Линия радиосвязи

Изобретение относится к области передачи дискретной информации и может быть использовано для передачи информации в космических и наземных системах связи, использующих шумоподобные сигналы (ШПС). Технический результат - улучшение помехозащищенности за счет подачи то одной, то другой М-последовательности для передаваемой информации - достигается тем, что в устройство введена возможность управления инвертированием М-последовательности, что позволяет менять структуру сигнала и соответственно автокорреляционную функцию. 3 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к области передачи дискретной информации и может быть использовано в радиоканалах для осуществления передачи информации в космических и наземных системах связи, использующих шумовые сигналы.

Известны системы радиосвязи с щумоподобными сигналами (ШПС), а.с. №651492, которое служит для передачи дискретной информации. Недостатком этого устройства является низкая помехоустойчивость, что обусловлено неоптимальностью алгоритма обработки сигнала по отношению к помехам.

Известна также цифровая система связи с фазоманипулированными (ФМ) сигналами ШПС, предназначенная для передачи дискретных сообщений (Варакин Л.Е. "Система связи с шумоподобными сигналами", М., "Р и С", 1985, стр.16, рис.1.7).

Недостатком цифровой системы, изображенной на рис.1.7 является тот факт, что согласованные фильтры и синхронизатор, содержащий блоки поиска и синхронизации, являются при больших базах ШПС сложными устройствами, кроме того, для поиска ШПС и поддержания синхронизма приемник охвачен петлей обратной связи. Реальный приемник ШПС может содержать несколько блоков поиска и слежения, в т.ч. блок поиска ШПС по времени и временной синхронизации, блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), которые охвачены собственными и взаимными связями.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, приведенное в книге Варакина Л.Е. "Системы связи с шумоподобными сигналами", М., "Р и С" 1985, стр.18, рис.1.9, принятое за прототип.

Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:

1 - источник информации;

2 - широтно-импульсный модулятор (ШИМ);

3 - фазовый модулятор;

4 - балансный модулятор;

5 - усилитель мощности (УМ);

6 - генератор фазоманипулированного сигнала (ФМ);

7 - синхронизатор передатчика;

8 - генератор несущей частоты (ГНЧ);

9 - передающая антенна;

10 - приемная антенна;

11 - смеситель;

12 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

13 - блок коррелятора;

14 - демодулятор;

16 - получатель информации;

16 - гетеродин;

17 - генератор ФМ опорного сигнала;

18 - синхронизатор приемника.

Устройство-прототип содержит на передающей стороне: последовательно соединенные источник информации 1, ШИМ 2, фазовый модулятор 3, балансный модулятор 4, усилитель мощности 5, передающая антенна 9, последовательно соединенные синхронизатор передатчика 7, генератор ФМ сигнала 6, выход которого соединен со вторым входом фазового модулятора 3, а выход синхронизатора передатчика 7 соединен со вторым входом ШИМ 2, при этом второй вход балансного модулятора 4 соединен со входом ГНЧ 8, на приемной стороне: последовательно соединенные приемная антенна 10, смеситель 11, УПЧ 12, блок коррелятора 13, демодулятор 14, получатель информации 15, последовательно соединенные синхронизатор приемника 18, гетеродин 16, выход которого соединен со вторым входом смесителя 11, а вход синхронизатора приемника 18 соединен с выходом блока модулятора 13, второй вход которого соединен с выходом генератора ФМ опорного сигнала 17, вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора приемника 18, третий выход которого соединен с третьим входом блока модулятора 13 и со вторым входом демодулятора 14.

Работает устройство-прототип следующим образом.

Телефонное сообщение от источника информации 1 поступает на вход ШИМ 2, с выхода которого широтно-импульсный сигнал подается на фазовый модулятор 3. На второй вход фазового модулятора 3 подается ФМ ШЛО, формируемый генератором ФМ сигнала 6. ФМ сигнал с выхода фазового модулятора 3, содержащий информацию, поступает на вход модулятора 4, в котором осуществляется балансная модуляция колебания с несущей частотой от ГНЧ 8.

Затем усиленный по мощности в УМ 5 ФМ сигнал через антенну 9 излучается в пространство. Работой ШИМ 2 и генератором ФМ сигналов 6 управляет синхронизатор передатчика 7, который вырабатывает необходимые частоты и управляющие сигналы.

В приемнике принятый антенной 10 сигнал поступает в смеситель 11, этот сигнал с помощью гетеродина 16 переносится на промежуточную частоту и после усиления в УПЧ 12 поступает на блок коррелятора 13. Блок коррелятора 13 производит оптимальную обработку принятого сигнала. Коррелятор состоит из перемножителя и интегратора. На второй вход коррелятора 13 подается опорный сигнал в виде фазомодулированного ШПС от генератора ФМ опорного сигнала 17. Напряжение на выходе коррелятора содержит телефонное сообщение в виде широтно-импульсного сигнала, который подается на вход демодулятора 14 с выхода которого принятое телефонное сообщение передается получателю информации 15. Работой приемника в целом и его отдельными блоками управляет синхронизатор приемника 18, который сначала осуществляет поиск ФМ ШПС по времени и частоте, а затем поддерживает синхронизм.

Основным недостатком устройства-прототипа является невысокая помехозащищенность передаваемой информации.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее на передающей стороне: последовательно соединенные источник информации, широтно-импульсный модулятор, фазовый модулятор, балансный модулятор, усилитель мощности, передающая антенна, последовательно соединенные синхронизатор передатчика, генератор тактовых импульсов и генератор несущей частоты, выход которого соединен со вторым входом балансного модулятора, а второй выход синхронизатора передатчика соединен со вторым входом ШИМ 2; на приемной стороне: последовательно соединенные приемная антенна, смеситель, УПЧ 12, блок коррелятора, демодулятор, получатель информации, последовательно соединенные синхронизатор приемника, гетеродин, выход которого соединен со вторым входом смесителя, при этом вход синхронизатора приемника соединен с выходом блока коррелятора, а второй выход синхронизатора приемника соединен со вторым входом демодулятора и с третьим входом блока коррелятора, третий выход синхронизатора приемника соединен с n входом генератора тактовых импульсов приемника, введены на передающей стороне: последовательно соединенные сумматор передатчика, фазоинвертор передатчика, мультиплексор передатчика, причем выход сумматора передатчика соединен со вторым входом дополнительного триггера передатчика и со вторым (нулевым) входом мультиплексора передатчика, выход которого соединен со вторым входом фазового модулятора, и выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом дополнительного триггера передатчика и с n входами триггеров передатчика, выходы которых соединены с n входами сумматора передатчика соответственно, на приемной стороне: последовательно соединенные сумматор приемника, фазоинвертор приемника, мультиплексор приемника, причем выход сумматора приемника соединен со вторым входом дополнительного триггера приемника и со вторым (нулевым) входом мультиплексора приемника, выход которого соединен со вторым входом блока коррелятора, и выход генератора тактовых импульсов приемника соединен с первым входом дополнительного триггера приемника и с n входами триггеров приемника, выходы которых соединены с n входами сумматора приемника соответственно.

На фиг.2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:

1 - источник информации;

2 - широтно-импульсный модулятор (ШИМ);

3 - фазовый модулятор;

4 - балансный модулятор;

5 - усилитель мощности (УМ);

6 - генератор тактовых импульсов;

7 - синхронизатор передатчика;

8 - генератор несущей частоты (ГНЧ);

9 - передающая антенна;

10 - приемная антенна;

11 - смеситель;

12 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

13 - блок коррелятора;

14 - демодулятор;

15 - получатель информации;

16 - гетеродин;

17 - генератор тактовых импульсов приемника;

18 - синхронизатор приемника;

19 - мультиплексор передатчика;

20 - фазоинвертор передатчика;

21 - сумматор передатчика;

22₁...22_n - триггеры передатчика;

22_о - дополнительный триггер передатчика;

23 - мультиплексор приемника;

24 - фазоинвертор приемника;

25 - сумматор приемника;

26₁...26_n - триггеры приемника;

26_о - дополнительный триггер приемника.

Предлагаемое устройство содержит на передающей стороне: последовательно соединенные источник информации 1, ШИМ 2, фазовый модулятор 3, балансный модулятор 4, УМ 5, передающая антенна 9, последовательно соединенные сумматор передатчика 21, фазоинвертор передатчика 20, мультиплексор передатчика 19, второй вход (нулевой) которого соединен с выходом сумматора передатчика 21, а выход мультиплексора передатчика 19 соединен со вторым входом фазового модулятора 3, а также ГНЧ 8, выход которого соединен со вторым входом балансного модулятора 4, и синхронизатор передатчика 7, первый выход которого соединен со вторым входом ШИМ 2, а второй выход синхронизатора передатчика 7 через генератор тактовых импульсов 6 соединен с первым входом дополнительного триггера передатчика 22_о и с n входами триггеров передатчика 22₁...22_n, выходы которых соединены с n входами сумматора передатчика 21 соответственно, при этом второй вход дополнительного триггера передатчика 22_о соединен с выходом сумматора передатчика 21, на приемной стороне: последовательно соединенные приемная антенна 10, смеситель 11, УПЧ 12, блок коррелятора 13, демодулятор 14, получатель информации, последовательно соединенные синхронизатор приемника 18, гетеродин 16, выход которого соединен со вторым входом смесителя 11, а второй выход синхронизатора приемника 18 соединен со вторым входом демодулятора 14 и третьим входом блока коррелятора 13, вход синхронизатора приемника 18 соединен с выходом блока коррелятора 13, последовательно соединенные сумматор приемника 25, фазоинвертор приемника 24, мультиплексор приемника 23, второй вход которого (нулевой) соединен с выходом сумматора приемника 25, а выход мультиплексора приемника 23 соединен со вторым входом блока коррелятора 13, третий выход синхронизатора приемника 18 через генератор тактовых импульсов приемника 17 соединен с первым входом дополнительного триггера приемника 26_о и с n входами триггеров приемника 26₁...26_n, выходы которых соединены с n входами сумматора приемника 25 соответственно, при этом второй вход дополнительного триггера приемника 26_о соединен с выходом сумматора приемника 25.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Телефонное сообщение (или какое-либо другое) от источника информации 1 поступает на вход широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 2, работой ШИМ 2 и генератором тактовых импульсов 6 управляет синхронизатор передатчика 7, который вырабатывает необходимые частоты и импульсы. С выхода ШИМ 2 широтно-импульсный сигнал подается на вход фазового модулятора 3, на второй вход которого поступает фазомодулированный шумоподобный сигнал (ФМ ШПС) с выхода мультиплексора 19.

ФМ ШПС формируется с помощью блоков: генератора тактовых импульсов 6, мультиплексора передатчика 19, фазоинвертора передатчика 20, сумматора передатчика 21, дополнительного триггера передатчика 22_о, триггеров передатчика 22₁...22_n. Указанные блоки представляют собой один из вариантов построения генератора М-последовательности. Свойства и варианты построения таких последовательностей описаны в литературе, см., например, Варакин Л.Е. "Системы связи с шумоподобными сигналами", - М.: Радио и связь, 1985, стр.49-65 или книга "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации", В.Б. Пестряков, В.П. Афанасьев и др. под редакцией В.Б. Пестрякова - М.: Сов. радио, 1973.

В качестве сумматора передатчика 21 используется сумматор по модулю 2. Генератор и его работа приведены в книге Варакин Л.Е. "Системы связи с шумоподобными сигналами", - М.: Радио и связь, 1985, стр.50.

Анализ работы цифрового автомата формирования М-последовательности на основе рекурентного уравнения показывает, что работа этого автомата полностью определяется характеристическим многочленом (книга Варакина Л.Е. "Системы связи с шумоподобными сигналами", - М.: Радио и связь, 1985, стр.38).

f(х)=α_ох^k+α₁x^k-1+...+α_k-1·x+α_k

коэффициенты которого связаны с множителями С₁...С_k следующим соотношением: C_n=(-1)^k+1·αn.

Например, для восьми триггеров можно привести схему фиг.3. Знак означает сумматор по модулю 2 1, 2...8 триггеры.

Для синхронизации триггеров передатчика 22_о, 22₁...22_n используется генератор тактовых импульсов 6. С выхода сумматора передатчика 21 М-последовательность поступает на дополнительный триггер передатчика 22_о, а также на вход фазоинвертора передатчика 20 и на вход (условно "нулевой") мультиплексора передатчика 19. С выхода фазоинвертора передатчика 20 выходит "зеркальная" М-последовательность, поступающая на другой вход мультиплексора передатчика 19 (условно "единичный"). Т.о., на два разных входа мультиплексора передатчика 19 поступают две М-последовательности: одна прямая М-последовательность, другая "зеркальная". В зависимости от третьего входа мультиплексора ("управляющего") на выходе мультиплексора 19 появляется либо прямая, либо "зеркальная" М-последовательность. Управление осуществляется логической единицей либо логическим нулем.

Заранее на передающем устройстве меняем структуру псевдослучайной последовательности (ПСП) передаваемого сигнала. Это делается по причине увеличения помехозащищенности системы. Помехозащищенность есть результат двух компонентов: помехоустойчивость и скрытность. При этом чередовании передаваемого сигнала меняется структура сигнала в зависимости от подачи на третий вход "управления" мультиплексора передатчика 19 логической "1" и "0". В результате меняется автокорреляционная функция и структура передаваемого сигнала и будет два варианта. Это и приводит к повышению помехозащищенности линии связи на приемной стороне.

Т.о. на второй вход фазового модулятора 3 с выхода мультиплексора передатчика 19 поступает либо прямая, либо зеркальная М-последовательность. ФМ сигнал с выхода фазового модулятора 3, содержащий информацию, поступает на вход модулятора 4, в котором осуществляется балансная модуляция колебания с несущей частотой от генератора несущей частоты (ГНЧ) 8. Затем усиленный по мощности в усилителе мощности (УМ) 5 ФМ сигнал через передающую антенну 9 излучается в пространство.

В приемнике принятый сигнал приемной антенной 10 поступает в смеситель 11, этот сигнал с помощью гетеродина 16 переносится на промежуточную частоту и после усиления в УПЧ 12 поступает на блок коррелятора 13. Блок коррелятора 13 производит оптимальную обработку принятого сигнала. Коррелятор состоит из перемножителя и интегратора. На второй вход блока коррелятора 13 поступает ФМ ШПС прямая М-последовательность, либо зеркальная с выхода мультиплексора приемника 23.

Работа генератора М-последовательности, состоящего из блоков: генератора тактовых импульсов приемника 17, дополнительного триггера приемника 26_о, триггеров приемника 26₁...26_n, сумматора приемника 25, фазоинвертора приемника 24, мультиплексора приемника 23 аналогична работе генератора М-последовательности на передающей стороне: генератора тактовых импульсов 6, дополнительного триггера передатчика 22_о, триггеров передатчика 22₁...22_n, сумматора передатчика 21, фазоинвертора передатчика 20, мультиплексора приемника 19.

В зависимости от наличия логической "1", либо логического "0" на выходе мультиплексора приемника 23 формируется либо прямая, либо зеркальная М-последовательность.

Управление в передатчике можно менять, например, как и в приемнике с помощью обратного канала, по телефону, по часам в зависимости от помеховой обстановки на передающем конце.

На приемном конце можно осуществить дополнительно поиск по "прямой", либо "зеркальной" М-последовательности, подавая на управляющий (третий) вход мультиплексора приемника 23 либо логическую "1", либо "0".

По сравнению с устройством-прототипом улучшается помехозащищенность за счет подачи то одной, то другой М-последовательности. Меняя последовательности, получают разные автокорреляционные функции ФМ ШЛО сигнала, что приводит к улучшению помехоустойчивости в зависимости от помеховой обстановки на входе приемного устройства.

Работа и построение связей генератора несущей частоты 8 на передающей стороне и синхронизатора приемника 18 на приемной стороне аналогичны их работе и построению связей в прототипе.

Линия радиосвязи, содержащая на передающей стороне последовательно соединенные источник информации, широтно-импульсный модулятор, фазовый модулятор, балансный модулятор, усилитель мощности, передающую антенну, последовательно соединенные синхронизатор передатчика, генератор тактовых импульсов и генератор несущей частоты выход которого соединен со вторым входом балансного модулятора, а второй выход синхронизатора передатчика соединен со вторым входом широтно-импульсного модулятора, на приемной стороне последовательно соединенные приемную антенну, смеситель, усилитель промежуточной частоты, блок коррелятора, демодулятор, получатель информации, последовательно соединенные синхронизатор приемника, гетеродин, выход которого соединен со вторым входом смесителя, при этом вход синхронизатора приемника соединен с выходом блока коррелятора, а второй вход синхронизатора приемника соединен со вторым входом демодулятора и с третьим входом блока коррелятора, третий выход синхронизатора приемника соединен со входом генератора тактовых импульсов приемника, отличающаяся тем, что введены на передающей стороне последовательно соединенные сумматор передатчика, фазоинвертор передатчика, мультиплексор передатчика, причем выход сумматора передатчика соединен со вторым входом дополнительного триггера передатчика и со вторым (нулевым) входом мультиплексора передатчика, выход которого соединен со вторым входом фазового модулятора, и выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом дополнительного триггера передатчика и с n входами триггеров передатчика, выходы которых соединены с входами сумматора передатчика соответственно, на приемной стороне последовательно соединенные сумматор приемника, фазоинвертор приемника, мультиплексор приемника, причем выход сумматора приемника соединен со вторым входом дополнительного триггера приемника и со вторым (нулевым) входом мультиплексора приемника, выход которого соединен со вторым входом блока коррелятора, и выход генератора тактовых импульсов приемника соединен с первым входом дополнительного триггера приемника и с n входами триггеров приемника, выходы которых соединены с n входами сумматора приемника соответственно.