Устройство для моделирования многолучевого радиоканала

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнх

Соцналнстнческнх

Республнк рц983723 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 17. 07. 81 (21) 3317935/18-24 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет—

Опубликовано 231282 ° Бюллетень М 47

Дата опубликования описания 23. 12.82 (И } М. Ка.з

G Об G 7/48

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53} УДК б 81. 3 (088.8) l

:/

Е. С. Гришин и В. Ю. Демьян@.нхо -- 3,,„

/ (72) Авторы изобретения

1 т

:.-- У г

Ъ (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВ ДЗИ МОДЕЛИРОВАНИЯ

МНОГЦЛУЧЕВОГО РАДИОКАНАЛА

Изобретение относится к радиосвязи, в частности к устройствам, моделирующим среду при дальнем тропосферном- распространении ультракоротких радиоволн (Д ТР УКВ), и может быть использовано в лабораторных условиях при исследовании систем тропосферной. радиорелейной связи и систем определения.местоположения излучающих объектов.

Известны имитаторы тропосферного канала связи, также как и имитаторы многолучевых каналов, состоящие из нескольких параллельно включенных каналов, имитирующих работу парциальных лучей, соответствующих отдельным .п тям распространения. Для моделирования замираний в каналах используются фазовый и амплитудный модуляторы, управляемые различным образом построенными генераторами случайных процессов 1)и t 2 3.

Наиболее близким по технической и физической сущности к изобретению является имитатор тропосферного канала, состоящий из К параллельно включенных каналов, выходы которых соединены с сумматором. Каждый из

К-1 идентичных каналов состоит из последовательно включенных линий эадержки, частотно-селективного модулятора и регулируемого аттенюатора, причем второй вхоц модулятора соединен с выходом генератора псевдослучайных сигналов. При этом один иэ К каналов имеет в своем составе только регулируемый аттенюатор. Данный имитатор тропосферного радиоканала позволяет моделировать не только релеевское распределение, но и любое другое в пределах Гауссовой теорииГ33.

Однако известный имитатор обладает рядом недостатков, которые не позволяют моделировать многие условия распространения радиоволн, встречающиеся на реальных трассах. Физическая модель тропосферного канала, положенная в основу построения данного имитатора предполагает, что регулярный сигнал, моделируемый каналом без модулятора и беэ линии задержки, образуется только эа счет отражения радиоволн от тропосферной неоднородности, расположенной в плоскости большого круга (задержка равна нулю). В реальных условиях под действием ветров происходит дрейФ неоднородностей,что существенным образом влияет на статистику сигнала. Кроме того, возможное вращение антенны источника пере3

983723 излучения приведет к изменению в пространстве положения объема переизлучения, образованного пересечением диаграммы направленности приемной и передающей антенн, являясь таким об разом еще .одной причиной изменения статистических свойств принимаемого; сигнала. Данный имитатор не учитывает этих явленйй. Известно, что статистические свойства сигнала при ДТР

УКВ существенным образом зависят от параметров приемной и передающей ан»

10 тени. Моделировать влияние параметров антенн известный имитатор также не позволяет. Кроме того, он не позволяет моделировать и корреляционные характеристики при разнесенном по пространству или углу приеме, Таким образом, Функциональные!

5 возможности укаэанного имитатора зна; чительно ограничены.

Пелью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для моделирования за счет моделирования состояния и изменения среды распространения и положения. приемной и передающей антенн .

Эта цель достигается тем, что в устройство для моделирования мноrîëó÷åâîãî радиоканала, содержащее

K каналов, информациониые входы которых объединены и являются входами устройства, и сумматор, выход которого является одним из выходов устройства, а каждый канал содержит генератор псевдослучайного сигнала и последовательно соединенные элемент 35 задержки, частотно-селективный модулятор, другой вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайного сигнала, и регулируемый аттенюатор;

45 прямительных диодов, генератор прямоугольных импульсов, регистр сдвига и К регулируемых аттенюаторов, а в каждый канал введены управляемый аттенюатор, усилитель c,ðåróëèðóeìûì коэффициентом усиления, сумматор и группа регулируемых аттенюаторов, причем информационный вход управляемого аттенюатора является информационным входом канала, информацион. ный вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления подключен к выходу элемента задержки, а выход— к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом ре-,гулируемого аттенюатора, выход сумматора соединен с входами регулируемых аттенюаторов группы, выход i-го аттенюатора группы (i 1, N)j-ro канала (j 1, К) подключен к j-му входу h "-го сумматора„ выходы которых являются выходами устройства„ выход генератора прямоугольных импульсов соединен с входом регистра сдвига, 65 дополнительно введены (N-1) суммато- 40 ров, генератор синусоидального напряжения, группа фазовращателей, К вы- разрядные выходы которого через соот ветствующие регулируемые аттенюаторы подключены к управляющим входам уси лителей с регулируемым коэффициентом

Усиления соответственно, фаэовращатели группы соединены последовательно, выправляющий вход управляемого атте.нюатора m-го канала (m 1, К-1) через выпрямительный диод соединен с выходом m-го фазовращателя группы, а управляющий вход управляемого аттенюатора К-ro канала через выпрямительный диод соединен с выходом генератора синусоидальных колебаний и входом первого фазовращателя группы, На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2 эпюры управляющих напряжений К управляемых аттенюаторов; на Фиг. 3 эпюры напряжений соответственно на выходе генератора прямоугольных импульсов и на управляющих входах усилителей с регулируемым усилением.

Устройство содержит генератор 1 . синусоидального напряжения, группу фазовращателей 2, регулируемые аттенюаторы 3, генератор 4 прямоугольных импульсов, регистр 5 сдвига, управляемые аттенюаторы б, элементы 7 задержки, генератор 8 псевдослучайного сигнала, частотно-селективный модулятор 9, усилители 10 с регулируемым усилением, регулируемый аттенюатор 11, сумматор 12, регулируемые аттенюаторы 13, сумматоры 14.

Устройство для моделирования многолучевого радиоканала работает сле дующим образом.

Входной сигнал, поступающий на входной зажим, делится равномерно на К каналов и подается на вход управляемого аттенюатора б в каждом канале. При этом затухание этих аттенюатаров обратно пропорционально управляющему напряжению. Управляющее напряжение через диоды, отсекающие его отрицательные полуволйы, поступает с выходов последовательно соединенных низкочастотного синусоидального генератора 1 и (К- 1) Фазовращателей 2, При этом формой напряжения, генерируемого генератором 1, моделируется диаграмма направленности передающей антенны. При использовании синусоидального генератора имитируется диаграмма направленности, описываемая выражением

0 при прочих 8

ЕИ)= где 8 - текущий угол.

a. — коэффициент(пропорциональности

Моделирование вращения передаюцей антенны осуществляется фазовращате983723

Rat t p

Д +Ы (3кВ

25 лями 2, в которых управляющее напря жение сдвигается на. угол, определяемый числоМ К парциальнйх каналов.

При этом период вращения передающей антенны определяется частотой гене,ратора 1.

С выхода управляемого аттенюатора

6 сигнал поступает на элемент 7 задержки, который моделирует различие путей распространения сигнала (пар циальных лучей) от точки передачи до точки приема. Величина задержки в

К-ом канале определяется выражением где R — расстояние между точками приема и передачик

at — текущий угол соответствуK ющей К-му парциальному лучу;

Ы вЂ” эквивалентный радиус Земли, экю

C — скорость распространения радиоволн.

Канал, взятый за эквивалент плоскости отсчета углов, имеет дй = 0 °

После задержки сигнал поступает на две параллельные ветви канала, одна из которых (блоки 8, 9 и 11) имитирует распространение радиоволн за счет. рассеяния на мелкомасштабных неоднородностях, а другая (блок 10) распространение за счет отражения от крупномасштабных неоднородностей диэлектрической проницаемости тропосферй. Моделирование рассеяния основано на том факте, что если на вход тропосферного (релеевского). канала поступает колебание вида ni(t)

cos(2 Л tot + +(t)),òî на выходе. тропосферного канала искаженный замираниями сигнал может быть представлен в виде

K «(t)A (t- Rat)cos(2Jifoe+tc(e 4(he)+4q(eg, к т.е. представляет собой сумму сигналов с различным запаздыванием, каждый 5р из которых модулирован по амплитуде и Ааэе Функциями тк(t) ифк(1) . Поэтому в К-ом модуляторе 9 осуществляется перемножение задержанного сигнала, предварительно разложенного на 4 квад-к5 ратурные составляющие, и псевдослучайных шумовых процессов. В качестве ис-:. .точниковшумовых процессов используется генератор 8 псевдослучайного сигнала, на выходе которого модулирующий сигнал является нормальным стационарным процессом, а его ортогональные компоненты после линейного преобразования в модуляторе имеют нулевые средние. Промодулированйый случайным процессом сигнал с выходом

6 модулятора 9 поступает на регулируемый аттенюатор 11, с помощью которого моделируются направленные свойства рассеянного поля при ДТР УКВ, его угловой энергетический спектр.

Величину вносимого затухания, необходимого для моделирования углового энергетического спектра рассеяния для К-го канала, можно найти по Формуле

d,2

Ч = 5,9— к к*Ъ

q $

Где Фo - шиРина Углового энеРгети ческого спектра объема рассеяния.

Ветвь, моделирующая отражение, состо

I ит из усилителя с регулируемым усилением 10, коэффициент передачи которого в каждом канале задается регулируемыми аттенюаторами 3. Моделирование отраженного сигнала основано на том, что если на вход линии связи поступает сигнал вида A(t) cos CZJ7+t+

+ ф (t)), то отклик на этот сигнал появится лишь в том парциальном кана1ле имитатора, которому соответствует угловое положение центра переизлучения отражающей неоднородности Ы.от, а именно в канале, где о(о = at, Это обусловлено, тем, что в тропосфере отражение от слоистых неоднородностей диэлектрической проницаемости с размерами, превышающими величину первой зоны френеля в первом приближении, происходит по законам геометрической оптики.

Задержка К- лй сигнала в ветви отражения задается общей для канала линией 7 задержки.

Управляющий вход усилителя 10 с регулируемым усилителем связан через аттенюатор 3 с одним из выходов регистра 5 сдвига, что позволяет моделировать процесс. изменения энергетических соотношений между рассеянным и отраженным сигналом, являющийся одной из причин нестационарного характера сигнала, При этом наличие отражающей неоднородности в том или ином канале определяется состоянием триггеров регистра 5 сдвига и может устанавливаться по.желанию исследователя; На синхронизирующий вход регистра 5 сдвига поступают тактовые импульсы от генератора 4 прямоугольных импульсов ° Сообразно им регистр 5 сдвига осуществляет сдвиг влево или вправо информации, записанной в нем о положении имитируемых отражающих неоднородностей. Это позволяет имитировать реально существующее в тропосфере перемещение отражающих неоднородностей в объеме переизлучения, в частности, под действием ветра или архимедовых сил. Эпюры управляющих напряжений на входе аттенюаторов 3 (фиг. 3) поясняют процесс имитации

983723

Формула изобретения

7 дрейфа отражающей неоднородности из первого канала в пятый. Исследователь, при .желании, путем изменения частоты следования тактовых импульсов генератора легко может уменьшить или увеличить скорость дрейфа отра- 5 жающих неоднородностей.

Сигналы обеих ветвей (с выхода регулируемого аттенюатора 11 и усилителя с регулируемым усилением 10) каждого канала геометрически сумми- 10 руются сумматором 12. С выхода сумматора 12 сигнал через N регулируемых аттенюаторов 13 поступает íà N сумматоров 14 с К входами Это позволяет смоделировать многоканальный раз- 15 несенный прием, т.е. часто встречающийся в практике радиосвязи пространственный либо угловой разнос лучей приемной антенны. При этом коли- чество N аттенюаторов 13 равно числу 20 каналов разносенного приема, а величина затухания в каждом парциальном канале аттенюаторов 13, подключенных к одному и тому же сумматору 14, определяется диаграммой направленности луча приемной антенны. Например, при аппроксимации диаграммы направленности лучей приемной антенны гауссоидой, затухание N-ro аттенюатора в каждом

I<-м парциальном канале должно изменяться по закону

}2

V„N

Аб 0 5t4

I .где < О, Ы0 - положение максимума и ширина N-го луча приемной антенны соответственно.

Выходами устройства для моделиро- 40 вания многолучевого радиоканала являются выходы сумматоров 14.

Сравнительный анализ технико-экономической эффективности предлагаемого и известного устройств показывает 45 что предлагаемое устройство для моделирования многолучевого радиоканала позволяет более полно имитировать разнообразные состояния среды на трассах распространения и их влияние на харак-5 теристики сигналов, в том числе ими.тировать .эффект случайного расположения отражающих неоднородностей тропосферы в различных точках объема переизлучения, имитировать дрейф регулярных неоднородностей в пространстве, имитировать при этом различные соотношения между регулярной и рассеянной компонентами поля, имитировать влияние направленности и углового положения максимумов диаграмм приемной антенны, а также имитировать влияние углового перемещения диаграммы направленности передающей антенны.

Использование предлагаемого устройства позволяет, по сравнению с из- 45 вестным сократить объем длительных

1 и дорогостоящих экспериментальных исследований, обычно проводимых с целью получения исходных данных для проектирования аппаратуры тропосферных линий радиосвязи.

-Устройство для моделирования мно.голучевого радиоканала, состоящее из К каналов, информационные входы которых объединены и являются входом; устройства, и сумматора, выход которого является одним из.выходов устройства, каждый канал содержит генератор псевдослучаЭного сигнала и последовательно соединенные элемент задержки, частотно-селективный модулятор, другой вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайного сигнала, и регулируемый аттенюатор, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет моделироваНия состояния и изменения среды распространения и полОжения приемной и передающей антенн, оно дополнительно содержит (N-1) сумматоров, генератор синусоидального напряжения, группу фазовращателей, К выпрямительных диодов, генератор прямоугольных HMnyJIboop, регистр сдвига и К регулируемых аттенюаторов, а в каждый канал введены управляемый аттенюатор, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, сумматор и группа регулируемых аттенюаторов, причем информационный вход управляемого аттенюатора является информационным входом канала, информационный вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления подключен к выходу элемента задержки, а выход - к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом регулируемого аттенюатора, выход сумматора соединен с входами регулируемых аттенюаторов группы, выход i-го аттенюатора группы (i

1, N) j -ro канала (j = 1, К) подключен к j --ому входу i-ro сумматора, выходы которых являются выходами устройства, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с входом регистра сдвига,. разрядные выходы которого через соответствующие регулируемые аттенюаторы подключены к управляющим входам усилителей с регулируемым коэффициентом усиления соответственно, фазовращатели группы соединены последовательно, управляющий вход управляемого аттенюатора m-ro канала (m 1, К-1) через выпрямительный диод соединен с выходом

m-го Фазовращателя группы, а управляющий вход управляемого аттенюатора К-го канала через выпрямительный диод соединен с выходом генератора синусоидальных колебаний и входом первого фаэовращателя группы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

983723

1. Авторское свидетельство СССР

В 532111, кл. G 06 G 7/62, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

9 407346, кл. G 06 G 7/48, 1971.

3. Труды НИИР, 1978, 9 1, с. 45

S (прототип).

9&3723

Составитель В. Фукалов

Редактор Н. Лазаренко Техред Ж.Кастелевич . Корректор Л Вок ан, Заказ 9927/59 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открнтий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4