Система широкополосной радиосвязи
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных системах связи с помощью шумоподобных сигналов. Техническим результатом является увеличение пропускной способности. Для достижения технического результата система, содержащая на передающей стороне генератор псевдослучайной последовательности (ПСП), синтезатор частот, модулятор, сумматор, а на приемной стороне генератор ПСП, подключенный к модулятору, перемножитель, фильтр промежуточной частоты и демодулятор, снабжена на передающей стороне преобразователем кода, включенным между выходом генератора ПСП и входом синтезатора частот, а на приемной стороне - преобразователем кода, включенным между выходом генератора ПСП и входом синтезатора частот, дополнительным модулятором, дополнительным перемножителем, дополнительным фильтром промежуточной частоты, первым детектором, вычитателем, фильтром нижних частот, вторым детектором и сумматором. 2 ил. 
Предлагаемое устройство относится к области радиосвязи и преимущественно может использоваться в широкополосных системах связи шумоподобными сигналами.
Известны устройства широкополосной радиосвязи для передачи дискретной информации с помощью шумоподобных сигналов. Подобное устройство описано, например, в авторском свидетельстве №300946 "Аппаратура для передачи дискретной информации", где используются фазоманипулированные псевдослучайные сигналы для передачи дискретной информации от одного источника. В авторском свидетельстве №100945 "Устройство широкополосной радиосвязи" описано устройство для передачи и приема дискретной информации от двух независимых источников также с помощью фазоманипулированных псевдослучайных сигналов.
В настоящее время большое значение приобретают комбинированные сигналы, представляющие собой сочетание псевдослучайной модуляции со скачкообразным изменением частоты, времяимпульсной модуляции и скачкообразного изменения частоты, псевдослучайной и времяимпульсной модуляции. Наиболее перспективными являются сигналы с псевдослучайной модуляцией и скачкообразным изменением частоты, в отечественной литературе такие сигналы называются дискретными составными частотными сигналами с фазовой манипуляцией (ДСЧ-ФМ). Одновременное использование двух методов широкополосной модуляции позволяет обеспечить такие характеристики, которые невозможно получить за счет какого-либо одного вида модуляции.
В книге Р.К.Диксона "Широкополосные системы", М.: Связь, 1979 г., описаны устройства для передачи дискретной информации с помощью ДСЧ-ФМ сигналов.
В книге Л.Е.Варакина "Теория систем сигналов", М.: Сов. радио, 1979 г., также приводится пример использования таких сигналов.
Однако рассмотренные в этих книгах устройства для передачи дискретной информации имеют низкую пропускную способность, так как предназначены для передачи информации от одного источника.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому устройству широкополосной радиосвязи является устройство, описанное в книге Р.К.Диксона "Широкополосные системы", М.: Связь, 1979 г., стр.46-50 (прототип).
На фиг.1 представлена блок-схема устройства-прототипа, для которой введены следующие обозначения:
1, 8 - частотный синтезатор,
2, 10 - генератор псевдослучайной последовательности,
5, 6 - балансный модулятор,
4 - сумматор по модулю два,
5 - перемножитель,
7 - смеситель,
9 - фильтр промежуточной частоты,
11 - демодулятор низкочастотного сигнала.
Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи.
В передатчике один выход генератора псевдослучайной последовательности 2 через частотный синтезатор 1 соединен с первым входом балансного модулятора 5, второй вход которого через сумматор по модулю два 4, на который подается дискретная информация, подключен к другому выходу генератора псевдослучайной последовательности 2.
В приемнике один выход генератора псевдослучайной последовательности 10 через частотный синтезатор 8 и смеситель 7, на другой вход которого подается частота гетеродина, соединен с входом балансного модулятора 6, второй вход которого подключен к другому выходу генератора псевдослучайной последовательности 10, а выход через перемножитель 5, на второй вход которого подается входной широкополосный сигнал, и фильтр промежуточной частоты 9 соединен с входом демодулятора низкочастотного сигнала 11.
Устройство-прототип работает следующим образом. Генератор 2 передатчика вырабатывает псевдослучайную последовательность (ПСП) и код частоты, связанные между собой таким образом, что одному и тому же сегменту ПСП соответствует один и тот же код частоты. Частотный синтезатор 1 в соответствии с поступающим на него кодом формирует гармонический сигнал частоты fi (i=1,...n, где n - количество сегментов ПСП), подаваемый на радиочастотный вход балансного модулятора 3. Псевдослучайная последовательность суммируется по модулю два с передаваемой дискретной информацией в сумматоре 4 и в виде отрезков прямой и инвертированной ПСП подается на видеочастотный вход балансного модулятора 3, осуществляющего псевдослучайную модуляцию 
несущей, частота которой fi скачкообразно изменяется по определенному закону. В реальных системах связи частота следования символов двоичной псевдослучайной последовательности намного превышает частоту переключения частотных каналов ("несущей"), поэтому по одному частотному каналу (на одной частоте fi ) передается большое количество символов ПСП. Характер использования частотных каналов является псевдослучайным, как и сама последовательность, вырабатываемая генератором 2.
Сигнал на выходе балансного модулятора 3 представляет собой колебание со скачкообразно изменяющейся частотой и фазовой манипуляцией (ДСЧ-ФМ сигнал).
Коррелятор, используемый в приемнике для устранения широкополосной модуляции на входе демодулятора низкочастотного сигнала 11, представляет собой как бы комбинацию двух корреляторов - для одночастотного псевдослучайного сигнала и многочастотного сигнала.
В перемножителе 5 осуществляется перемножение входного и опорного ДСЧ-ФМ сигналов, при этом опорный сигнал формируется по аналогии с передатчиком за исключением того, что псевдослучайная последовательность, подаваемая на видеочастотный вход балансного модулятора 6, не инвертируется в соответствии с передаваемой информацией (отсутствует сумматор по модулю два), а центральная частота опорного сигнала с помощью смесителя 7 переносится на величину, равную промежуточной частоте тракта обработки низкочастотного сигнала.
Свернутый по спектру информационный радиосигнал с выхода фильтра промежуточной частоты 9 подается на демодулятор низкочастотного сигнала 11 для выделения переданной информации.
Использование в устройстве-прототипе ДСЧ-ФМ сигналов, сочетающих в себе свойства качественно разных дискретных частотных (ДЧ) и фазоманипулированных (ФМ) сигналов, позволяет реализовать большие базы (В=104÷10 6) при приемлемом числе частотных каналов, широко использовать цифровые методы и технику при формировании и обработке, уменьшить вероятность поражения устройства структурной помехой.
Несмотря на указанные положительные особенности, устройство широкополосной радиосвязи (прототип) имеет низкую пропускную способность и обеспечивает только одноканальную передачу информации.
Целью предлагаемого изобретения является увеличение пропускной способности устройства широкополосной радиосвязи и обеспечение одновременной и независимой передачи дискретной информации от двух независимых источников. Это цель достигается тем, что в передатчик устройства-прототипа введен преобразователь кода, а в приемник - два детектора, сумматор, схема вычитания, фильтр нижних частот, преобразователь кода, частотный синтезатор, выполненный с двумя сигнальными выходами, дополнительные перемножитель, фильтр промежуточной частоты и балансный модулятор.
Блок-схема предлагаемого устройства представлена на фиг.2, для которой введены следующие обозначения:
1, 8 - частотный синтезатор,
2, 10 - генератор псевдослучайной последовательности (генератор ПСП),
5, 6, 21 - балансный модулятор,
4 - сумматор по модулю два,
5, 20 - перемножитель,
9, 19 - фильтр промежуточной частоты,
11 - демодулятор низкочастотного сигнала,
12, 14 - преобразователь кода,
13, 18 - детектор,
15 - сумматор,
16 - схема вычитания,
17 - фильтр нижних частот.
Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи.
В передатчике последовательно соединены первый выход генератора ПСП 2, преобразователь кода 12, на второй вход которого подается дискретная информация ИНФ1, частотный синтезатор 1, радиочастотный вход балансного модулятора 3, видеочастотный вход которого через сумматор по модулю два 4, на который подается дискретная информация ИНФ2, соединен со вторым выходом генератора ПСП 2.
В приемнике первый выход частотного синтезатора 8, два входа которого подключены к преобразователю кода 14, соединен с последовательно включенными балансным модулятором 6, перемножителем 5, на второй вход которого подается входной сигнал, фильтром промежуточной частоты 9, детектором 13, схемой вычитания 16 и фильтром нижних частот 17, второй выход частотного синтезатора 8 соединен с последовательно включенными балансным модулятором 21, второй вход которого подключен к второму входу балансного модулятора 6 и выходу генератора ПСП 10, соединенного с входом преобразователя кода 14, перемножителем 20, на второй вход которого подается входной сигнал, фильтром промежуточной частоты 19, детектором 18 и вторым входом схемы вычитания 16, два входа сумматора 15 соединены с выходами фильтров промежуточной частоты 9 и 19, а выход подключен к демодулятору низкочастотного сигнала 11.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В генераторе ПСП 2 передатчика каждому из n сегментов псевдослучайной последовательности ставится в соответствие к - разрядный код (к=log2n), который подается на преобразователь кода 12, вырабатывающий команды управления частотным синтезатором 1.
При этом каждому коду, а следовательно, и каждому сегменту ПСП в преобразователе кода ставятся в соответствие две команды управления, одна из них подается на частотный синтезатор I при передаче информационного символа "единица", другая - при передаче информационного символа "нуль". Передаваемая информация ИНФ1 должна быть привязана к тактовой частоте кода. Тактирование информации может быть выполнено путем подачи команды управления на частотный синтезатор 1 только в момент поступления тактовых импульсов.
Частотный синтезатор в соответствии с поступающими на его вход командами управления формирует сигнал "несущей" со скачкообразно изменяющейся частотой, который подается на радиочастотный вход балансного модулятора 5, где манипулируется по фазе по закону модифицированной псевдослучайной последовательности, образованной в результате суммирования по модулю два дискретной информации ИНФ2 и псевдослучайной последовательности, вырабатываемой генератором ПСП 2.
Принимаемый широкополосный ДСЧ-ФМ сигнал поступает на перемножители 5 и 20, на видеочастотные входы которых подаются опорные ДСЧ-ФМ сигналы, сформированные следующим образом. Генератор ПСП 10, являющийся точной копией генератора ПСП 2 передатчика, вырабатывает псевдослучайную последовательность и синхронизированный с нею к-разрядный код.
Как и в передатчике, синхронизация между комбинациями кода и псевдослучайной последовательностью означает, что одному и тому же сегменту ПСП соответствует один и тот же код. В преобразователе кода 14 осуществляется преобразование (как и в передатчике) каждого кода в две команды управления, в соответствии с которыми частотный синтезатор 8 вырабатывает две когерентные "несущие" со скачкообразно изменяющейся частотой по законам, соответствующим передаче информационного символа "единица" для одной "несущей" и информационного символа "нуль" для другой "несущей".
В балансных модуляторах 6 и 21 "несущие" манипулируются по фазе по закону одной и той же псевдослучайной последовательности. Сформированные опорные ДСЧ-ФМ сигналы с выходов балансных модуляторов 6 и 21 подаются на перемножители 5 и 20 соответственно, где перемножаются с принимаемым ДСЧ-ФМ сигналом.
В результате перемножения принимаемого и опорных ДСЧ-ФМ сигналов спектр принимаемого сигнала сворачивается и на выходах фильтров промежуточной частоты 9 и 19 образуются отрезки радиосигналов, манипулированные по амплитуде и фазе информационными сигналами ИНФ1 и ИНФ2 соответственно. После детектирования и фильтрации на выходах детекторов 13 и 18 выделяются огибающие радиосигналов, которые подаются на схему вычитания 16. Разностный сигнал с выхода схемы вычитания подается на фильтр нижних частот 17 для выделения информационного сигнала ИНФ1, передаваемого по первому каналу.
После сложения сигналов, получаемых на выходах фильтров промежуточной частоты 9 и 19 в сумматоре 15 образуется сигнал, представляющий собой гармоническое колебание промежуточной частоты, манипулированное по фазе информационным сигналом ИНФ2, передаваемым по второму каналу. Выделение сигнала ИНФ2 осуществляется по аналогии с устройством-прототипом демодулятором низкочастотного сигнала 11.
Таким образом, благодаря введению ряда новых элементов в передатчик и приемник устройства-прототипа предлагаемое устройство широкополосной радиосвязи позволяет повысить пропускную способность и обеспечить одновременную передачу дискретной информации от двух независимых источников.
Формула изобретения
Система широкополосной радиосвязи, содержащая на передающей стороне генератор псевдослучайной последовательности (ПСП), синтезатор частот, подключенный к модулятору, другой вход которого через сумматор соединен с выходом генератора ПСП, а на приемной стороне генератор ПСП, подключенный к модулятору, другой вход которого соединен с выходом синтезатора частот, а выход подключен к входу перемножителя, выход которого подключен к входу фильтра промежуточной частоты, и демодулятор, отличающаяся тем, что, с целью увеличения пропускной способности, на передающей стороне введен преобразователь кода, включенный между выходом генератора ПСП и входом синтезатора частот, а на приемной стороне введены преобразователь кода, включенный между выходом генератора ПСП и входом синтезатора частот, последовательно соединенные дополнительный модулятор, дополнительный перемножитель, дополнительный фильтр промежуточной частоты, первый детектор, вычитатель и фильтр нижних частот, а также второй детектор и сумматор, причем выход сумматора соединен с входом демодулятора, а входы сумматора соединены с выходами фильтров промежуточной частоты, выход генератора ПСП подключен к входу дополнительного модулятора, второй вход которого соединен с другим выходом синтезатора частот, выход фильтра промежуточной частоты через второй детектор подключен к второму входу вычитателя, при этом входы перемножителей объединены.
РИСУНКИ
