Широкополосное приемо-передающее устройство

 

Изобретение относится к области радиосвязи, в частности к широкополосным приемо-передающим устройствам с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) и может найти применение в радиолиниях при передаче дискретных сообщений. Техническим результатом является разработка широкополосного приемо-передающего устройства с ППРЧ обеспечивающего повышение пропускной способности путем образования дополнительного информационного канала. Широкополосное приемо-передающее устройство содержит в передающей части устройства - первый и второй фазовые модуляторы, первый и второй высокочастотные ключи, элемент НЕ, сумматор, смеситель, частотный синтезатор, генератор псевдослучайной последовательности, в приемной части устройства - смеситель, усилитель промежуточной частоты, демодулятор, блок синхронизации, генератор псевдослучайной последовательности, частотный синтезатор, первый и второй фазовые детекторы, первый и второй ключи, элемент НЕ, элемент ИЛИ. Благодаря введению новых блоков появляется возможность повысить пропускную способность приемо-передающего устройства путем организации дополнительного информационного канала за счет фазовой манипуляции несущей частотно-манипулированного сигнала основного информационного канала, что является техническим результатом. 6 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи, в частности к широкополосным приемо-передающим устройствам с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) и может найти применение в радиолиниях при передаче дискретных сообщений.

Известны широкополосные приемо-передающие устройства [1, 2, 3], осуществляющие передачу сообщений в режиме ППРЧ. В этих устройствах сообщение разбивается на информационные блоки, каждый из которых передается на одной из рабочих частот f_pi, выбираемых из совокупности n частот, выделенных для связи f_p1, f_p2,..., f_pi,...,f_pn со скоростью перестройки V_пер. При этом перестройка передатчика и приемника, осуществляющих передачу блоков сообщения сигналами частотной манипуляции (ЧМн), производится синхронно по псевдослучайной программе. Общим недостатком этих устройств является ограниченная пропускная способность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является радиосредство "Jaguar - V" [4], функционирующее в режиме ППРЧ и осуществляющее передачу блоков сообщения в режиме (ЧМн). Данное радиосредство выбрано в качестве прототипа. Передающая часть устройства содержит: смеситель, на первый вход которого подается частотно-манипулируемый сигнал передаваемого блока сообщения, а второй вход подключен к выходу частотного синтезатора, вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности (ГПСП), а выход смесителя соединен с антенной. Приемная часть устройства содержит: антенну, соединенную с первым входом смесителя, выход последнего подключен ко входу усилителя промежуточной частоты (УПЧ), выход которого соединен со входом демодулятора. Выход демодулятора является выходом приемной части устройства и одновременно подключен ко второму входу смесителя через последовательно соединенные блоки синхронизации, ГПСП и частотного синтезатора.

Данное радиосредство позволяет вести передачу и прием сообщений в условиях, как стационарных, так и преднамеренных помех с заданным качеством.

Недостатком прототипа является низкая пропускная способность, обусловленная одноканальным режимом его работы.

Целью изобретения является разработка широкополосного приемо-передающего устройства с ППРЧ, обеспечивающего повышение пропускной способности путем образования дополнительного информационного канала за счет фазовой манипуляции несущей частотно-манипулированного сигнала основного информационного канала.

Для достижения технического результата в широкополосное приемо-передающее устройство, содержащее на передающей стороне смеситель, управляющий вход и выход которого подключены соответственно к выходу частотного синтезатора и передающей антенне, вход частотного синтезатора подключен к выходу ГПСП, а в приемной части - приемную антенну, подключенную к информационному входу смесителя, управляющий вход которого подключен к выходу частотного синтезатора, а его выход подключен к входу УПЧ, выход которого соединен с входом демодулятора, информационный выход которого подключен к блоку синхронизации и является информационным выходом первого канала устройства, выход блока синхронизации соединен с входом ГПСП, выход которого подключен к входу частотного синтезатора, дополнительно введены: в передающей части устройства - первый и второй фазовые манипуляторы, входы которых объединены и являются информационным входом второго канала устройства, а выходы первого и второго фазовых манипуляторов соединены с первыми входами соответственно первого и второго высокочастотных ключей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам сумматор, а выход сумматора соединен с информационным входом смесителя, элемент НЕ, вход которого объединен со вторым входом первого высокочастотного ключа и является информационным входом первого канала устройства, а выход элемента НЕ подключен ко второму входу второго высокочастотного ключа; в приемной части устройства - второй и третий выходы демодулятора, соединенные с входами соответственно первого и второго фазовых детекторов, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго ключей, информационный выход демодулятора подключен ко второму входу первого ключа и, через элемент НЕ, ко второму входу второго ключа, элемент ИЛИ, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго ключей, а его выход является информационным выходом второго канала.

Благодаря новой совокупности существенных признаков за счет введения новых блоков появляется возможность повысить пропускную способность приемо-передающего устройства путем организации второго (дополнительного) канала, за счет фазовой манипуляции несущей частотно-манипулируемого сигнала основного информационного канала.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественными всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного устройства условию патентоспособности "новизна". Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следует явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень", Заявленное устройство поясняется схемами и чертежами: фиг. 1 - структурная схема устройства; фиг. 2 - структурная схема демодулятора; фиг. 3 - спектры сигналов ОФМ; фиг. 4 - спектр сигнала ОФМ/ЧМн; фиг. 5 - спектры сигналов ОФМ/ЧМн - ППРЧ; фиг. 6 - схема сумматора.

Заявленное устройство, структурная схема показана на фиг. 1, состоит: в передающей части - первого 1 и второго 2 фазовых манипуляторов, первого 3 и второго 4 высокочастотных ключей, элемента НЕ 5, сумматора 6, смесителя 7, частотного синтезатора 8, ГПСП 9, антенны 22. Входы фазовых модуляторов 1 и 2 объединены и являются информационным входом второго (дополнительного) канала, а их выходы соединены с первым и вторым входами сумматора 6 через первый 3 и второй 4 высокочастотные ключи соответственно. Вход первого информационного канала соединен со вторым входом первого высокочастотного ключа 3 и через элемент НЕ 5 со вторым входом второго высокочастотного ключа 4, выход сумматора 6 соединен с первым входом смесителя 7, второй вход которого подключен к выходу частотного синтезатора 8, вход которого соединен с выходом ГПСП 9, а выход смесителя соединен с антенной 22.

В приемной части устройства - антенны 23, смесителя 10, УПЧ 11, демодулятора 12, блока синхронизации 13, ГПСП 14, частотного синтезатора 15, первого 16 и второго 17 фазовых детекторов, первого 18 и второго 19 ключей, элемента НЕ 20 и элемента ИЛИ 21.

Приемная часть устройства содержит: антенну 23, соединенную с первым входом смесителя 10, выход последнего подключен к входу усилителя УПЧ 11, выход которого соединен с входом демодулятора 12. Первый выход демодулятора 12 является информационным выходом первого канала приемной части устройства и одновременно подключен ко второму входу смесителя 10 через последовательно соединенные блоки синхронизации 13, ГПСП 14 и частотного синтезатора 15, а также подключен ко второму входу первого ключа 18 и, через элемент НЕ 20, ко второму входу второго ключа 19, а отсутствующие у прототипа второй и третий выходы демодулятора 12 подключены к входам первого 16 и второго 17 фазовых детекторов, выходы которых соединены с первым и вторым входами сумматора 21 через первый 18 и второй 19 ключ соответственно, выход элемента ИЛИ 21 является информационным выходом второго информационного канала.

В заявленном устройстве фазовые манипуляторы 1 и 2 предназначены для формирования двух фазомодулированных сигналов (ОФМ), сдвинутых относительно друг друга по несущей частоте. Фазовые манипуляторы 1 и 2 известим и, в частности, могут быть реализованы по схеме относительного фазового модулятора, описанного в работе [6, с. 119, рис. 4.25].

Высокочастотные ключи 3 и 4 предназначены для поочередного подключения одного из независимых трактов (выходов фазовых манипуляторов 1 и 2) на сумматор 6 по закону изменения информационного сигнала в первом канале.

Элемент НЕ 5 предназначен для инверсии сигнала первого информационного канала с целью обеспечения противофазного управления ключами 3 и 4, соответственно.

Сумматор 6 предназначен для объединения сигналов двух независимых трактов. Он может быть реализован в простейшем случае на обычном резистивном сумматоре, представленном на фиг. 6. Сумматор состоит из резистора R₁, вывод которого является первым входом сумматора и соединяется с выходом блока 3, а его второй вывод соединен с резистором R₂, R₃ и является выходом сумматора и соединяется с блоком 7, второй вывод резистора R₂ является вторым входом сумматора и подключается к выходу блока 4, второй вывод резистора R₃ заземлен. Расчет номиналов указанных элементов можно произвести по известным методикам, указанным в [8, с. 104-124].

Демодулятор 12 предназначен для выделения сигналов ЧМн первого канала и разделения сигналов ОФМ второго канала по двум независимым трактам. Он может быть реализован по известным схемам, в частности по схеме частотного детектора с двумя расстроенными контурами, представленного на фиг. 2. Демодулятор 12 состоит из первого и второго полосового фильтра 12.1 и 12.2, первого и второго детектирующего элемента 12.3 и 12.4, первого и второго интеграторов 12.5 и 12.6, а также схемы сложения 12.7. Входы полосовых фильтров 12.1 и 12.2 объединены и являются входом демодулятора 12. Выходы первого 12.1 и второго 12.2 полосовых фильтров соединены с входами первого 12.3 и второго 12.4 детектирующих элементов соответственно, а также являются вторым и третьим выходом демодулятора 12 и одновременно соединены с входами первого 16 и второго 17 фазовых детекторов. Выходы первого 12.3 и второго 12.4 детектирующих элементов соединены с входами первого 12.5 и второго 12.6 интеграторов, выходы которых соединены с первым и вторым входами схемы сложения 12.7. Выход схемы сложения 12.7 является первым выходом демодулятора 12 и является информационным выходом первого канала. Описанная схема демодулятора может быть реализована по одной из известных схем, например приведенная в [6, рис. 5.17, с. 159].

Первый и второй фазовые детекторы 16 и 17 предназначены для детектирования фазоманипулируемых сигналов, соответствующих первому и второму трактам второго канала. Выполнить их можно любым известным способом, например, как показано в [6, рис. 5.19, с. 162].

Ключи 18 и 19 предназначены для выбора тракта приема демодулированных сигналов от фазовых детекторов 16 и 17 на соответствующие входы элемента 21. Они могут быть выполнены на базе транзистора в ключевом режиме, представленного в [7, рис. 3.4.9, с. 93].

Элемент НЕ 20 предназначен для инверсии сигнала первого информационного канала с целью обеспечения противофазного управления ключами 18 и 19, соответственно, он аналогичен элементу НЕ 5.

Элемент ИЛИ 21 предназначен для формирования единой последовательности информационных символов, второго канала.

Использованные в заявленном устройстве элементы и их схемы описаны в следующих источниках информации:
- высокочастотные ключи 3 и 4 в [5, с. 376];
- элементы НЕ 5 и 20 в [5, с. 59];
- элемент ИЛИ 21 в [5, с. 74].

Устройство фиг. 1 работает следующим образом. Дискретные сигналы второго (дополнительного) канала одновременно поступают на информационные входы первого 1 и второго 2 фазовых манипуляторов, на выходе которых формируются два ОФМ сигнала, отличающихся несущими частотами F₁ и F₂, сдвинутыми относительно друг друга по частоте на величину ΔF = F₂-F₁, как показано на фиг. 3. Сигналы ОФМ второго канала с несущими F₁ и F₂ используются в качестве частот "нажатия" (F₁) и "отжатая" (F₂) при передаче сообщения по первому каналу. Таким образом, по второму каналу передача сообщений осуществляется с помощью сигналов ОФМ.

Дискретные сигналы первого канала одновременно подаются на второй управляющий вход первого ключа 3 и, через элемент НЕ 5, на второй управляющий вход второго ключа 4, а на их первые информационные входы поступают ОФМ сигналы второго канала с выходов первого 1 и второго 2 фазовых манипуляторов, соответственно. Причем дискретный сигнал первого канала осуществляет замыкание (размыкание) одного из двух ключей 3 или 4. Это обеспечит появление на одном из входов и выходе сумматора 6 одного из двух ОФМ сигналов с несущей частотой F₁ или F₂. Таким образом, по первому каналу передача сообщения осуществляется с помощью сигналов ОФМ/ЧМн, как показано на фиг. 4.

Этот сигнал с ОФМ/ЧМн поступает на первый вход смесителя 7. На второй вход смесителя 7 подается перестраиваемое по псевдослучайной программе опорное колебание рабочей частоты f_pi, с выхода частотного синтезатора 8, управляемого с помощью ГПСП 9. При этом частотный синтезатор 8 формирует опорное колебание рабочей частоты передачи f_pi, с заданной скоростью перестройки по псевдослучайной программе из совокупности n частот, выделенных для связи. Таким образом, на выходе смесителя 7 формируется сигнал с ОФМ/ЧМн на i-й рабочей частоте f_pi, i=l...n, который излучается антенной в сторону корреспондента фиг. 5. Принятый сигнал ОФМ/ЧМн - ППРЧ на частоте f_pi поступает на первый сигнальный вход смесителя 10, на второй вход которого подается перестраиваемое по псевдослучайной программе опорное колебание f_i с выхода частотного синтезатора 15.

В результате преобразования в смесителе 10 принятого и опорного сигналов на его выходе формируется ОФМ/ЧМн сигналы промежуточной частоты, которые усиливаются в УПЧ 11 и подаются на вход демодулятора 12. На первом выходе демодулятора 12 формируется дискретный сигнал первого канала, который поступает к получателю сообщения и одновременно на блок синхронизации 13, обеспечивающего формирование очередного номера рабочей частоты генератором 14 и синхронную перестройку частотного синтезатора 15. На втором и третьем выходе демодулятора 12 выделяются сигналы ОФМ, на одной из несущих частот F₁ или F₂, которые поступают на соответствующие входы фазового детектора 16 или 17. Дискретные сигналы второго канала с выходов первого 16 или второго 17 фазовых детекторов подаются на первые управляющие входы первого 18 и второго 19 ключей соответственно. На второй управляющий вход ключа 18 и через элемент НЕ, на второй управляющий вход ключа 19 поступают дискретные сигналы с первого выхода демодулятора 12, что обеспечивает поступление на вход элемента ИЛИ 21 дискретного сигнала второго канала с соответствующего выхода фазового детектора. С выхода элемента ИЛИ 21 дискретный сигнал второго канала поступает получателю сообщения.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение позволяет увеличить пропускную способность радиолиний с ППРЧ при передаче дискретных сообщений.

Источники информации
1. Диксон Р.К. Широкополосные системы. Пер. с англ. - М.: Связь, 1979. - 304 с.

2. Горшков В.В. и др. Военные системы связи с использованием ППРЧ. Зарубежная радиоэлектроника, 1986. N 3, - с. 9-13.

3. Клименко Н.Н. Радиостанция УКВ диапазона: состояние, перспективы развития, особенности применения режима скачкообразного изменения частоты. Зарубежная радиоэлектроника,1990, N 7, - с. 36-44.

4. Ribchester E. The Jaguar V Frequency - hopping radio. Electronics and Rower, 1981, 27, N 9, September, p. 627 - 629.

5. Интегральные микросхемы. Справочник. Под ред. Тараблина Б.В. - М: Радио и связь, 1984. - 528 с.

6. Горелов Г.В., Волков А.А., Шелухин В.И. Каналообразующие устройства железнодорожной телемеханики и связи. - М.: Транспорт, 1994. - 240 с.

7. Королев А. И. Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте. - М.: Воениздат, 1985. - 488 с.

8. Атабеков Г. И. Теоретические основы электротехники. Часть 1. - М.: Энергия, 1970. - 592 с.

Формула изобретения

Широкополосное приемо-передающее устройство, содержащее в передающей части-смеситель, управляющий вход и выход которого подключены соответственно к выходу частотного синтезатора и передающей антенне, вход частотного синтезатора подключен к выходу генератора псевдослучайной последовательности, а в приемной части - приемную антенну, подключенную к информационному входу смесителя, управляющий вход которого подключен к выходу частотного синтезатора, а его выход подключен к входу усилителя промежуточной частоты, выход которого соединен с входом демодулятора, информационный выход которого подключен к блоку синхронизации и является информационным выходом первого канала устройства, выход блока синхронизации соединен с входом генератора псевдослучайной последовательности, выход которого подключен к входу частотного синтезатора, отличающееся тем, что дополнительно введены в передающей части устройства - первый и второй фазовые манипуляторы, входы которых объединены и являются информационным входом второго канала устройства, а выходы первого и второго фазовых манипуляторов соединены с первыми входами соответственно первого и второго высокочастотных ключей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, а выход сумматора соединен с информационным входом смесителя, элемент НЕ, вход которого объединен со вторым входом первого высокочастотного ключа и является информационным входом первого канала устройства, а выход элемента НЕ подключен ко второму входу второго высокочастотного ключа, в приемной части устройства - второй и третий выходы демодулятора соединенные с входами соответственно первого и второго фазовых детекторов, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго ключей, информационный выход демодулятора подключен ко второму входу первого ключа, и через элемент НЕ, ко второму входу второго ключа, элемент ИЛИ, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго ключей, а его выход является информационным выходом второго канала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6