Система связи с широкополосными сигналами

 

Изобретение относится к радиосвязи и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами. Технический результат: повышение помехоустойчивости приема широкополосных сигналов к узкополосным помехам. Это достигается за счет введения в передающую часть системы блока обратного преобразования Фурье, первого буферного регистра, первого перестраиваемого синтезатора частот и второго полосового фильтра, а в приемную часть системы связи введены демодулятор, блок прямого преобразования Фурье, второй буферный регистр, второй перестраиваемый синтезатор частот, блок обнаружения и режекции импульсных помех. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами, Известны системы связи с широкополосными сигналами, описанные в монографии Р.К. Диксона "Широкополосные системы", Москва, "Связь", 1979 г., стр. 19, рис. 2, 3, а также в монографии Д.Е. Варакина "Системы связи с шумоподобными сигналами", Москва, "Радио и связь", 1983 г., стр.174, рис.9.1, стр. 176, рис.9.2, недостатком которых является низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой системе связи является система связи по а.с. 300946, Н 03 С 3/40, структурная схема которой приведена на фиг.1, где даны следующие обозначения: 1 - генератор несущей и тактовой частот; 2, 7, 10 и 15 - первый, второй, третий и четвертый генераторы псевдослучайной последовательности; 3, 8, 11 и 14 - первый, второй, третий и четвертый перемножители; 4 - модулятор; 5 - сумматор; 6 и 16 - первый и второй блоки фазирования; 9 - блок синхронизации; 12 и 17 - первый и второй полосовые фильтры;
13 - фазовый детектор;
18 - фазовращатель на 90^o,
Передающая часть прототипа содержит последовательно соединенные первый генератор псевдослучайной последовательности 2, первый перемножитель 3 и сумматор 5; последовательно соединенные второй генератор псевдослучайной последовательности 7, второй перемножитель 8, выходом соединенный с вторым входом сумматора 5, выход которого является выходом передающей части, содержит генератор несущей и тактовой частоты 1, первый выход которого соединен с вторым входом первого 2 и первым входом второго 7 генераторов псевдослучайной последовательности, при этом второй выход генератора несущей и тактовой частоты 1 через фазовращатель 18 соединен с вторым входом второго перемножителя 8, а через второй вход модулятора 4 соединен с вторым входом первого перемножителя 3; кроме того, первый и второй выходы первого блока фазирования 6 соединены соответственно с первым входом первого 2 и с вторым входом второго 7 генераторов несущей и тактовой частоты; а также первый вход модулятора 4 является информационным входом устройства. Приемная часть прототипа содержит блок синхронизации 9, вход которого соединен с первыми входами третьего 11 и четвертого 14 перемножителей и является также входом приемной части, а выход блока синхронизации 9 соединен с первыми входами третьего 10 и четвертого 15 генераторов псевдослучайной последовательности, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами второго блока фазирования 16; при этом выход третьего генератора псевдослучайной последовательности 10 соединен с вторым, опорным, входом третьего перемножителя 11, выход которого через первый полосовой фильтр 12 соединен с первым входом фазового детектора 13, а выход четвертого генератора псевдослучайной последовательности 15 соединен с вторым, опорным, входом четвертого перемножителя 14, выход которого через второй полосовой фильтр 17 соединен с вторым входом фазового детектора 13, выход которого является выходом приемной части.

Прототип работает следующим образом.

В передающей части прототипа тактовая частота с выхода блока 1 подается на блоки 2 и 7, где формируются псевдослучайные последовательности, отличающиеся между собой структурой (кодом). Начальную установку (фазирование) блоков 2 и 7 осуществляет блок 6.

Псевдослучайные последовательности поступают с выхода блока 2 на первый вход блока 3, а с выхода блока 7 - на первый вход блока 8, где манипулируют по фазе на 0, π несущую частоту, поступающую на второй вход блока 3 через блок 4, а на второй вход блока 8 через блок 18. За счет этого на выходе блока 3 формируется широкополосный сигнал, модулированный информационным сигналом, а на выходе блока 8 в квадратурном канале формируется широкополосный сигнал, не манипулированный информацией (синхросигнал). С выходов блоков 3 и 8 широкополосные информационный и синхросигнал подаются на первый и второй входы блока 5, соответственно, где они суммируются.

В приемной части прототипа в блоке 9 осуществляется синхронизация с синхросигналом. Блок 9 синхронизирует блоки 15 и 10 с принимаемыми широкополосными сигналами. В блоках 11 и 14 осуществляется перемножение входных широкополосных сигналов с синхронными с ними опорными псевдослучайными последовательностями, поступающими от блоков 10 и 15, которые сфазированы блоком 16. В блоках 11 и 14 осуществляется свертка широкополосных информационного и синхросигналов, результаты свертки фильтруются в блоках 12 и 17 соответственно, в блоке 13 за счет фазового детектирования выделяется информация.

На фиг. 2 приведена укрупненная схема прототипа, где блоки 6, 7, 8 и 18 (с фиг.1) объединены в блок 6 - формирователь синхросигнала, а блоки 14, 15, 16 и 17 (с фиг.1) объединены в блок 7 - блок выделения синхросигнала.

На фиг.2 обозначено:
1 - генератор несущей и тактовой частоты;
2 и 10 - первый и второй генераторы псевдослучайной последовательности;
3 и 11 - первый и второй перемножители;
4 - модулятор;
5 - сумматор;
6 - формирователь синхросигнала;
7 - блок выделения синхросигнала;
8 - фазовый детектор;
9 - блок синхронизации;
12 - полосовой фильтр.

Система связи с широкополосными сигналами, представленная на фиг.2, содержит на передающей части последовательно соединенные первый генератор псевдослучайной последовательности 2, первый перемножитель 3 и сумматор 5, выход которого является выходом передающей части системы, а также формирователь синхросигнала 6, модулятор 4, генератор несущей и тактовых частот 1, первым выходом соединенный с вторым входом первого генератора псевдослучайной последовательности 2 и первым опорным входом формирователя синхросигнала 6, а второй выход генератора несущей и тактовых частот 1 соединен с вторым сигнальным входом формирователя синхросигнала 6 и первым входом модулятора 4, выход которого соединен с вторым входом первого перемножителя 3, а вход модулятора 4 является информационным входом передающей части системы связи; первый управляющий выход формирователя синхросигнала 6 соединен с первым входом первого генератора псевдослучайной последовательности 2, а второй сигнальный выход формирователя синхросигнала 6 соединен с вторым входом сумматора 5.

Приемная часть системы связи содержит последовательно соединенные второй перемножитель 11, полосовой фильтр 12 и фазовый детектор 8, выход которого является выходом приемной части устройства; содержит последовательно соединенные блок синхронизации 9, второй генератор псевдослучайной последовательности 10, выходом соединенный с вторым опорным входом второго перемножителя 11; содержит блок выделения синхросигнала 7, первый выход которого соединен с вторым входом второго генератора псевдослучайной последовательности 10, а второй выход блока выделения синхросигнала 7 соединен с вторым, опорным входом фазового детектора 8; при этом входы блока синхронизации 9, блока выделения синхросигнала 7 и первый вход второго перемножителя 11 объединены и являются входом приемной части системы.

Недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость к узкополосным и импульсным помехам.

Указанный недостаток устраняется тем, что в систему связи с широкополосными сигналами, содержащую в передающей части генератор несущей и тактовой частот, первый выход которого соединен с вторым опорным входом первого генератора псевдослучайной последовательности и с первым опорным входом формирователя синхросигнала, первый управляющий выход которого соединен с первым входом первого генератора псевдослучайной последовательности, а второй сигнальный выход формирователя синхросигнала соединен с вторым входом сумматора, выход которого является выходом передающей части; при этом второй выход генератора несущей и тактовых частот присоединен к второму, сигнальному входу формирователя синхросигнала и к последовательно соединенным модулятору и первому перемножителю; в приемной части последовательно соединенные блок синхронизации и второй генератор псевдослучайной последовательности, при этом сигнальный вход блока синхронизации, являющийся входом приемной части, присоединен к последовательно соединенным второму перемножителю и первому полосовому фильтру, в передающую часть введены последовательно соединенные первый буферный регистр, второй информационный вход которого является входом передающей части, и блок обратного преобразования Фурье, первый управляющий вход которого соединен с первыми управляющими входами первого буферного регистра и первого генератора псевдослучайной последовательности, а выход блока обратного преобразования Фурье соединен с вторым информационным входом модулятора, а также введены первый перестраиваемый синтезатор частот и второй полосовой фильтр. При этом вход первого перестраиваемого синтезатора частот соединен с выходом первого генератора псевдослучайной последовательности, а выход первого перестраиваемого синтезатора частот через последовательно соединенные первый перемножитель и второй полосовой фильтр присоединен к первому входу сумматора.

В приемную часть введены второй перестраиваемый синтезатор частот и последовательно соединенные блок обнаружения и режекции импульсных помех, демодулятор, блок прямого преобразования Фурье и второй буферный регистр, выход которого является выходом приемной части, а второй управляющий вход второго буферного регистра соединен с вторым управляющим входом блока прямого преобразования Фурье и с выходом блока синхронизации. При этом вход блока обнаружения и режекции импульсных помех соединен с выходом первого полосового фильтра. Кроме того, выход второго генератора псевдослучайной последовательности через второй перестраиваемый синтезатор частот присоединен к второму опорному входу второго перемножителя.

Структурная схема предлагаемой системы связи с широкополосными сигналами приведена на фиг.3, где обозначено:
1 - генератор несущей и тактовых частот;
2 и 10 - первый и второй генераторы псевдослучайной последовательности;
3 и 11 - первый и второй перемножители (смесители);
4 - модулятор;
5 - сумматор;
6 - формирователь синхросигнала;
7 и 15 - первый и второй буферные регистры;
8 - блок обратного преобразования Фурье;
9 - блок синхронизации;
12 и 19 - первый и второй полосовые фильтры;
13 - демодулятор;
14 - блок прямого преобразования Фурье;
16 и 17 - первый и второй перестраиваемые синтезаторы частот;
18 - блок обнаружения и режекции импульсных помех.

Предлагаемая система связи о широкополосными сигналами в передающей части содержит генератор несущей и тактовых частот 1, первый выход которого соединен с первым опорным входом формирователя синхросигнала 6 и с вторым опорным входом первого генератора псевдослучайной последовательности 2, выход которого присоединен к последовательно соединенным первому перестраиваемому синтезатору частот 16, первому перемножителю 3, второму полосовому фильтру 19 и сумматору 5, второй вход которого соединен с вторым сигнальным выходом формирователя синхросигнала 6, первый управляющий выход которого соединен с первыми управляющими входами первого генератора псевдослучайной последовательности 2, блока обратного преобразования Фурье 8 и первого буферного регистра 7, второй вход которого является информационным входом передающей части системы, а выход (шина) первого буферного регистра 7 через блок обратного преобразования Фурье 8 соединен с вторым информационным входом модулятора 4, первый опорный вход которого соединен с вторым выходом генератора несущей и тактовых частот 1 и с вторым сигнальным входом формирователя синхросигнала 6; при этом выход модулятора 4 соединен с вторым входом первого перемножителя 3; кроме того, выход сумматора 5 является выходом передающей части системы.

Приемная часть системы связи с широкополосным сигналом содержит последовательно соединенные блок синхронизации 9, второй генератор псевдослучайной последовательности 10, второй перестраиваемый синтезатор частот 17, второй перемножитель 11, первый полосовой фильтр 12, блок обнаружения и режекции импульсных помех 18, демодулятор 13, блок прямого преобразования Фурье 14 и второй буферный регистр 15, второй управляющий вход которого соединен с выходом блока синхронизации 9 и с вторым управляющим входом блока прямого преобразования Фурье 14; кроме того, сигнальный вход блока синхронизации 9 и первый сигнальный вход второго перемножителя 11 объединены и являются входом приемной части, а выход второго буферного регистра 15 является информационным выходом приемной части системы связи. При этом выход блока прямого преобразования Фурье 14 соединен с входом второго буферного регистра 15 через шину из N проводов.

Предлагаемая система связи с широкополосными сигналами работает следующим образом.

В передающей части системы блок 1 формирует тактовую и несущую частоты, которые, поступая на первый, опорный, и второй, сигнальный, входы блока 6, обеспечивают формирование в нем широкополосного синхросигнала, поступающего на второй вход блока 5, где он суммируется с широкополосным информационным сигналом, поступающим на первый вход блока 5. Суммарный сигнал с выхода блока 5 подается на выход передающей части системы связи.

Формирование широкополосного информационного сигнала осуществляется следующим образом.

Последовательности информационных символов ("единицы" и "нули") поступают на второй информационный вход блока 7, где запоминаются пачки из М информационных символов, которые затем в параллельном коде подаются на второй сигнальный вход блока 8. Запись информационных символов в блок 7 и их считывание в блок 8 производятся в моменты времени, определяемые синхросигналом, поступающим с первого, управляющего, выхода блока 6 на первые управляющие входы блоков 7 и 8.

В блоке 8 над пачкой из М информационных символов выполняется процедура обратного преобразования Фурье на временном интервале, равном длительности пачки T = Mτ_и где τ_и - длительность информационного символа.

В результате этой процедуры пачка из М информационных символов длительностью Т заменяется набором гармонических колебаний на временном интервале, равном Т.

В блоке 6 с использованием тактовой частоты, поступающей с первого выхода блока 1 на первый опорный вход блока 6, формируются синхроимпульсы с периодом повторения T_C = T = Mτ_и. Одновременно в блоке 6 с использованием тактовых импульсов и несущей частоты, поступающей на его второй, сигнальный, вход формируется периодическая широкополосная синхропоследовательность с периодом повторения Т_СП=Т_С=Т.

Синхроимпульсы с первого, управляющего, выхода блока 6 подаются на первый, управляющий, вход блока 2, где с использованием тактовой частоты, поступающей с второго выхода блока 1 на второй, опорный, вход блока 2, в нем формируется периодическая информационная (предназначенная для передачи информации) псевдослучайная последовательность, период повторения которой Т_ИП= Т_СП= Т_С= Т, которая подается на блок 16, где с ее использованием осуществляется формирование периодического сигнала с псевдослучайной (программной) перестройкой рабочей частоты (ППРЧ), при этом период его повторения Т_ППРЧ= Т_ИП=Т_СП=Т_С=Т. Сигнал с программной перестройкой рабочей частоты поступает на первый, опорный, вход блока 3, где он перемножается (смешивается) с несущей частотой, модулированной набором гармонических колебаний, формируемых в блоке 8, Модуляция несущей набором гармонических колебаний, которые формируются блоком 8, осуществляется в блоке 4, при этом несущая частота поступает с второго выхода блока 1 на первый, сигнальный, вход блока 4, а информационный сигнал, преобразованный в набор гармонических колебаний на временном интервале Т, поступает с выхода блока 8 на второй, информационный, вход блока 4.

Сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, модулированный информацией, с выхода блока 3 поступает на блок 19, где осуществляется его фильтрация на суммарной частоте, при этом полоса пропускания блока 19 равна ширине спектра сформированного сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.

Широкополосный синхросигнал и сигнал с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты поступают на первый и второй входы блока 5 соответственно, где они суммируются. С выхода блока 5 суммарный сигнал поступает на выход передающей части системы связи.

Приемная часть системы связи работает следующим образом.

Смесь широкополосного синхросигнала, сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, а также и узкополосной помехи с входа приемной части системы связи поступает на сигнальный вход блока 9 и на первый, сигнальный, вход блока 11. В блоке 9 осуществляются вхождение в синхронизм с широкополосным синхросигналом и формирование синхроимпульсов, которые подаются на управляющие входы блоков 10, 14 и 15, обеспечивая их синхронизацию. В блоке 10 формируется псевдослучайная последовательность, аналогичная псевдослучайной последовательности блока 2 и синхронная с ней, которая подается на блок 17, обеспечивая формирование в нем сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, аналогично сигналу, формируемому блоком 16 и синхронному с ним, который подается на второй, опорный, вход блока 11, на первый, сигнальный, вход которого подается входная смесь. В блоке 11 осуществляется свертка сигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, в результате чего на его выходе выделяется несущая частота, модулированная гармоническими колебаниями.

Результат свертки после фильтрации в блоке 12 на разностной частоте подается на блок 18, где осуществляется режекция мощной импульсной помехи, образовавшейся из мощной узкополосной помехи в блоке 11 за счет перемножения ее с опорным сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (формируемым блоком 17). Радиоимпульс от узкополосной помехи имеет длительность τ_o, равную длительности передачи и приема на каждой из частот программы перестройки. Поэтому в случае обнаружения мощной импульсной помехи блок 18 осуществляет ее режекцию за счет запирания тракта на время τ_o, при этом исключается влияние импульса от узкополосной помехи при демодуляции принятого полезного сигнала в блоке 13.

После демодуляции в блоке 13 выделенный набор гармонических колебаний подается на первый сигнальный, вход блока 14. В блоке 14 с использованием синхроимпульсов, подаваемых на его второй управляющий вход, выполняется процедура прямого преобразования Фурье на временном интервале, равном периоду следования синхроимпульсов.

Так как в блоке 14 выполняется процедура, обратная процедуре, выполняемой блоком 8 в передающей части системы, то на выходе блока 14 выделяется пачка из М информационных импульсов, аналогичная записанной в блоке 7, которая по командам (синхроимпульсам), поступающим от блока 9, переписывается в блок 15, с выхода которого подается на выход системы.

Блоки 8 и 14 реализуют известные алгоритмы обратного и прямого преобразования Фурье, описанные, например, в монографии Б. Голд, Ч.Рейдер. "Цифровая обработка", Москва, "Сов. радио", 1973 г., стр.187-196; в справочнике "Цифровые радиоприемные системы" под редакцией М.И. Жодзишского, Москва, "Радио и связь", 1990 г., стр.86-88, и могут быть реализованы в виде последовательно соединенных процессоров и оперативно запоминающих устройств (см. Я.Д. Ширман, В.Н. Манжос. "Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех", Москва, "Радио и связь", 1981 г., стр.160, рис. 12).

Блок 13 может быть выполнен любым известным способом. Так, в случае использования в блоке 4 фазовой модуляции, он может быть выполнен как демодулятор Костаса (см. Р.К. Диксон. "Широкополосные системы" под редакцией В.И. Журавлева. Москва, "Связь", 1979 г., стр.149, рис.5.20).

Блок 18 может быть выполнен так, как это представлено в монографии "Системы подвижной радиосвязи" под редакцией И.М. Пышкина, Москва, "Радио и связь", 1986 г., стр. 190, рис.4.34.

В прототипе помехоустойчивость к импульсным и узкополосным помехам определяется базой (В) широкополосного сигнала, при этом мощность узкополосной и импульсной помехи в приемнике широкополосного сигнала за счет корреляционной обработки уменьшается в В раз.

При воздействии мощных узкополосных или импульсных помех, превышающих уровень полезного сигнала более чем в В раз, в прототипе происходит искажение информационных символов.

В предлагаемом устройстве пачка из М информационных импульсов, преобразованная в набор гармонических колебаний на временном интервале T = Mτ_и (где τ_и - длительность информационного импульса), перемножается (смешивается) с сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, программа перестройки которого содержит N частот с длительностью излучения каждой частоты, равной τ_o = T/N.
Узкополосные помехи при перемножении их с опорным сигналом с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты в случае, если их частоты совпадают с частотами входного сигнала, превращаются в импульсные помехи длительностью τ_o, где τ_o - длительность приема (передачи) на каждой из N частот программ перестройки входного и опорного сигналов, период повторения которых Т₁ выбирается в соответствии с соотношением T₁ = Nτ_o = T = Mτ_и, при этом τ_o = T/N.
При N>>10, τ_o<<T, поэтому воздействие одиночной узкополосной помехи, совпадающей по частоте с одной из частот входного сигнала, приводит к появлению на интервале Т импульсной помехи, поражающего его незначительную, 1/N-ю, часть, при этом осуществляется его режекция (стирание) за счет запирания приемника на время, равное τ_o.
При N>>10 влиянием искажения информационного символа за счет воздействия узкополосной помехи можно пренебречь.

Таким образом, в заявляемом устройстве по сравнению с прототипом обеспечивается повышение помехоустойчивости как к узкополосным, так и к импульсным помехам.

Формула изобретения

Система связи с широкополосными сигналами, содержащая в передающей части генератор несущей и тактовых частот, первый выход которого соединен с вторым, опорным входом первого генератора псевдослучайной последовательности и с первым, опорным входом формирователя синхросигнала, первый, управляющий выход которого соединен с первым входом первого генератора псевдослучайной последовательности, а второй, сигнальный выход формирователя синхросигнала соединен с вторым входом сумматора, выход которого является выходом передающей части, при этом второй выход генератора несущей и тактовых частот присоединен к второму, сигнальному входу формирователя синхросигнала и к последовательно соединенным модулятору и первому перемножителю, в приемной части последовательно соединенные блок синхронизации и второй генератор псевдослучайной последовательности, при этом сигнальный вход блока синхронизации, являющийся входом приемной части, присоединен к последовательно соединенным второму перемножителю и первому полосовому фильтру, отличающаяся тем, что в передающую часть введены последовательно соединенные первый буферный регистр, второй информационный вход которого является входом передающей части, и блок обратного преобразования Фурье, первый, управляющий вход которого соединен с первыми управляющими входами первого буферного регистра и первого генератора псевдослучайной последовательности, а выход блока обратного преобразования Фурье соединен с вторым, информационным входом модулятора, а также введены первый перестраиваемый синтезатор частот и второй полосовой фильтр, при этом вход первого перестраиваемого синтезатора частот соединен с выходом первого генератора псевдослучайной последовательности, а выход первого перестраиваемого синтезатора частот через последовательно соединенные первый перемножитель и второй полосовой фильтр присоединен к первому входу сумматора, в приемную часть введен второй перестраиваемый синтезатор частот и последовательно соединенные блок обнаружения и режекции импульсных помех, демодулятор, блок прямого преобразования Фурье и второй буферный регистр, выход которого является выходом приемной части, а второй, управляющий вход второго буферного регистра соединен с вторым, управляющим входом блока прямого преобразования Фурье и с выходом блока синхронизации, при этом вход блока обнаружения и режекциии импульсных помех соединен с выходом первого полосового фильтра, кроме того, выход второго генератора псевдослучайной последовательности через второй перестраиваемый синтезатор частот присоединен к второму, опорному входу второго перемножителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3