Способ сложения сигналов от разнесенных антенн

 

Изобретение относится к области передачи цифровой информации. При сложении сигналов, принятых разнесенными антеннами, производится суммирование отсчетов, производимых на выходах согласованных фильтров демодуляторов приемных устройств каждой из антенн один раз за длительность информационного символа, а отсчеты представляются в цифровом виде. В пункте суммирования обеспечивается совпадение во времени информационных потоков от каждой антенны. Достоинством способа является возможность использования в системе антенн, разнесенных на сотни километров друг от друга, что особенно важно для обеспечения связи с космическими аппаратами в глубоком космосе. Технический результат заключается в снижении требований к точности совмещения принятых сигналов во времени и линейности линий связи. 2 ил.

Изобретение относится к области передачи цифровой информации с помощью радиотехнических средств и может быть использовано в системах дальней связи для повышения энергетического потенциала радиолинии.

Известны системы приема, реализующие оптимальное линейное сложение сигналов от разнесенных антенн, где обеспечивается когерентность складываемых сигналов с помощью системы ФАПЧ, приводящей фазу одного сигнала к фазе другого (Л1, стр. 244).

Известны также системы приема, где решение принимается в два этапа. На первом этапе в каждом разнесенном канале принимается предварительное решение, какой информационный символ содержит данная посылка сигнала, а на заключительном этапе принимается решение о переданном символе, используя мажоритарный принцип (Л1, стр. 258).

Недостатком первого прототипа является требование очень высокой точности совмещения принятых сигналов во времени, что делает практически невозможной его реализацию при разнесении антенн на сотни километров из-за большой абсолютной величины и больших флюктуаций времени задержки в линиях связи. Кроме того, передача аналогового сигнала предъявляет высокие требования к линии связи.

Второй прототип свободен от указанных недостатков первого прототипа, но в силу мажоритарного принципа принятия решения не дает повышения энергетического потенциала и не может быть применен при использовании двух антенн.

Предлагаемый метод отличается тем, что с целью снижения требований к точности совмещения принятых сигналов во времени в пункт суммирования передается не весь сигнал, а его отсчет, взятый на выходе согласованного фильтра в отсчетный момент времени, а с целью снижения требований к линейности линии связи отсчет передается в цифровой форме.

При сложении сигналов по первому способу, для получения выигрыша в отношении сигнал/шум, близкого к теоретическому, необходимо совмещение во времени с точностью не хуже 30^o по фазе несущей. Если учесть, что для качественного детектирования необходимо, чтобы на интервале одного символа (Т) умещалось не менее четырех полных периодов несущей, то требуемая точность совмещения во времени составит примерно 0.02 Т.

При протяженности линий связи в десятки и сотни километров случайные флюктуации времени задержки в линии по величине и скорости изменения значительно превосходят требуемую величину, что делает сложение сигналов данным способом от антенн, разнесенных на такие расстояния, практически нереализуемым.

Для реализации такого сложения сигналы должны передаваться по аналоговым линиям связи, к которым в этом случае предъявляются высокие требования по линейности амплитудных и фазочастотных характеристик и по идентичности амплитудно-частотных характеристик.

При сложении сигналов по предлагаемому способу, в пункт сложения передается отсчет, взятый на выходе согласованного фильтра один раз на интервале длительности символа Т и сохраняемый до следующего отсчета. В этом случае в пункте сложения величина этого отсчета, необходимая для выполнения операций по суммированию, может быть определена в любой момент на интервале Т и, следовательно, необходимая точность совмещения во времени составляет 0.5 Т.

Поскольку отсчет представляет собой величину постоянную на интервале Т, он может передаваться в пункт суммирования в виде числа по цифровым линиям связи, к которым могут быть предъявлены значительно менее жесткие требования по параметрам, указанным выше.

Структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа применительно к сложению сигналов от двух антенн представлена на фиг. 1.

Сигналы, принятые антеннами (1) в пунктах приема 1 и 2 усиливаются, детектируются, синхронизируются и фильтруются согласованными фильтрами в приемных устройствах (2). В устройствах выборки и хранения (3) производится выборка отсчета сигнала на выходе согласованного фильтра в момент, оптимальный с точки зрения достоверности приема информации на интервале длительности символа Т и преобразование его в число. Аппаратура передачи данных (4) переводит полученное число из параллельного вида в последовательный, снабжает полученное слово меткой и передает по линиям связи.

В пункте суммирования аппаратура приема данных (5) принимает сигналы из линий связи и, пользуясь метками, переводит их из последовательного вида в параллельный. Затем сигналы вводятся в переменную (7) и постоянную (9) цифровые линии задержки. Считывание сигналов из линий задержки производится единым тактом, который формируется из одного из принятых сигналов устройством синхронизации (8).

С выходов линий задержки старшие разряды отсчетов подаются на цифровой коррелятор (10), который обнаруживает момент совпадения сигналов во времени. Сигналами от коррелятора через устройство управления (6) изменяется время задержки в переменной линии задержки (7) с дискретом, равным Т. В момент совпадения сигналов изменение задержки прекращается. С выходов линий задержек (7) и (9) полные отсчеты (все разряды) подаются на устройство измерения весовых коэффициентов (11), в котором определяются отношения сигнал/шум в каждом сигнале и вычисляются требуемые весовые коэффициенты, и на устройство суммирования (12), в котором отсчеты умножаются на соответствующие весовые коэффициенты и суммируются.

Суммарные отсчеты подаются на устройство принятия решения (13), где выносится решение о принятом символе.

В большинстве случаев передаваемая информация организована в виде фрагментов постоянной длины (кадров), каждый из которых имеет в начале и/или в конце опознавательную метку в виде набора символов с априорно известной структурой (кадровое синхрослово). Это свойство можно использовать для заметного ускорения процесса временного совмещения суммируемых сигналов, совмещая их вначале по кадровым синхрословам, а затем перемещая во времени целыми кадрами до полного совмещения.

Структурная схема устройства, реализующего данный алгоритм, приведена на фиг. 2.

Сигналы, приходящие из пунктов приема, принимаются аппаратурой приема данных (1) и преобразуются в параллельный код. Старшие разряды отсчетов подаются на цифровые корреляторы (2), в которые в качестве опорного сигнала записано кадровое синхрослово. Полные отсчеты сигналов (все разряды) подаются на постоянную линию задержки (5) и переменную (3) линию задержки, время задержки в которой может изменяться с дискретом, равным Т. Устройство управления (4) определяет разность во времени прихода импульсов совпадений от корреляторов (2) и устанавливает время задержки в линии (3) таким, чтобы на выходах линий (3) и (5) кадровые синхрослова совместились с точностью до 0.5 Т.

С выхода линии задержки (3) сигнал поступает на переменную линию задержки (6), время задержки в которой может изменяться с дискретом, равным длине кадра по командам от устройства управления (7). Цифровой коррелятор (8), на входы которого поступают старшие разряды отсчетов с выходов линий (5) и (6), определяет момент совпадения сигналов во времени. При отсутствии сигнала совпадения от коррелятора (8) устройство управления (7) изменяет время задержки в линии (6). При поступлении сигнала совпадения изменения прекращаются.

Формула изобретения

Способ сложения сигналов, принятых разнесенными антеннами, заключающийся в совмещении во времени сигналов, снятых с выходов демодуляторов приемных устройств этих антенн и переданных в пунт суммирования по линиям связи, умножении каждого сигнала на весовой коэффициент, зависящий от отношения сигнал/шум в нем, и последующем линейном суммировании сигналов, отличающийся тем, что производится передача по линиям связи в пункт суммирования и суммирование отсчетов производимых на выходах согласованных фильтров, подключенных к выходам демодуляторов приемных устройств каждой из антенн, один раз на интервале информационного символа в момент оптимальный с точки зрения достоверности приема информации, представленных в цифровом виде.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2