первого амплитудного модулятора 3 соединен с первым облучателем 6 передающей антенны 8, а выход второго амплитудного модулятора 4 соединен со вторым облучателем 7 передающей антенны 8; на приемной стороне - первый облучатель (возбудитель) 9 приемной антенны 11 через блок управления положением осей поляризации облучателей 20 соединен с первыми входами сумматора 13 и вычитателя 14 суммарно-разностного блока 12, а второй облучатель (возбудитель) 10 приемной антенны 11 также через блок управления положением осей поляризации облучателей 20 соединен со вторыми входами сумматора 13 и вычитателя 14 суммарно-разностного блока 12; выход сумматора 13 через амплитудный ограничитель 17 соединен со входами фазового детектора 22 и первой линии задержки 24; второй вход фазового детектора 22 соединен с выходом фазовращателя 23 и первым входом синхронного детектора 15, второй вход которого через вторую линию задержки 25 присоединен к выходу вычитателя 14; выход фазового детектора 15 является выходом для дополнительной информации S_доп и, кроме того, через первый фильтр нижних частот 18 соединен с управляющим входом блока управления положением осей поляризации облучателей 20; выход первой линии задержки 24 через ключ 21 соединен со входом демодулятора основных сообщений 16, первый выход которого является выходом для основной информации S₀, а второй выход этого демодулятора соединен со входом фазовращателя 23, выход фазового детектора 22 через второй фильтр нижних частот 19 соединен со входом компаратора 26, выход которого соединен с управляющим входом ключа 21.

Работает устройство-прототип следующим образом.

Генератор 1 сигналов формирует сигнал основных сообщений, модулированный по частоте или фазе основными сообщениями.

Этот сигнал имеет вид
u_c(t) = ucos[ωt+ϕ(t)], (1)
где u - постоянная амплитуда сигнала;
ϕ(t) - функция изменения фазы сигнала, соответствующая частотной или фазовой модуляции основными сообщениями S₀;
ω - угловая частота.

Сигнал (1) поступает на вход разветвителя мощности 2, с выхода которого сигнал разветвляется на два канала, в которых установлены амплитудные модуляторы 3 и 4, выполненные в виде высокочастотных усилителей.

В них амплитуда проходящих сигналов изменяется противофазно по закону передаваемых дополнительных сообщений с помощью напряжений, снимаемых с противофазного усилителя 5. При этом сигналы на выходах амплитудных модуляторов 3 и 4 следующие:
u₃(t) = u₁[1+f(t)]cos[ωt+ϕ(t)], (2)
u₄(t) = u₁[1-f(t)]cos[ωt+ϕ(t)], (3)
где u₃(t) и u₄(t) - сигналы на входах модуляторов 3 и 4 соответственно;
u₁ - постоянная амплитуда;
f(t) - функция изменения амплитуды сигналов, соответствующая дополнительным сообщениям S_доп.

Далее сигналы (2) и (3) с выходов амплитудных модуляторов поступают на входы облучателей 6 и 7 передающей антенны 8.

Передающая антенна 8 может быть выполнена в виде зеркальной антенны с двумя облучателями 6 и 7 или в виде вибраторных антенн с соответствующими возбудителями. Облучатели 6 и 7 создают поля с ортогональной одна относительно другой линейной или круговой поляризацией. Сигналы, которые излучает передающая антенна 8, принимаются приемной антенной 11. Ее облучатели (возбудители) 9 и 10 имеют взаимно ортогональную линейную или круговую поляризацию. Приемная антенна 11 с облучателями (возбудителями) 9 и 10 выполнена аналогично передающей.

На выходах облучателей 9 и 10 приемной антенны 11 получим сигналы

где n_x(t) - флуктуационная помеха в виде нормального Гауссова шума составляющей оси x;
n_xи(t) - импульсная помеха составляющей оси x;
α - угол рассогласования по поляризации.

где n_y(t) - флуктуационная помеха в виде нормального Гауссова шума составляющей оси y;
n_yn(t) - импульсная помеха составляющей оси y.

С выхода сумматора 13 получаем сигнал

а с выхода вычитателя 14 получим

В качестве демодулятора основных сообщений 16 используется синхронно-фазовый демодулятор (СФД) с устройством отбраковки аномальных перескоков фазы, кратных 2π радиан, возникающих во входной смеси сигнала с помехой под действием как флуктуационных, так и импульсных помех, что позволяет повысить помехоустойчивость при воздействии комплекса помех на единицы и десятки децибел в зависимости от базы сигнала.

На выходе демодулятора 16, работающего в синхронном режиме, возникает напряжение, изменяющееся согласно изменениям частоты или фазы входного сигнала, то есть демодулированное сообщение.

Для компенсации постоянного фазового сдвига использован фазовращатель 23 на 90^o, с выхода которого поступает опорный сигнал, не содержащий информации о помехе, на синхронный детектор 15.

При воздействии на вход системы флуктуационного шума и импульсной помехи (ИП) на первый вход фазового детектора 22 поступает суммарный сигнал с выхода амплитудного ограничителя 17, а на второй вход фазового детектора 22 - опорный сигнал с выхода фазовращателя 23. Возникающая разница между опорным и входным сигналами вызывает появление на выходе фильтра нижних частот (ФНЧ) 19 напряжения помехи.

В случае превышения порога чувствительности компаратора 26 на его выходе появляется сигнал запрета, который закрывает ключ 21 и сигнал "пораженный ИП" не проходит на вход демодулятора 16 на время действия ИП. Таким образом, демодулятор 16 не выходит из состояния синхронизма на время действия ИП.

В случае отсутствия на входе устройства ИП на выходе компаратора 26 сигнал запрета отсутствует и ключ 21 открыт.

На время анализа помеховой обстановки и выработки сигнала управления для ключа 21 необходимо задержать суммарный сигнал в канале обработки с угловой модуляцией. На это же время необходимо задержать и разностный сигнал в другом канале, для чего служат линии задержки 24 и 25. Время задержки линий 24 и 25 выбирается одинаковым. Это время, в основном, определяется полосой пропускания ФНЧ 19.

С выхода синхронного детектора 15 сигнал идет на узкополосный ФНЧ 18, с помощью которого выделяется постоянная составляющая, знак которой зависит от знака угла рассогласования α. С выхода ФНЧ 18 эта составляющая поступает на блок управления положением осей поляризации облучателей (возбудителей), который поворачивает облучатели так, что угол α становится равным нулю. При рассогласовании в другую сторону (угол α - отрицательный) указанная составляющая положительная, облучатели повернуты в противоположную сторону.

ФНЧ 18 имеет полосу пропускания, значительно меньшую по сравнению с шириной спектра функции. Поэтому ФНЧ 18 может пропускать только медленно меняющиеся сигналы, обусловленные изменениями взаимного положения антенн.

Блок управления 20 с помощью напряжения, снимаемого с ФНЧ 18, устраняет рассогласование между поляризацией приходящих сигналов и поляризацией облучателей приемной антенны. При этом система регулирования работает по принимаемому сигналу, несущему информацию о передаваемых сообщениях.

Устройству-прототипу присуща недостаточная пропускная способность передаваемой информации.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее на передающей стороне генератор сигналов, вход которого является входом для основной информации, первый и второй амплитудные модуляторы, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами противофазного усилителя соответственно, вход которого является входом для дополнительной информации S_доп, а выходы амплитудных модуляторов соединены с первым и вторым облучателями передающей антенны соответственно; на приемной стороне - первый и второй облучатели приемной антенны через блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны присоединены к первому и второму входам сумматора и к первому и второму входам вычитателя суммарно-разностного блока соответственно, при этом выход сумматора соединен со входом амплитудного ограничителя; а также второй фильтр нижних частот, демодулятор основных сообщений, выход которого является выходом для основной информации S₀, синхронный детектор, первый выход которого через первый фильтр нижних частот соединен с управляющим входом блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, введены на передающей стороне первый и второй делители мощности, входы которых соединены между собой и с выходом генератора сигналов, первые выходы обоих делителей мощности соединены с сигнальными входами первого и второго ключей соответственно. Второй выход первого делителя мощности соединен с сигнальным входом четвертого ключа, управляющий вход которого является входом для информации S₁, а также соединен с управляющим входом первого ключа непосредственно и, кроме того, через инвертор с управляющими входами второго и третьего ключей; второй выход второго делителя мощности соединен с сигнальным входом третьего ключа; выходы первого и второго ключей присоединены к первому и второму входам первого сумматора передатчика, выход которого соединен с высокочастотным входом первого амплитудного модулятора, а выходы третьего и четвертого ключей присоединены соответственно к первому и второму входам второго сумматора передатчика, выход которого соединен с высокочастотным входом второго амплитудного модулятора. На приемной стороне введен демодулятор амплитудно-модулированного сигнала, выход которого является выходом информации S₁, а его вход через амплитудный ограничитель присоединен ко входу демодулятора основных сообщений и к первому входу синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом вычитателя, а второй выход синхронного детектора присоединен ко входу второго фильтра нижних частот, выход которого является выходом для дополнительной информации S_доп.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:
1 - генератор сигналов;
2 - инвертор;
3 и 4 - первый и второй амплитудные модуляторы;
5 - противофазный (парафазный) усилитель;
6 и 7 - первый и второй облучатели передающей антенны;
8 - передающая антенна;
9 и 10 - первый и второй возбудители приемной антенны;
11 - приемная антенна;
12 - суммарно-разностный блок;
13 - сумматор;
14 - вычитатель;
15 - синхронный детектор;
16 - демодулятор основного сообщения;
17 - амплитудный ограничитель;
18 и 19 - первый и второй фильтры нижних частот;
20 - блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны;
21 - демодулятор амплитудно-модулированного сигнала;
22 и 23 - первый и второй делители мощности;
24, 25, 26 и 27 - первый, второй, третий и четвертый ключи;
28 и 29 - первый и второй сумматоры передатчика.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи: на передающей стороне - генератор сигналов 1, вход которого является входом для основной информации S₀, а выход соединен со входами первого 22 и второго 23 делителей мощности, первые выходы которых соединены соответственно с сигнальными входами первого 24 и второго 25 ключей; вторые, управляемые, входы первого 24 и четвертого 27 ключей соединены между собой и со входом инвертора 2 и являются входом для информации S₁, второй выход первого делителя мощности 22 соединен с сигнальным входом четвертого ключа 27; управляемый вход второго ключа 25 соединен с управляющим входом третьего ключа 26 и с выходом инвертора 2; сигнальный вход третьего ключа 26 соединен со вторым выходом второго делителя мощности 23; выходы первого 24 и второго 25 ключей соединены соответственно с первым и вторым входами первого сумматора 28, а выходы третьего 26 и четвертого 27 ключей соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора 29, выход которого присоединен к первому высокочастотному входу второго амплитудного модулятора 4, выход которого соединен со вторым облучателем 7 передающей антенны 8; выход первого сумматора 28 соединен с первым высокочастотным входом первого амплитудного модулятора 3, выход которого присоединен к первому облучателю 6 передающей антенны 8; вторые входы первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов соединены соответственно с первым и вторым выходами противофазного усилителя 5, вход которого является входом для дополнительной информации S_доп; на приемной стороне - первый 9 и второй 10 возбудители приемной антенны 11 через блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны 20 соединены соответственно с первыми и вторыми входами сумматора 13 и вычитателя 14 суммарно-разностного блока 12; выход сумматора 13 соединен со входами амплитудного ограничителя 17 и демодулятора амплитудно-модулированного сигнала 21, выход которого является выходом для информации S₁, а выход амплитудного ограничителя 17 соединен с первым входом синхронного детектора 15 и входом демодулятора основного сообщения 16, выход которого является выходом для основной информации S₀; второй вход синхронного детектора 15 соединен с выходом вычитателя 14 суммарно-разностного блока 12, первый выход синхронного детектора 15 через первый фильтр нижних частот 18 соединен с управляющим входом блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны 20, а второй выход синхронного детектора 15 соединен со входом второго фильтра нижних частот 19, выход которого является выходом для дополнительной информации S_доп.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Генератор 1 сигналов формирует сигнал основных сообщений, модулированный по частоте или фазе основными сообщениями.

Этот сигнал имеет вид
u_c(t) = ucos[ωt+ϕ(t)],
где u_c - постоянная амплитуда сигнала;
ϕ(t) - функция изменения фазы сигнала, соответствующая частотной или фазовой модуляции основными сообщениями S₀;
ω - угловая частота.

Этот сигнал поступает на входы делителей мощности 22 и 23. Примем, что первый делитель 22 делит мощность пополам, а второй 23 - на 0,75.

Сигнал основной информации S₀ поступает на вход генератора сигналов 1. Информация S₁ (третья информация) подается на управляемые входы первого 24 и четвертого 27 ключей и на вход инвертора 2. При наличии в информации S₁ единицы открываются первый 24 и четвертый 27 ключи, тем самым пропуская сигнал с выходов первого делителя мощности 22. При наличии в информации S₁ нуля инвертор 2 инвертирует его в единицу, и тем самым открываются второй 25 и третий 26 ключи, пропуская сигнал с выходов второго делителя мощности 23. Сигнал с выходов первого 24 и второго 25 ключей суммируется в первом сумматоре 28, а сигнал с выходов третьего 26 и четвертого 27 ключей суммируется во втором сумматоре 29. Форма сигнала на выходах первого 28 и второго 29 сумматоров приведена на фиг.3. С выходов сумматоров 28 и 29 сигнал подается соответственно на высокочастотные первые входы первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов, выполненных в виде высокочастотных усилителей. В них амплитуда проходящих сигналов изменяется противофазно по закону передаваемых дополнительных сообщений S_доп с помощью напряжений, снимаемых с противофазного усилителя 5. Далее сигнал с выходов амплитудных модуляторов поступает на входы облучателей 6 и 7 передающей антенны 8 и излучается в пространство. Облучатели 6 и 7 создают поля с ортогональной одна относительно другой линейной или круговой поляризацией. Сигналы, которые излучает передающая антенна 8, принимаются приемной антенной 11. Ее возбудители 9 и 10 имеют взаимно ортогональную линейную или круговую поляризацию. С возбудителей приемной антенны сигнал поступает на сумматор 13 и вычитатель 14. С сумматора 13 принятый сигнал поступает на демодулятор 21, с которого снимается огибающая амплитудно-модулированного сигнала информации S₁. С сумматора 13, кроме того, сигнал поступает на амплитудный ограничитель 17, который выравнивает его по амплитуде, и затем этот сигнал поступает на демодулятор основного сообщения 16, с которого снимается основная информация S₀. Этот же сигнал поступает на первый вход синхронного детектора 15, на второй вход которого подается сигнал с вычитателя 14. С первого выхода синхронного детектора через первый ФНЧ 18 подается на управляющий вход блока управления положением осей поляризации 20, а через второй ФНЧ 19 снимается дополнительная информация S_доп.

Формула изобретения

Система радиосвязи с повторным использованием частоты, содержащая на передающей стороне генератор сигналов, вход которого является входом для основной информации, первый и второй амплитудные модуляторы, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами противофазного усилителя соответственно, вход которого является входом для дополнительной информации S доп. , а выходы амплитудных модуляторов соединены с первым и вторым облучателями передающей антенны соответственно, на приемной стороне - первый и второй облучатели приемной антенны через блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны присоединены к первому и второму входам сумматора и первому и второму входам вычитателя суммарно-разностного блока соответственно, при этом выход сумматора соединен с входом амплитудного ограничителя, а также второй фильтр нижних частот, демодулятор основных сообщений, выход которого является выходом для основной информации S_o, синхронный детектор, первый выход которого через первый фильтр нижних частот соединен с управляющим входом блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, отличающаяся тем, что на передающей стороне введены первый и второй делители мощности, входы которых соединены между собой и с выходом генератора сигналов, первые выходы обоих делителей мощности соединены с сигнальными входами первого и второго ключей соответственно, второй выход первого делителя мощности соединен с сигнальным входом четвертого ключа, управляющий вход которого является входом для информации S₁ и соединен с управляющим входом первого ключа непосредственно и, кроме того, через инвертор - с управляющими входами второго и третьего ключей, второй выход второго делителя мощности соединен с сигнальным входом третьего ключа, выходы первого и второго ключей присоединены соответственно к первому и второму входам первого сумматора передатчика, выход которого соединен с высокочастотным входом первого амплитудного модулятора, а выходы третьего и четвертого ключей присоединены соответственно к первому и второму входам второго сумматора передатчика, выход которого соединен с высокочастотным входом второго амплитудного модулятора; на приемной стороне введен демодулятор амплитудно-модулированного сигнала, выход которого является выходом информации S₁, а его вход через амплитудный ограничитель присоединен к входу демодулятора основных сообщений и к первому входу синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом вычитателя, а второй выход синхронного детектора присоединен к входу второго фильтра нижних частот, выход которого является выходом для дополнительной информации S доп.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3