Радиолиния связи с пространственным разделением сигнала

 

Радиолиния связи с пространственным разделением сигнала относится к области передачи дискретной информации и может быть использована в радиоканалах при связи с движущимися объектами, а также в обратных дуплексных радиоканалах управления и пакетных радиосетях оперативно-командной связи в незащищенных районах. Достигаемый технический результат - повышение помехозащищенности передаваемой информации при дублировании ее с помощью ортогонально поляризованных сигналов. Радиолиния связи содержит на передающей стороне генератор несущей и тактовой частот 1, формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности 2, генератор псевдослучайной последовательности 3, блок фазирования 4, умножители 5, 6, блок сложения 9, фазовращатель на 90° 7, фазовый манипулятор 8, разветвитель мощности 19, усилители мощности 20, 21, облучатели передающей антенны 22, 23. На приемной стороне радиолиния связи содержит синхронизатор 15, перемножители 10, 11, формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности 12, генератор опорной псевдослучайной последовательности 13, блок фазирования 14, полосовые фильтры 16, 17, фазовый детектор 18, сумматор 28, амплитудный ограничитель 29, возбудители приемной антенны 25, 26. 2 ил.

Предлагаемое устройство относится к области передачи дискретной информации и может быть использовано в радиоканалах для осуществления передачи информации при связи с движущимися объектами, а также в обратных дуплексных радиоканалах управления и пакетных радиосетях оперативно-командной связи в незащищенных районах.

Известны системы радиосвязи с шумоподобными сигналами, например, по а. с.№ 651492, которое служит для передачи дискретной информации.

Основным недостатком этой системы является низкая помехоустойчивость в условиях воздействия помех с сосредоточенным спектром, который обусловлен неоптимальностью алгоритма обработки сигнала по отношению к таким помехам.

Известна также широкополосная система связи с ШПС (см. Варакин Л.Е. "Системы связи с шумоподобными сигналами". - М.: "Р. и С.", 1985, с.16, pис.1.7), предназначенная для передачи дискретных сообщений.

Данное устройство имеет только одну антенну с вертикальной (горизонтальной поляризацией). А это может привести к относительно нетрудному подавлению сигнала на входе приемного устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому объекту является "Аппаратура для передачи дискретной информации" по а. с.№ 300946, взятое за прототип.

Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где в ведены следующие обозначения:

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 90°;

8 - фазовый манипулятор;

9 - схема сложения;

10, 11 - первый и второй перемножители;

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 имеет следующие функциональные связи.

На передающей стороне генератор несущей и тактовой частот (ГНТЧ) 1 одним выходом соединен с первыми входами формирователя 2 ортогональной ПСП (ФОПП) и генератора 3 псевдослучайной последовательности (ГПП), вторые входы которых соединены с выходами блока фазирования 4, выходы ФОПП 2 и ГПП 3 соответственно через первый 5 и второй 6 умножители соединены со входами схемы сложения 9, второй выход ГНТЧ 1 через фазовращатель 7 на 90° соединен со вторым входом первого умножителя 5, а через фазовый манипулятор 8 - со вторым входом второго умножителя 6. На приемной стороне вход приемника соединен со входом синхронизатора 15 и входами первого 10 и второго 11 перемножителей, выход синхронизатора 15 соединен со входами ФОПП 12 и ГОПП 13, вторые входы которых соединены с выходами блока 14 фазирования, выходы первого 10 и второго 11 перемножителей соответственно через первый 16 и второй 17 полосовые фильтры присоединены к входам фазового детектора 18, выход ФОПП 12 соединен со вторым входом первого перемножителя 10, а выход ГОПП 13 соединен со вторым входом второго, перемножителя 11.

Работает устройство-прототип следующим образом.

В передатчике ГНТЧ 1 формирует две частоты: тактовую для ФОПП 2 и ГПП 3 и несущую частоту сигнала.

Тактовая частота с выхода ГНТЧ 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 тактовой частотой. 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.

Устройство фазирования 4 устанавливает сдвиговые регистры ФОПП 2 и ГПП 3 в одинаковое начальное состояние, что обеспечивает связь по фазе их псевдослучайных последовательностей. Устройство фазирования 4 состоит из дешифраторов начальных состояний ФОПП 2 и ГПП 3 и импульсной схемы фазирования, которая обеспечивает совмещение их начальных состояний по фазе. Двоичная ПСП с выхода ФОПП 2 поступает на умножитель 5. На второй вход умножителя 5 через фазовращатель на 90° 7 с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты, которое в умножителе 5 умножается на двоичную ПСП. В результате на выходе умножителя 5 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180° по закону двоичной ДСП.

Двоичная ПСП с выхода ГПП 3 поступает на умножитель 6, на второй вход которого через фазовый манипулятор 8 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 180° по закону двоичной ПСП. В зависимости от знака передаваемой 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 180°. 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 0°, 90°, 180° и 270°, причем моменты манипуляции и порядок следования этих величин фаз определяется соотношением знаков элементов двоичных ПСП 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 ПСП, 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 ПСП, которую формирует ГОПП 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 соответствующие связи по фазе последовательностей ФОПП 2 и ГПП 3 передатчика. Двоичные ПСП, вырабатываемые генераторами в приемнике, синхронизируются с двоичными ПСП принимаемого сигнала с помощью устройства синхронизации 15. В качестве устройства синхронизации 15 могут быть использованы известные устройства, 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.

Колебание несущей частоты с выходов полосовых фильтров 16 и 17 поступает на фазовый детектор 18, который измеряет информационную разность фаз между ними.

Недостатком устройства-прототипа является низкая помехозащищенность, так как информационный сигнал передается на одной поляризации, и противник легко может создать помеху и подавить эту информацию.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее на передающей стороне генератор несущей и тактовой частот (ГНТИ), первый вход которого соединен с первыми входами формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП) и генератора псевдослучайной последовательности (ГПП), вторые входы которых соединены с выходами блока фазирования, выходы ФОПП и ГПП соответственно через первый и второй умножители соединены с входами блока сложения, второй выход ГНТЧ через фазовращатель на 90° соединен со вторым входом первого умножителя, а через фазовый манипулятор - со вторым входом второго умножителя, причем второй вход фазового манипулятора является информационным входом, на приемной стороне - синхронизатор, вход которого соединен с первыми входами первого и второго перемножителей, выход синхронизатора соединен с первыми входами ФОПП и генератора опорной псевдослучайной последовательности (ГОПП), вторые входы которых соединены с соответствующими выходами блока фазирования, выход ФОПП соединен со вторым входом первого перемножителя, выход ГОПП соединен со вторым входом второго перемножителя, выходы первого и второго перемножителей соответственно через первый и второй полосовые фильтры соединены с первым и вторым входами фазового детектора, выход которого является выходом приемной стороны устройства, введены на передающей стороне разветвитель мощности и первый и второй усилители, на приемной стороне последовательно соединенные сумматор и амплитудный ограничитель. При этом на передающей стороне выход блока сложения соединен с входом разветвителя мощности, первый и второй выходы которого соединены с входами первого и второго усилителей, выходы которых соединены с первым и вторым облучателями передающей антенны. На приемной стороне выход амплитудного ограничителя соединен с входом синхронизатора. Первый и второй возбудители приемной антенны соединены с первым и вторым входами сумматора соответственно.

На фиг.2 приведена функциональная схема предлагаемой радиолинии, где обозначено:

1 - генератор колебаний 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 90°;

8 - фазовый манипулятор;

9 - блок сложения;

10, 11 - первый и второй перемножители;

12 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);

13 - генератор опорной псевдослучайной последовательности (ГОПП);

14 - блок фазирования;

15 - синхронизатор;

16, 17 - первый и второй полосовые фильтры;

18 - фазовый детектор;

19 - разветвитель мощности;

20, 21 - первый и второй усилители мощности;

22, 23 - первый и второй облучатели передающей антенны;

24 - передающая антенна;

25, 26 - первый и второй возбудители приемной антенны;

27 - приемная антенна;

28 - сумматор;

29 - амплитудный ограничитель.

Передающая сторона содержит генератор несущей и тактовой частот (ГНТЧ) 1, одним выходом соединен с первыми входами формирователя 2 ортогональной ПСП (ФОПП) и генератора 3 псевдослучайной последовательности (ГПП), вторые входы которых соединены с выходами блока фазирования 4, выходы ФОПП 2 и ГПП 3 соответственно через первый 5 и через второй 6 умножители соединены со входами блока сложения 9, второй выход ГНТЧ 1 через фазовращатель 7 соединен со вторам входом первого умножителя 5, а через фазовый манипулятор 8 - со вторым входом второго умножителя 6, выход блока сложения 9 соединен со входом разветвителя мощности 19, первый выход которого через первый усилитель мощности 20 присоединен к первому облучателю 22 передающей антенны 24, а второй выход разветвителя мощности 19 через второй усилитель мощности 21 присоединен к второму облучателю 23 передающей антенны 24.

Приемная сторона содержит первый 25 и второй 26 возбудители приемной антенны 27, соединенные соответственно с первым и вторым входами сумматора 28, выход которого присоединен к входу амплитудного ограничителя 29, выход которого соединен со входом синхронизатора 15 и входами первого 10 и второго 11 перемножителей, выход синхронизатора 15 соединен со входами ФОПП 12 и ГОПП 13, вторые входы которых соединены с выходами блока фазирования 14, выходы первого 10 и второго 11 перемножителей соответственно через 16 и второй 17 полосовые фильтры присоединены к входам фазового детектора 18, выход ФОПП 12 соединен с вторым входом первого перемножителя 10, а выход ГОПП 13 соединен с вторым входом второго перемножителя 2.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

В передатчике ГНТЧ 1 формирует две частоты: тактовую для ФОПП 2 и ГПП 3 и несущую частоту сигнала.

Тактовая частота с выхода ГНТЧ 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 тактовой частотой. Закон образования ПСП выбирается таким, 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.

Устройство фазирования 4 устанавливает сдвиговые регистры ФОПП 2 и ГПП 3 в одинаковое начальное состояние, что обеспечивает связь по фазе их псевдослучайных последовательностей.

Блок фазирования 4 состоит из дешифраторов начальных состояний ФОПП 2 и ГПП 3 и импульсной схемы фазирования, которая обеспечивает совмещение их начальных состояний по фазе.

Двоичная ПСП с выхода ФОПП 2 поступает на умножитель 5. На второй вход умножителя 5 через фазовращатель на 90° 7 с выхода ГНТЧ 1 поступает колебание несущей частоты, которое в умножителе 5 умножается на двоичную ПСП. В результате на выходе умножителя 5 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 180° по закону двоичной ПСП.

Двоичная ПСП с выхода ГПП 3 поступает на умножитель 6, на второй вход которого через фазовый манипулятор 8 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 180° по закону двоичной ПСП. В зависимости от знака передаваемой информации фазовый манипулятор 8 осуществляет поворот фазы несущей частоты сигнала на выходе умножителя 6 относительно несущей частоты на выходе умножителя 5 на 0 или 180°. 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 блок сложения 9, который образует колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 0°, 90°, 180° и 270°, причем моменты манипуляции и порядок следования этих величин фаз определяется соотношением знаков элементов двоичных ПСП ФОПП 2 и ГПП 3 и передаваемой разностью фаз.

С блока сложения 9 сигнал поступает на разветвитель мощности 19, где осуществляется разделение его мощности пополам, и каждая половина выдается соответственно по двум выходам на входы первого 20 и второго 21 усилителей мощности, где усиливается до необходимой величины. Сигналы с выходов первого 20 и второго 21 усилителей мощности поступают соответственно на входы первого 22 и второго 23 облучателей передающей антенны 24, которая может быть реализована в виде зеркальной антенны с двумя облучателями или в виде вибраторных антенн с соответствующими возбудителями. Облучатели 22 и 23 создают поля с ортогональной одно относительно другого линейной или круговой поляризацией.

Сигналы, которые излучает передающая антенна 24, принимаются приемной антенной 27. Ее облучатели (возбудители) 25, 26 имеют также ортогональную линейную или круговую поляризацию. Приемная антенна 27 и облучатели (возбудители) 25 и 26 выполнены аналогично передающей.

С возбудителей 25, 26 приемной антенны 27 принятый сигнал поступает соответственно на два входа сумматора 28 и с выхода этого сумматора - на вход амплитудного ограничителя 29, где производится достаточно низкий уровень ограничения.

Ограниченный по амплитуде сигнал с выхода амплитудного ограничителя 29 поступает на перемножители 10 и 11.

В умножителе 10 принятый сигнал умножается на двоичную ПСП, которую вырабатывает ФОПП 12.

Сигнал с выхода умножителя 10 поступает на полосовой фильтр 16, который выделяет колебание несущей частоты сигнала.

В умножителе 11 принимаемый сигнал умножается на двоичную ПСП, которую формирует ГОПП 13.

Сигнал с выхода умножителя 11 поступает на полосовой фильтр 17, который выделяет манипулированное по фазе колебание несущей частоты сигнала.

Устройство фазирования 14 обеспечивает связь по фазе выходных последовательностей ФОПП 12 и ГОПП 13, соответствующие связи по фазе последовательностей ФОПП 2 и ГПП 3 передатчика.

Двоичные ПСП, вырабатываемые генераторами в приемнике, синхронизируются с двоичными ПСП принимаемого сигнала с помощью синхронизатора 15. В качестве синхронизатора 15 могут быть использованы известные устройства, обеспечивающие синхронизм местных сигналов приемника с одним из сильнейших лучей принимаемого многолучевого сигнала на основе анализа функции взаимной корреляции принимаемого и местных сигналов.

На частотах свыше 1 ГГц можно получить удовлетворительную развязку между антеннами с горизонтальной и вертикальной поляризацией. Минимальная развязка по стандартам составляет 27 дБ, практически на частотах 4-6 ГГц развязка достигает ~55 дБ. Постановщик помех, как правило, имеет одну антенну с горизонтальной либо вертикальной поляризацией. Практический интерес представляют радиолинии связи, имеющие две антенны с горизонтальной и вертикальной поляризациями как на передающем, так и на приемном конце. Если помеха подавляет сигнал с одной из поляризаций, то на антенне с другой поляризацией сигнал подавляться практически не будет. Как было отмечено выше, минимальная развязка между антеннами с вертикальной и горизонтальной поляризацией составляет 27 дБ. Таким образом, ожидаемый эффект от применения двух антенн с различными поляризациями в практически важных случаях позволяет значительно повысить помехозащищенность радиолиний связи. При этом увеличение стоимости происходит не более чем на 5-10%.

Формула изобретения

Радиолиния связи с пространственным разделением сигнала, содержащая на передающей стороне генератор несущей и тактовой частот (ГНТЧ), первый выход которого соединен с первыми входами формирователя ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП) и генератора псевдослучайной последовательности (ГПП), вторые входы которых соединены с выходами блока фазирования, выходы ФОПП и ГПП соответственно через первый и второй умножители соединены с входами блока сложения, второй выход ГНТЧ через фазовращатель на 90° соединен со вторым входом первого умножителя, а через фазовый манипулятор - со вторым входом второго умножителя, причем второй вход фазового манипулятора является информационным входом, на приемной стороне - синхронизатор, вход которого соединен с первыми входами первого и второго перемножителей, выход синхронизатора соединен с первыми входами ФОПП и генератора опорной псевдослучайной последовательности (ГОПП), вторые входы которых соединены с соответствующими выходами блока фазирования, выход ФОПП соединен со вторым входом первого перемножителя, выход ГОПП соединен со вторым входом второго перемножителя, выходы первого и второго перемножителей соответственно через первый и второй полосовые фильтры соединены с первым и вторым входами фазового детектора, выход которого является выходом приемной стороны устройства, отличающаяся тем, что введены на передающей стороне разветвитель мощности и первый и второй усилители мощности, сигналы с выходов которых поступают соответственно на входы первого и второго облучателей передающей антенны, вход разветвителя мощности соединен с выходом блока сложения, а первый и второй выходы разветвителя мощности соединены с входами первого и второго усилителей мощности соответственно, на приемной стороне - последовательно соединенные сумматор и амплитудный ограничитель, выход которого соединен с входом синхронизатора, первый и второй входы сумматора соединены с первым и вторым возбудителями приемной антенны соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2