Имитатор многолучевого радиоканала

 

Изобретение относится к технике радиосвязи. Цель изобретения - повышение точности . Имитатор содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, блок опорных частот, N ветвей 3 1-3 .. формирования сигнала рпямого луча, N ветвей 5 1-5 .. формирования сигнала задержанного луча, многовходовый сумматор 11, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 12, АЦП 13, блок 14 имитации эффекта Доплера, АЦП 17, блок 18 имитации шума, переключатель 19, блок 20 сдвига частоты, фильтр 21, генератор 22 высокой частоты, фильтр 23. Модулированный сигнал X(T) в полосе канала тональной частоты поступает на первый вход АЦП 1, где стробируется с тактовой частотой, вырабатываемой блоком 2. На выходе многовходового сумматора 11 всегда существует сумма того, что присутствует на его входах. Переключатель 19 переключает свои входы. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ц) Н 04 В 17/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОП1РЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4489378/24-09 (22) 03.10.88 (46) 23.07.90, Бюл. 0-* 27 (71) Пензенский политехнический институт (72) Г.Н.Кошуров, А.П.Иванов, Е.Д.Кашаев и В.A.Õèæíÿê (53) 621 ° 396.66 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР к- 1172036, кл. H 04 В 17/00, 1984. (54) ИМИТАТОР МНОГОЛУЧЕВОГО РАДИОКАНАЛА (57) Изобретение относится к технике радиосвязи. Цель изобретения — повышение точности. Имитатор содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, блок 2 опорных частот, N ветÄÄSUÄÄ 15 0577 А1

2 вей 3,-3д формирования сигнала прямого луча, N ветвей 5„-5 формирования сигнала задержанного луча, многовходовый сумматор 11, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 12, АЦП 13, блок 14 имитации эффекта Доплера, АЦП

17, блок !8 имитации шума, переключатель 19, блок 20 сдвига частоты, фильтр 21, генератор 22 высокой частоты, фильтр 23. Модулированный сигнал x(t) в полосе канала тональной частоты поступает на первый вход АЦП

1, где стробируется с тактовой частотой, вырабатываемой блоком 2. На выходе многовходового сумматора 11 всегда существует сумма того, что, ср присутствует на его входах. Переклю9 чатель 19 переключает свои входы.

2 ил.

1580577

Изобретение относится к технике радиосвязи и может использоваться для имитации условий приема при мно= голучевом распространении сигналов в радио.- и гидроакустических каналах связие

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 представлена структурная эЛектрическая схема предложенного и«1итатора многолучевого радиоканала, н4 фиг.2 — эпюры напряжений, поясняюп ие его работу.

Имитатор многолучевого радиоканала содержит первый аналого-цифровой . преобразователь (АЦП) 1, блок 2 опорных частот, N ветвей Зт-Зт1 формирования сигнала прямого луча, каждая из кфторых состоит из блока 4 замираний, N ветвей 5«-5тт формирования сигнала задержанного луча„ каждая из которых состоит из перестраиваемой линии 6 с задержки, блока 7 замираний и блока

8 имитации эффекта Доплера, содержа- 25 щего управляемую линию 9 задержки и узел 10 формирования частоты считывания, многовходовый сумматор 11, пер:вый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 12, второй аналого-цифровой 30 преобразователь 13, блок 14 имитации эффекта Доплера, состоящий из управф емой линии 15 задержки и узла 16 формирования частоты считывания, второй цифроаналоговый преобразователь (АЦП) 17, блок 18 имитации шума, переключатель 19, блок 20 сдвига частоты первый фильтр 21, генератор 2 т высокой частоты, .второй фильтр 23.

Имитатор работает следующим образ.ом.

Модулированный сигнал x(t) в полосе канала тональной частоты поступает 45 на первый вход первого аналого-цифрового (АЦП) i где стробируется с тактовой частотой, вырабатываемой блоком

2 опорных частот. Дискретные отсчеты сигнала х(тпТ), где Т вЂ” период частоты 0 дискретизации, тп=1,2,3,... поступают на входы N ветвей 31-3 тт формирования сигнала прямого луча и N ветвей 5<-5 формирования сигнала задержанного лу. ча. На выходе соответствующей ветви

3«-3 формирования прямого луча имеем тт сигнал

x„„=(mT) К „„(mT) ° x(mT) где К п«(шТ) — коэффициент передачи блдка 4 замираний, входящего в состав соот-. ветствующей ветви 3«-3 формирования сигнала прямого луча.

Сигнал на выходе перестраиваемой линии 6 задержки соответствующей ветви 5т-5тт формирования сигналов задержанного луча задерживается на величину т, =К Т где К вЂ” число тактов часЪ 3 таты дискретизации, на которое осуществляется задержка н описывается выражением х (mT) =x(mT-К Т) .

) (2)

На выходе блока 7 замираний сигнал можно представить как х (тпТ) К «(шТ) х(шТ К>Т), (3) прм пру т где f и — частота сигнала, принятая ппм приемником (не показан)

f — частота сигнала, переданная п

4 передатчиком (не показан), К вЂ” коэффициент, который зависит от скорости и на . правления приемника и (или} Ч передатчика, K = 1 «+ -, где V — - относительная скорость приемника и передат-, чика (приемника по отногде К „(mT) - коэффициент передачи блока 7 замираний, вхо-. дящего в состав соответствующей ветви 5 -5 формирования сигнала задержанного луча., Блок 8 имитации эффекта Доплера в каждой иэ N ветвей 5 -5т, формирования задержанного луча предназначен для имитации доплеровского сдвига частоты в ветвях формирования сигнала задержанного луча при перемещении отражающих поверхностей во время сеанса связи (например, при перемещении слЬев и неоднородностей ионосферы в КВ радиоканале). Блок 8 имитации эффекта Доплера состоит из управляемой линии задержки 9 и узла 10 формирования частоты считывания. Эффект Доплера в реальном канале связи можно выразить соотношением

5 158057 шению к передатчику, или наоборот), знак минус соответствует удалению, а знак плюс — сближению приS емника и передатчика;

С вЂ” скорость распространения сигнала в среде.

Отсчеты сигналов трех различных частот (фиг.2а) поступают на вход 10 блока 8. Эти отсчеты с тактовой частотой Г записываются в управляемую линию 9 задержки. Желаемый эффект будет достигнут, если эти отсчеты сосчитать с управляемой линии задержки

9 с другой частотой с« т

30 где X(j fi ) — спектр сигнала, Я вЂ”.текущая частота, изменяющаяся непрерывно, d Q — ее приращение.

Аналогичное соотношение для дискретизированнага колебания имеет вид ITIT

1ат Q rn T

) 2" ) X(e )Е dV

2н

-к!т (5) где Т вЂ” период частоты дискретизации; ш — номер текущего отсчета сигнала.

Если сигнал на входе ветви 51-5 ; представить как (5), то сигнал на выходе перестраиваемой линии 6 задержки запишется как

1 т

z <тт> - — J х<е " >e "" 11<се

2и

-"н/т (6) 20

Отсчеты сигнала с выхода перестраиваемой линии 6 задержки подаются на первый вход управляемой линии 9 .задержки и записываются в нее с тактовой частотой 1, поступающей с блока 2 опорных частот на второй вход управляемой линии 9 задержки. Считывание отсчетов сигнала с управляемой линии 9 задержки осуществляется с частотой Е „ =й К, формируемой в узле

10 формирования частоты считывания из высокочастотной последовательности .импульсов с второго выхода блока 2 опорных частот. Данная последовательность поступает также в управляемую линию задержки 9 с целью синхронизации ее работы. Величина коэффициента

К (фиг.2а,б,в) устанавливается в узле 10 формирования частоты считыва ния. Длина управляемой линии 9 задержки должна выбираться по вазможности наибольшей. Так как частота отсчетов сигнала в управляемую линию

9 задержки и частота иэ считывания оттуда будут разными, то это в конечном итоге приведет к таму, что разни45 ца между номерами ячеек записи и считывания превысит выбранную длину управляемой линии 9 задержки, хотя в большинстве случаев, например для радиоканалов, коэффициент К очень мало отличается от единицы и, выбрав достаточно большую длину управляемой линии 9 задержки, при любом достаточно длинном сеансе связи, эта разница не превысит длину линии задержки, .другое дело в гидроакустических каналах связи, там коэффициент К может

7 6 отстоять от единицы на значительную величину, максимально порядка 0,20,3 в меньшую или большую сторону, s таких каналах разница между номерами ячеек записи и считывания в управляемой линии 9 задержки достигает максимальйой длины этой линии задержки гораздо быстрее, чем в радиоканалах. Чтобы при этом избежать потери информации, на первом выходе управ ляемой линии 9 задержки вырабатывается специальный сигнал, по которому в узле 1О формирования частоты считывания осуществляется изменение значения коэффициента К следующим образом: К, =2-К, где К вЂ” коэффициент

Доплера в j-м интервале времени. Тем самым имитируется изменение направления движения отражающих поверхностей в противоположную сторону с тай же скоростью.

Любой непрерывный сигнал может быть представлен в виде интеграла

Фурье

1 х() = —. X(j u ) e йИ, (4)

2н где К .-. число тактов частоты дискретизации, на которое осуществляется задержка в перестраиваемой линии 6 задержки.

На входе блока 8 имитации эффекта

Доплера сигнал можно представить в виде

7 1580577 !т.

Щ

- Н ф а на его выходе как (7) IN IT I т 3 " п - "3-" 1 х (mT ) -К (шт ) — X(E ) Е Д(,), (8) ьл м

-и1Т ят 1ит1(9(Ф- КЗ- мз)

Х(Е1Я ) Е3 %8 ъ) dИ, (9) -«1% /Т к%8 где К вЂ” число тактов частоты дисУ

3 кретизации, на которое осуществляется задержка в управляемой линии 9 задержки;

К вЂ” коэффициент Доплера, означающий число раэ, в которое изменяется тактовая частота, а вместе с ней и частоты всех гармонических составляющих сигнала в блоке 8 имитации эффекта Доплера.

Б многовходовом сумматоре 11происходит сложение всех сигналов N ветвей Зл- 3. формирования сигнала прямого луча и N ветвей 5„-5> формирования сигнала задержанного луча.

На выходе многовходового сумматора 11 сигнал можно представить как

/ и . и i х (mTómT ) х (mT) + x ><(mTz)z >

Z пл (10) где р — текущий номер ветви 31-3 н формирования прямого луча; в — текущий номер ветви 51-5 формирования задержанного

1 луча

Т - новая тактовая частота на

z выходе z-й ветви формирования сигнала задержанного луча.

Текущий отсчет сигнала на выходе ветвей -2!"3< и 5 -5 сохраняется до появления .следующего отсчета, на вы соде же многовходового сумматора 11

)(!TLAT < к, ы.г >а"т"к «(-" 1 у(штк ) - — - - J Y(8 ) е и г

" !,14 (12) ствляется задержка в управляемой линии 15 задержки; где К вЂ” число тактов частоты дискреи

Ф тизации, на которое осуще!

1!ТК%8 тк 8 х (ш ТК%8) Кзл(вжав) 2„ всегда существует сумма того, что присутствует на его входах и которая изменяется с изменением информации

1 хотя бы на одномиз этих входов. Поэтому для имитатора несущественно то, что тактовая частота на выходе ветвей разная, обусловленная различными коэффициентами Доплера К л в различных ветвях.

Сигнал с выхода многовходового сумматора 11 в первом цифроаналоговом преобразователе (ЦАП) 12 преобразуется в аналоговую форму, затем во втором АЦП 13 снова преобразуется в цифровую, но теперь уже отсчеты сигнала на вход блока 14 имитации эффекта Донлера поступают с одной тактовой частотой f, равной частоте им" пульсов, поступающих с первого выхоа блока 2 опорных частот.

Блок 14 имитации эффекта Доплера, в состав которого входят управляемая, линия 15 задержки и узел 16 работает аналогично блоку 8 имитации эффектов

Доплера в каждой из N ветвей 51-5 формирования задержанного луча. Если сигнал на входе блока 14 имитации эффекта Доплера представить в виде

11 IT

45 т (j@T у т

Y(mT) = 2 J Y(8 ) 8 de, 2% 1

2 1 (1! ) то сигнал на его входе можно записать

5р как. 5805

К - коэффициент Доплера, означающийй число раз, в которое изменяется тактовая частота, а вместе с ней и частоты всех гармонических состав5 ляющих сигнала s блоке 14 имитации эффекта Доплера.

После цифроаналогового преобразования во втором ЦАП 17 и наложения аддитивного шума заданной величины в блоке 18 имитации шума сигнал поступает на вход переключателя 19. Если к выходу имитатора подключено непосредственно устройство преобразования сигналов (УПС), то переключатель 19 ставится в такое положение, чтобы сигнал с его входа проходил на его первый выход и поступал на вход блока 20 сдвига частоты. Блок 20 предйазначен для имитации сдвига частоты в канале вследствие нестабильности генераторов (рассинхрониэации) приемопередающих каналообразующих устройств (например, передающей и при- 25 емной радиостанций). Данный сдвиг частоты очень ощутим в радиоканалах (может доходить до нескольких десятков герц) ввиду того, что передача там происходит в высокочастотном тракте, а в гидроакустических началах не столь большой, хотя и там он тоже присутствует. Итак, спектр сигнала на выходе блока 20 сдвига частоты сдвинут по оси частот на за-. даваемую величину расхождения между генераторами приемника и передатчика.

Далее сигнал поступает на вход фильтра 21, который имитирует канальные фильтры приемника и передатчика каналообразующей аппаратуры. Его характеристики, амплитудно-.и фазочастотные, эквивалентны совокупным характеристикам канальных фильтров. Влияние характеристик канальных фильтров 45 сильно сказывается при передаче данных по многолучевым каналам. Это влияние тем сильнее, чем выше скорость передачи. Поэтому влияние неидеальности АЧХ и ФЧХ канала (которое складывается иэ неидеальности АЧХ и ФЧХ канальных фильтров приемника и передатчика каналообразующей аппаратуры) должно учитываться при создании имитаторов каналов, по которым предполагается осуществить передачу данных.

С выхода первого фильтра 21 сигнал поступает на низкочастотный выход имитатора, к которому может подклю77 !0 чаться приемный модем (УПС) аппаратуры передачи данных.

Если к выходу имитатора подключается приемник каналообразующей armaратуры (например, приемная радиостанция), то переключатель 19 ставится в такое положение, чтобы скоммутировать свой вход со своим вторым выходом.

При этом информационный сигнал с выхода переключателя 9 частотно, модулирует несущую частоту генератора 22 высокой частоты. Далее сигнал поступает на второй фильтр 23, чьи характеристики эквивалентны характеристикам канальных фильтров только передатчика каналообразующей аппаратуры. С выхода второго фильтра 23 сигнал поступает на высокочастотный выход имитатора к которому может подключаться приемное устройство каналообразующей аппаратуры (например, приемная радиостанция или приемное устройство каналообразующей аппаратуры гидроакустического канала связи).

Формула изобретения

Имитатор многолучевого радиоканала, содержащий многовходовый сумматор, Х ветвей формирования сигнала прямого луча, каждая из которых состоит из блока замирания, N ветвей формирования сигнала задержанного луча,.каждая из которых состоит из перестраи- ваемой линии задержки, вход которой является входом ветви формирования сигнала задержанного луча, и блока зами раний, причем выходы И ветвей формирования сигнала задержанного луча и выходы N ветвей формирования сигнала прямого луча соединены с соответствующими входами многовходового сумматора, а информационные входы Й ветвей формирования сигнала задержанного луча и информационные входы N ветвей формирования сигнала прямого лучаобъединены, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, введены блок опорных частот, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами N ветвей формирования сигнала задержанного луча и управляющим входом N ветвей формирования сигнала прямого луча, первый аналого-цифровой преобразователь, информационный вход

1580577

Составитель Е. Голуб

Техред Л.Сердюкова . Корректор И.Муска

Редактор С.Патрушева

Заказ 2023 Тираж 528 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 которого является входом имитатора многолучевого радиоканала, управляющий вход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с первым выходом блока опорных частот, а выход

5 первого аналого-цифрового преобразователя соединен с объединенными входами N ветвей формирования сигнала задержанного сигнала и N ветвей формирова-10 ния сигнала прямого луча, последоватЕльно соединенные первый цифроаналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом многовходового сумматора, второй аналого-цифровой преобразователь, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока опорных частот, блок имитации эффекта Доплера, первый и второй управляющие входы которого соединены с первым и вто- 20 рым выходами блока опорных частот, второй цифроаналоговый преобразователь, блок имитации шума, переключатель, блок сдвига частоты и .первый фильтр, выход которого являет- 25 ся низкочастотным выходом имитатора многолучевого радиоканала, последовательно соединенные генератор высокой частоты, вход которого соединен с вторым выходом переключателя и

Ф второй фильтр, выход которого является высокочастотным выходом имитатора многолучевого радиоканала, при этом в каждую ветвь формирования сигнала задержанного луча введен блок имитации эффекта Доплера, вход которого соединен с выходом блока замираний, вход которого соединен с выходом перестраиваемой линии задержки, управляющий вход которой соединен с управляющим входом блока замираний и первым управляющим входом блока имитации эффекта Доплера и является первым управляющим входом каждой ветви формирования сигнала задержанного луча, вторым управляющим входом и выходом которой являются соответственно второй управляющий вход и выход блока имитации эффекта Доплера.