Многоканальная система радиосвязи с повторным использованием частоты

 

Изобретение относится к системам радиосвязи и может быть использовано в радиолиниях связи с повторным использованием частоты (ПИЧ). Технический результат - повышение помехоустойчивости и скрытности информации. Многоканальная система радиосвязи с ПИЧ содержит генератор ПСП 1, фазовый манипулятор 2, разветвитель мощности 3, первый и второй амплитудные модуляторы 4,6, противофазный усилитель 5, передающие антенны 7,8, приемные антенны 9,10, сумматор 11, вычитатель 12, синхронный детектор 13, фильтр нижних частот (ФНЧ), 14, ключ 15, фазовращатель на 90^o 16, ограничитель 17, демодулятор 18. 4 ил.

Изобретение относится к системам радиосвязи и может быть использовано в радиолиниях связи с повторным использованием частоты (ПИЧ).

Известны системы радиосвязи с повторным использованием частоты (ПИЧ), в которых ПИЧ достигается за счет обеспечения ортогональности по поляризации двух передаваемых одновременно сигналов с круговой или линейной поляризацией.

Однако при таком способе радиосвязи с ПИЧ требуется использование пилот-сигнала с целью обеспечения высоких требований к ортогональности по поляризации передаваемых сигналов.

Применение пилот-сигнала требует выделения дополнительного частотного сигнала, что снижает помехоустойчивость такого способа радиосвязи с ПИЧ.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является патент РФ N 2001531, принятый за прототип.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где введены обозначения: 1 - генератор ФМ-сигналов, 2 - разветвитель мощности, 3,4 - амплитудные модуляторы, 5 - противофазный усилитель, 6,7 - передающие антенны, 8,9 - приемные антенны, 10 - сумматор, 11 - вычитатель, 12 - фазовращатель на 90^o, 13 - перемножитель, 14 - демодулятор основного сообщения, 15 - фильтр нижних частот (ФНЧ).

Устройство-прототип содержит на передающей стороне генератор сигналов 1, модулированных основным сообщением, выход которого соединен со входом разветвителя мощности 2, первый и второй выходы которого соответственно через первый и второй амплитудные модуляторы 3, 4 соединены с первой и второй передающими антеннами 6, 7, первый и второй выходы противофазного усилителя 5 соединены с управляющими входами амплитудных модуляторов 3, 4 соответственно, а вход является входом дополнительного сообщения устройства, на приемной стороне первую и вторую приемные антенны т8, 9, выходы которых соединены соответственно с первыми и вторыми входами сумматора 10 и вычитателя 11, выход которого через перемножитель 13 соединен со входом ФНЧ 15, выход которого является дополнительным выходом устройства, а выход сумматора 10 через фазовращатель на 90^o 12 соединен с другим входом перемножителя 13 и со входом демодулятора основного сообщения 14, выход которого является основным выходом устройства Устройство-прототип работает следующим образом.

Генератор сигналов 1, модулированный по фазе или частоте основным сообщением, формирует сигнал вида U_с(t) = V_сcosΨ(t) (1) где V_с - амплитуда сигнала; Ψ(t) = ω(t) + ϕ(t) ω - угловая частота; ϕ(t) - функция изменения фазы сигнала, соответствующая фазовой или частотной модуляции основным сообщением.

Сигнал 1 поступает на вход разветвителя мощности 2, с выхода которого сигнал разветвляется на два канала, в которых установлены амплитудные модуляторы 3, 4, выполненные в виде управляемых высокочастотных усилителей. В них амплитуда проходящих сигналов изменяется противофазно по закону дополнительного сообщения с помощью напряжений, снимаемых с противофазного усилителя 5. При этом сигналы на выходах модуляторов 3, 4 имеют вид где V - амплитуда; f(t) - функция изменения амплитуды сигнала, соответствующая дополнительному сообщению.

Сигналы 2 и 3 излучаются в пространство передающими антеннами 6, 7.

На фиг. 2 показано расположение в пространстве передающих 6, 7 и приемных 8, 9 антенн.

Передающие и приемные антенны располагаются симметрично относительно оси OO¹, соединяющей середины баз антенн d_T, d_R.

Мы рассматриваем случай, когда нет развязки между передающими и приемными антеннами, что имеет место при Z_T << d_T, Z_R << d_R, где Z_T и Z_R - размеры апертур передающих и приемных антенн. В этом случае диаграммы направленности антенн практически полностью перекрываются.

На выходах приемных антенн 8, 9 получим сигнал


где V_n - амплитуда сигнала в месте приема, обусловленная излучением одной из передающих антенн;
Δϕ - разность фаз, возникающая от разности хода лучей, которая определяется как

где Δt - время, необходимое для преодоления радиоволной расстояния Δl (разности хода лучей);
C - скорость света.

Так как
Из геометрических построений на фиг. 2 следует, что

Поставив (7) в (6), получим

где λ - длина волны;
D - расстояние между передающей и приемной сторонами.

На выходах сумматора 10 и вычитателя 11 будут действовать сигналы
U_Σ(t) = 2V_п{cosΨ(t) + cos[Ψ(t)-Δϕ]} (9)
U_Δ(t) = 2V_пf(t){cosΨ(t) - cos[Ψ(t)-Δϕ]} (10)
После преобразования получим

Из выражений (11) и (12) видно, что сигнал с выхода сумматора 10 имеет только угловую модуляцию функцией ϕ(t) [поскольку Ψ(t) = ω(t) + ϕ(t) ], а сигнал с выхода вычитателя 11 имеет как угловую, так и амплитудную модуляцию функцией f(t).

Необходимо отметить, что эта амплитудная модуляция есть результат пространственной модуляции сигнала, излучаемого передающими антеннами.

Радиолинию связи с дополнительной пространственной модуляцией сигнала можно рассматривать как двухканальную. Очевидно, что коэффициенты передачи сигналов в каналах угловой и пространственной модуляции являются периодическими функциями сдвига фаз Δϕ , который является функцией расстояния между антеннами на передающей и приемной сторонах d_T и d_R, дальности связи Д и длины волны λ . При Δϕ = π/2 + 2πn эти коэффициенты передачи равны, при этом

Амплитудно-модулированный сигнал (12) с выхода вычитателя 11 поступает на вход цепочки последовательно включенных перемножителя 13 и ФНЧ 15. Эта цепочка играет роль синхронного демодулятора (см. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей. -М.: Радио и связь, 1982 с. 100), на выходе которого выделяется дополнительное сообщение, передававшееся по каналу пространственной модуляции.

Чтобы использовать выходной сигнал сумматора 10 в качестве опорного для синхронного демодулятора, его необходимо сфазировать со входным сигналом этого демодулятора, для чего служит фазовращатель на 90^oC 12.

Сигнал с выхода фазовращателя 12 модулирован только по углу, поэтому он поступает для демодуляции по углу на демодулятор основного сообщения 14, на выходе которого выделяется основное сообщение, передававшееся по каналу угловой модуляции.

Но данное устройство-прототип имеет низкую помехоустойчивость, а также недостаточную скрытность передаваемой информации.

Для повышения помехоустойчивости и повышения скрытности в устройство-прототип, содержащее на передающей стороне разветвитель мощности, два выхода которого соединены соответственно с первыми входами первого 4 и второго 6 амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами противофазного усилителя, на вход которого подается "ИНФ2", выходы первого 4 и второго 6 амплитудных модуляторов подключены соответственно с первой 7 и второй 8 передающих антенн; на приемной стороне первая и вторая приемные антенны, которые соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора и вычитателя, выход сумматора подключен ко входу фазовращателя на 90^o, фильтр нижних частот и демодулятор введены на передающей стороне генератора ПСП, выход которого соединен с входом фазового манипулятора, на второй вход которого подается "ИНФ1", а выход подключен к входу разветвителя мощности; на приемной стороне синхронный детектор, один из входов которого соединен с выходом вычитателя, а выход подключен ко входу фильтра нижних частот, ограничитель, вход которого соединен с выходом фазовращателя на 90^o, а выход соединен с входом демодулятора и первым входом ключа, второй вход которого соединен со вторым выходом демодулятора, а выход ключа соединен с вторым входом синхронного детектора.

На фиг. 3 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено: 1 - генератор ПСП, 2 - фазовый манипулятор, 3 - разветвитель мощности, 4,6 - первый и второй амплитудные модуляторы, 5 - противофазный усилитель, 7,8 - передающие антенны, 9,10 - приемные антенны, 11 - сумматор, 12 - вычитатель, 13 - синхронный детектор, 14 - фильтр нижних частот (ФНЧ), 15 - ключ, 16 - фазовращатель на 90^o, 17 - ограничитель, 18 - демодулятор.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи: на передающей стороне генератора псевдослучайной последовательности 1 (ГПСП), выход которого соединен с первым входом фазового манипулятора 2, на второй вход которого подается "ИНФ1", а выход подключен к входу разветвителя мощности 3, два выхода которого соединены с первыми входами первого 4 и второго 6 амплитудных модуляторов соответственно, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами противофазного усилителя 5, на вход которого подается "ИНФ 2", выходы первого 4 и второго 6 амплитудных модуляторов подключены соответственно к первой 7 и второй 8 передающих антенн; на приемной стороне первая 9 и вторая 10 приемные антенны подключены соответственно к двум входам сумматора 11 и вычитателя 12, выход сумматора 12 через фазовращатель на 90^o 16 и ограничитель 17 подключен к первому входу ключа 15 и входу демодулятора 18, первый выход которого соединен со вторым входом ключа 15, а с второго выхода того же демодулятора снимается "ИНФ1", выход вычитателя 12 через фазовый детектор 13 подключен ко входу фильтра нижних частот 14, с выхода которого снимается "ИНФ2", а второй вход синхронного детектора 13 подключен к выходу ключа 15.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Генератор псевдослучайной последовательности 1 (ГПСП) вырабатывает ПСП с заданной структурой, которая подается на вход фазового манипулятора 2, на второй вход которого поступает сигнал "ИНФ1" и на выходе фазового манипулятора, таким образом, получается фазоманипулированный сигнал. Этот сигнал поступает на вход разветвителя мощности 3, с выхода которого сигнал разветвляется на два канала, в которых установлены амплитудные модуляторы 4 и 6, выполненные в виде управляемых высокочастотных усилителей. В них амплитуда проходящих сигналов изменяется противофазно по закону дополнительного сообщения, с помощью напряжений, снимаемых с противофазного усилителя 5.

Сигналы, снимаемые с амплитудных модуляторов 4 и 6, излучаются в пространство передающими антеннами 7 и 8.

Принятые приемными антеннами 9,10 сигналы поступают на входы сумматора 11 и вычитателя 12. Амплитудно-модулированный сигнал с выхода вычитателя 12 поступает на вход цепочки последовательно включенных синхронного детектора 13 и ФНЧ 14. Эта цепочка играет роль синхронного демодулятора (см. Андреев В. С. Теория нелинейных электрических цепей. -М.: Радио и связь 1982, ч. 100), на выходе которого выделяется дополнительное сообщение, передававшееся по каналу пространственной модуляции. Чтобы использовать выходной сигнал сумматора 11 в качестве опорного для синхронного детектора 13, его необходимо сфазировать со входным сигналом этого детектора, для чего служит фазовращатель 16 на 90^o.

Основной сигнал с фазовращателя 16 через ограничитель 17 поступает на демодулятор основного сообщения 18, схема которого приведена на фиг. 4, где обозначено: 18-1 - перемножитель, 18-2 - ФНЧ, 18-3 - фазовый детектор, 18-4 - генератор опорных сигналов (ГПСП) и 18-5 - блок синхронизации.

Снятый ФМ-сигнал с ограничителя 17 поступает на первый вход перемножителя 18-1, на второй вход которого подается опорный сигнал в виде ПСП с генератора 18-4. Задача блока синхронизации 18-5 - сфазировать сигнал ПСП генератора 18-4 (опорный сигнал) с принятым сигналом в перемножителе 18-1. Далее уже узкополосный сигнал (со снятой ПСП) через узкополосный фильтр поступает на фазовый детектор, который и выделяет основную информацию.

Таким образом, применение ШПС в предлагаемом устройстве позволило: во-первых, повысить помехозащищенность при действии мощных помех; во-вторых, обеспечить кодовую адресацию большого числа абонентов и их кодовое разделение при работе в общей полосе частот и, в-третьих, обеспечить совместимость приема информации с высокой достоверностью и измерение параметров движения объекта с высокими точностями и разрешающими способностями.

Формула изобретения

Многоканальная система радиосвязи с повторным использованием частоты, содержащая на передающей стороне разветвитель мощности, два выхода которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами противофазного усилителя, вход которого соединен с источником дополнительной информации "ИНФ2", выходы первого и второго амплитудных модуляторов соединены соответственно с первой и второй передающими антеннами, на приемной стороне первая и вторая приемные антенны, к которым присоединены соответственно первые и вторые входы сумматора и вычитателя, ФНЧ, фазовращатель на 90^o и демодулятор основных сообщений, отличающаяся тем, что введен на передающей стороне генератор ПСП, выход которого соединен с входом фазового манипулятора, второй вход которого соединен с источником "ИНФ1", а выход присоединен к входу разветвителя мощности, на приемной стороне введены синхронный детектор, первый вход которого соединен с выходом сумматора, а выход соединен с ФНЧ, ограничитель, вход которого соединен с выходом фазовращателя на 90^o, а выход присоединен к входу демодулятора основных сообщений, электронный ключ, первый вход которого соединен с выходом ограничителя, второй вход соединен с вторым выходом демодулятора основных сообщений, а выход соединен с вторым входом синхронного детектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4