Устройство широкополосной радиосвязи

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с шумопобными сигналами. Техническим результатом является повышение помехозащищенности. Для достижения технического результата устройство, содержащее блок синхронизации, фазовый детектор, умножители, полосовые фильтры, генератор псевдослучайной последовательности, формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности и блок фазирования, снабжено первым широкополосным фильтром, режекторным фильтром, усилителем, вычитающим блоком, вторым широкополосным фильтром, ключевым узлом, анализатором помех и ограничителем. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и преимущественно может быть использовано в системах связи с шумоподобными сигналами.

Известны системы радиосвязи с шумоподобными сигналами, например, описанные в авторских свидетельствах:

№489254 "Радиолиния с шумоподобными сигналами c совмещением каналов синхронизации и информации";

№651492 "Радиолиния для передачи дискретной информации".

Основным недостатком этих систем является низкая помехоустойчивость в условиях воздействия помех с сосредоточенным спектром. Этот недостаток обусловлен неоптимальностью алгоритмов обработки сигнала по отношению к таким помехам.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому следует считать изобретение "Аппаратура для передачи дискретной информации", описанное в авт.св. №300946, МПК Н 03 С 3/40, 03.10.68 г.

Блок-схема устройства-прототипа изображена на фиг.1, для которой введены следующие обозначения:

1 - генератор колебаний несущей и тактовой частот (ГНТЧ);

2, 12 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);

3, 13 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПП);

4, 14 - блок фазирования;

5, 6, 10, 11 - умножители;

7 - фазовращатель на 90°;

8 - фазовый манипулятор;

9 - схема сложения;

15 - блок синхронизации;

16, 17 - полосовые фильтры;

18 - фазовый детектор.

Аппаратура для передачи дискретной информации имеет следующие функциональные связи:

в передатчике один выход ГНТЧ 1 соединен с первым входом схемы сложения 9 через формирователь ФОПП 2 и умножитель 5 и со вторым входом схемы сложения 9 - через генератор ГПП 3 и умножитель 6, второй выход ГНТЧ 1 соединен со вторым входом умножителя 5 через фазовращатель на 90° 7 и со вторым входом умножителя 6 через фазовый манипулятор 8, входы блока фазирователя 4 подключены ко вторым входам ФОПП 2 и ГПП 3;

в приемнике входной сигнал подается на блок синхронизации 15, на первый вход фазового детектора 18 через умножитель 10 и полосовой фильтр 16, и на второй вход фазового детектора 18 через умножитель 11 и полосовой фильтр 17, выход блока синхронизации 15 подключен к ФОПП 12 и ГПП 13, соединенный между собой блоком фазирования 14, выходы ФОПП 12 и ГПП 13 подключены ко вторым входам умножителей 10 и 11 соответственно.

Устройство (прототип) работает следующим образом.

Передатчик ГНТЧ 1 формирует две частоты: тактовую частоту для ФОПП 2 и ГПП 3 и несущую частоту сигнала. Генераторы ФОПП 2 и ГПП 3, сфазированные между собой блоками фазирования 4, вырабатывают двоичные ортогональные псевдослучайные последовательности, которые поступают на умножители 5 и 6. 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 псевдослучайную последовательность. В результате на выходе умножителя 5 образуется сигнал, представляющий собой колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 0° и 180° по закону двоичной псевдослучайной последовательности.

На второй вход умножителя 6 через фазовый манипулятор 8 поступает колебание несущей частоты с выхода ГНТЧ 1.

В зависимости от знака передаваемой информации фазовый манипулятор 8 осуществляет поворот фазы несущего колебания на 0° или 180°. 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°, 40°, 80° и 270°.

В приемнике принимаемый сигнал поступает на умножители 10 и 11, аналогичные умножителям 5 и 6 передатчика, в которых умножается на двоичные псевдослучайные последовательности, вырабатываемые генераторами ФОПП 12 и ГПП 13, аналогичными ФОПП 2 и ГПП 3 передатчика. Сигнал с выхода умножителя 10 поступает на полосовой фильтр 16, который выделяет колебание несущей частоты.

Сигнал с выхода умножителя 11 поступает на полосовой фильтр 17, выделяющий колебание несущей частоты, манипулированное по фазе передаваемой информацией. Выходные сигналы полосовых фильтров 16 и 17 подаются на фазовый детектор 18, выделяющий информационную разность фаз между ними.

Генераторы псевдослучайных последовательностей ФОПП 12 и ГПП 13 фазируются между собой блоком 14.

Синхронизацию двоичных псевдослучайных последовательностей в приемнике с двоичными псевдослучайными последовательностями принимаемого сигнала осуществляет блок синхронизации 15.

Основным недостатком устройства прототипа является низкая помехозащищенность по отношению к помехам с сосредоточенным спектром. Действие таких помех на приемник практически аналогично действию флуктуационных шумов той же мощности.

Целью предлагаемого устройства является повышение помехозащищенности связи при воздействии помех с сосредоточенным спектром.

Эта цель достигается введением в приемник режекторного фильтра, двух широкополосных фильтров, анализатора помех, вычитающего блока, усилителя, ограничителя и ключевого узла с их функциональными связями.

Передатчик предлагаемого устройства выполнен аналогично передатчику устройства-прототипа.

Блок-схема приемника предлагаемого устройства изображена на фиг.2, для которой введены следующие обозначения:

10, 11 - умножители;

12 - формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности (ФОПП);

15 - генератор псевдослучайной последовательвности (ГПП);

14 - блок фазирования;

15 - блок синхронизации;

16, 17 - полосовые фильтры;

18 - фазовый детектор;

19, 26 - широкополосные фильтры;

20 - режекторный фильтр;

21 - усилитель;

22 - анализатор помех;

25 - вычитающий блок;

24 - ключевой узел;

25 - ограничитель.

Приемник предлагаемого устройства имеет следующие функциональные связи: последовательно соединенные широкополосный фильтр 19, режекторный фильтр 20, усилитель 21, вычитающий блок 23 и широкополосный фильтр 26 подключены ко входам блока синхронизации 15 и умножителей 10 и 11, выход усилителя 21 соединен со входами анализатора помех 22 и ограничителя 25, выход которого подключен к ключевому узлу 24, второй вход которого соединен с анализатором помех 22, а выход подключен к вычитающему блоку 25, выходы умножителей 10 и 11 соединены с фазовым детектором 18 через полосовые фильтры 16 и 17 соответственно, выход блока синхронизации 15 подключен к ФОПП 12 и ГПП 13, соединенным между собой блоком фазирования, выход ФПП 12 подключен к умножителю 10, а выход ГПП 13 к умножителю 11.

Приемник предлагаемого устройства работает следующим образом.

Входной сигнал фильтруется в широкополосном фильтре 19, согласованном по полосе с передаваемым шумоподобным сигналом, и поступает на режекторный фильтр 20, не пропускающий колебания несущей частоты сигнала. С выхода блока 21 сигнал подается на усилитель 21, усиливающий его до некоторого постоянного уровня а₀. Выходной сигнал усилителя подается на вычитающий блок 23, анализатор помех 22 и ограничитель 25.

Ограничитель 25 имеет характеристику

Анализатор помех 22 определяет наличие помехи с сосредоточенным спектром, мощность которой составляет большую часть мощности входного сигнала. При наличии такой помехи анализатор помех 22 открывает ключевой узел 24 и пропускает выходной сигнал ограничителя 25 на вычитающий блок 23. В блоке 23 сигнал ограничителя 25 вычитается из сигнала усилителя 21. Поскольку, как известно, ограничитель подавляет сигналы слабого уровня, при вычитании помеха скомпенсируется, а полезный сигнал останется. В широкополосном фильтре 26 устраняются гармоники входного сигнала, возникшие при прохождении через ограничитель 25.

При отсутствии помех с сосредоточенным спектром ключевой узел 24 закрыт и выходной сигнал усилителя без искажений проходит через вычитающий блок 23 на широкополосный фильтр 26.

С выхода блока 26 сигнал подается на блок синхронизации 15 и умножители 10 и 11, в которых умножается на двоичные псевдослучайные последовательности, вырабатываемые генераторами ФОПП 12 и ГПП 13.

Сигнал с выхода умножителя 10 поступает на полосовой фильтр 16, выделяющий колебание несущей частоты.

Сигнал с выхода умножителя 11 подается на полосовой фильтр 17, выделяющий колебание несущей частоты, манипулированное по фазе передаваемой информацией.

Выходные сигналы полосовых фильтров 16 и 17 поступают на фазовый детектор 18, который выделяет информационную разность фаз между ними.

Генераторы псевдослучайных последовательностей ФОПП 12 и ГПП 13 фазируются между собой блоком фазирования 14. Синхронизацию двоичных псевдослучайных последовательностей генераторов ФОПП 12 и ГПП 13 с принимаемым сигналом осуществляет блок синхронизации 15.

Основным преимуществом предлагаемого устройства широкополосной радиосвязи по сравнению с устройством-прототипом является высокая помехозащищенность при воздействии помех с сосредоточенным спектром.

Действительно, рассмотрим случай, когда на вход приемника поступает узкополосная помеха

П_t=U cosϕ(t)

и полезный сигнал

S_t=V cosψ(t)

причем соотношение сигнал/помеха гораздо меньше единицы ( ).

Если частота помехи совпадает с несущей частотой сигнала, она не проходит на блок синхронизации 15 и умножители 10 и 11 благодаря включению режекторного фильтра 21. При отстройке частоты помехи от несущей частоты сигнала на выходе усилителя, вследствие того, что он поддерживает выходной сигнал на постоянном уровне а₀, образуется сигнал

Этот сигнал можно представить в виде

X _t=R_t cosα_t,

где R_t - огибающая сигнала

При прохождении такого сигнала через ограничитель 25 с характеристикой

образуется сигнал

Сигналы вида cos(2n+1)α_t при n≥1 имеют частоту высших гармоник сигнала S_t, поэтому они отфильтровываются в фильтре 26 и их можно не рассматривать. Разность сигналов X_t и Y_t, форматирующаяся в блоке 23, имеет вид

Заменяя приближенным выражением (с учетом q<1)

получим

Таким образом, на выходе блока 23 мощность сигнала и помехи равны.

Следовательно, введение новых элементов позволяет почти полностью компенсировать узкополосную помеху и тем самым повысить помехозащищенность приемника.

Формула изобретения

Устройство широкополосной радиосвязи, содержащее блок синхронизации, вход которого подключен к двум входам фазового детектора через соответствующие последовательно соединенные умножители и полосовые фильтры, выход блока синхронизации соединен со вторыми входами умножителей соответственно через генератор псевдослучайной последовательности и формирователь ортогональной псевдослучайной последовательности, другой выход которого подключен к другому входу генератора псевдослучайной последовательности через блок фазирования, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности при воздействии помех с сосредоточенным спектром, введены последовательно соединенные первый широкополосный фильтр, режекторный фильтр, усилитель, вычитающий блок и второй широкополосный фильтр, выход которого подключен ко входу блока синхронизации, а также ключевой узел, анализатор помех и ограничитель, выход которого через ключевой узел подключен к вычитающему блоку, второй вход ключевого узла соединен с выходом анализатора помех, вход которого соединен со входом ограничителя и подключен к выходу усилителя.

РИСУНКИ