АДАПТИВНОЕ ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ЗАЩИЩЕННОЙ РАДИОСВЯЗИ
ADAPTIVE TRANSCEIVING DEVICE FOR SECURE RADIO COMMUNICATION

Изобретение относится к области электрической связи и может быть использовано при передаче информации в условиях зашумленных каналов связи амплитудными, частотными и фазовыми шумами для повышения помехоустойчивости систем связи в условиях искусственных возмущений каналов связи.
Распространение радиоволн в условиях искусственных возмущений сопровождается проявлением многолучевого распространения, обуславливающего возникновение в принимаемых сигналах замираний общего или частотно-селективного типа. При передаче простых сигналов частотно-селективные замирания проявляются одновременно с межсимвольной интерференцией, что снижает помехоустойчивость канала связи.
Известно приемопередающее устройство (Теория электрической связи: Учебник для Вузов/А.Г.Зюко, Д.Д.Кловский, В.И.Коржик, М.В.Назаров. Под ред. Д.Д.Кловского. - М.: Радио и связь, 1998. - 101 с.), сущность которого заключается в том, что частотная модуляция получается путем дифференцирования угловой модуляции.
Недостатком данного приемопередающего устройства является тот факт, что данный подход не всегда допустим, поскольку операция дифференцирования увеличивает погрешность результата. Такой подход оказывается также неэффективным при фазовой дестабилизации канала связи.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому адаптивному приемопередающему устройству является приемопередающее устройство, описанное в книге (см. там же, 100 с.), в котором создаются гармонические колебания, подаваемые на колебательный контур, параллельно которому включается реактивное сопротивление, управляемое первичным сигналом.
Недостатком данного приемопередающего устройства является узкий диапазон управления девиации частоты, наличие нелинейностей и низкая точность формируемого синусоидального сигнала по причине разброса параметров элементов колебательного контура (емкостей, индуктивностей, варикапов).
В предлагаемом адаптивном приемопередающем устройстве защищенной радиосвязи, который содержит блок согласования с антенной, к антенному входу которого подключена приемопередающая антенна, а выход соединен через первый блок предварительного усиления с блоком демодуляторов (детекторов), к входу блока согласования с антенной через усилитель мощности подключен выход блока модуляторов, причем в устройство дополнительно введены первый демультиплексор, усилитель низкой частоты, компаратор, одновибратор, три RS-триггера, блок сравнения, два двоичных счетчика, управляемый генератор импульсов, второй блок предварительного усиления, первый элемент задержки сигнала, блок памяти, два мультиплексора, два элемента "И", блок задания позывных, три элемента "ИЛИ", два элемента "ЗАПРЕТ", блок демодуляторов содержит амплитудный, частотный и фазовый детекторы и третий мультиплексор, а блок модуляторов включает амплитудный, частотный и фазовый модуляторы, второй демультиплексор и четвертый элемент "ИЛИ", причем к входу блока демодуляторов подключены входы амплитудного, частотного и фазового демодуляторов, выходы которых подсоединены соответственно к информационным входам третьего мультиплексора, выход которого является выходом блока демодуляторов (детекторов), выход блока демодуляторов (детекторов) через первый информационный вход первого демультиплексора соединен по первому выходу с усилителем мощности, выход которого является выходом адаптивного приемопередающего устройства защищенной радиосвязи, ко второму выходу демультиплексора подключен через компаратор одновибратор, а также информационный вход блока сравнения, вход опорного напряжения компаратора подключен к клемме "Уставка" адаптивного приемопередающего устройства защищенной радиосвязи, выход блока сравнения соединен с S-входом первого RS-триггера, к R-входу которого подключена клемма установки устройства в исходное состояние, выход первого триггера соединен с управляющим входом первого демультиплексора и с первым входом первого элемента "И", выход одновибратора соединен с первым входом первого элемента "ИЛИ" и с R-входом второго RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом второго элемента "ИЛИ", первый вход которого соединен со вторым входом первого элемента "ИЛИ" и с входом "Запрос связи" устройства, а выход первого элемента "ИЛИ" соединен с входом "ЗАПУСК" управляемого генератора импульсов, вход "ОСТАНОВ" которого соединен с выходом третьего элемента "ИЛИ", выход генератора импульсов соединен с информационным входом первого элемента "ЗАПРЕТ" и счетным входом первого счетчика, информационные выходы которого соединены с адресными входами блока сравнения и блока памяти, а также к первым информационным входам первого мультиплексора, первые выходы блока памяти подключены к вторым информационным входом блока сравнения, а вторые информационные выходы - к информационным входам первого мультиплексора, выход первого элемента "ЗАПРЕТ", запрещающий вход которого соединен с запрещающим входом второго элемента "ЗАПРЕТ", - с выходом первого элемента задержки сигнала и первым входом второго элемента "И", второй вход второго элемента "И" соединен со вторым входом первого элемента "И", со вторым входом второго элемента "ИЛИ", с выходом переноса первого счетчика и с информационным входом второго элемента "ЗАПРЕТ", выход которого соединен со счетным входом второго счетчика, выход второго элемента "И" соединен с первым входом третьего элемента "ИЛИ", второй вход которого соединен с выходом первого элемента "И" и S-входом третьего RS-триггера, R-вход которого соединен с клеммой установки в исходное состояние, выход первого мультиплексора соединен с первым информационным входом второго мультиплексора, ко второму информационному входу которого подключен выход второго блока предварительного усиления, а к адресному входу - выход третьего триггера, информационные выходы второго счетчика соединены с адресными входами третьего мультиплексора блока демодуляторов и второго демультиплексора блока модуляторов, ко входу второго блока предварительного усиления подключен информационный вход адаптивного приемопередающего устройства защищенной радиосвязи, ко входу управления блока памяти подключен первый выход второго триггера, второй выход которого соединен с входом управления первого мультиплексора и со входом первого элемента задержки сигнала, ко вторым адресным входам блока памяти подключены выходы блока задания позывных, вход второго демультиплексора блока модуляторов соединен в выходом второго мультиплексора, а выходы второго демультиплексора блока модуляторов подключены соответственно к амплитудному, частотному и фазовому модуляторам, выходы которых соединены с соответствующими входами четвертого элемента ИЛИ, выход последнего является выходом блока модуляторов.
Отличительным признаком предложенного технического решения является адаптивность приемопередающего устройства, а также возможность реализации модуляции и демодуляции амплитуды, частоты и фазы колебаний математическими методами, которые обладают высокой точностью выполняемых операций и инвариантностью к изменению частоты входного сигнала.
Данные математические операции могут быть выполнены как на аналоговых элементах, так и в вычислителе на базе микропроцессора, алгоритм функционирования которого реализует рассмотренную на фиг.1 структуру. Входное и выходное синусоидальное напряжение при этом может быть введено в вычислитель и выведено из него соответственно с помощью аналого-цифрового и цифроаналогового преобразователей.
Проведенный анализ уровня развития техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественные всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного изобретения условию патентоспособности "новизна".
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявляемого объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня развития техники. Из уровня развития техники даже не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанных технических результатов. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".
1
1
1
2
3
1
2
2
1
2
1
2
1
2
3
3
2
4
Адаптивное приемопередающее устройство защищенной радиосвязи (фиг.1) содержит блок согласования с антенной БСсА 1, первый блок предварительного усиления БПУ 2, блок демодуляторов (детекторов) БД 3, блок модуляторов БМ 4, демультиплексор DMX 5, усилитель низкочастотного сигнала УНЧ 6, компаратор К 7, одновибратор OВ 8, три RS-триггера TP 9, ТР 10, ТР 11, блок сравнения БС 12, два счетчика CЧ 13, СЧ 14, генератор импульсов ГИ 15, второй блок предварительного усиления БПУ 16, элемент задержки сигнала τ 17, блок памяти БП 18, два мультиплексора MX19, МХ 20, два элемента "И" 21 и "И" 22, блок задания позывных БЗП 23, три элемента "ИЛИ" 24, "ИЛИ" 25 и "ИЛИ" 26, два элемента "ЗАПРЕТ" 27 и 28, усилитель мощности выходного сигнала УМ 38. Причем блок демодуляторов БД 3 содержит амплитудный 29, частотный 30 и фазовый 31 демодуляторы, а также третий мультиплексор МХ 32. Блок модуляторов БМ 4 состоит из второго демультиплексора DMX 33, амплитудного 34, частотного 35, фазового 36 модулятора, а также четвертого элемента "ИЛИ" 37.
1
3
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
1
1
3
1
1
1
1
2
1
2
2
1
2
1
2
2
2
2
3
1
3
1
2
2
3
2
3
2
2
2
1
1
1
2
4
2
2
В адаптивном приемопередающем устройстве защищенной радиосвязи к антенному входу блока согласования с антенной БСсА 1 подключена приемопередающая антенна, а выход блока согласования с антенной БСсА 1 соединен через первый блок предварительного усиления БПУ 2 с блоком демодуляторов (детекторов) БД 3, входом которого служат входы амплитудного АД 29, частотного ЧД 30 и фазового ФД 31 демодуляторов, в свою очередь выходы которых соединены соответственно с входами третьего мультиплексора МХ 32, выход которого является выходом блока демодуляторов (детекторов) БД 3. Выход блока демодуляторов (детекторов) БД 3 через информационный вход демультиплексора DMX 5 соединен по первому выходу с усилителем УНЧ 6, выход которого является выходом адаптивного приемопередающего устройства. Второй выход демультиплексора DMX 5 через компаратор К 7 подключен к одновибратору OВ 8, а также к информационному входу блока сравнения БС 12. Вход опорного напряжения компаратора К 7 подключен к клемме "Уставка" адаптивного приемопередающего устройства. Выход блока сравнения БС 12 соединен с S-входом первого RS-триггера TP 9, к R-входу которого подключена клемма установки устройства в исходное состояние 39. Выход первого триггера TP 9 соединен с управляющим входом первого демультиплексора DMX 5 и первым входом первого элемента "И" 21. Выход одновибратора ОВ 8 соединен с первым входом первого элемента "ИЛИ" 24 и с R-входом второго триггера ТР 10, S-вход которого соединен с выходом второго элемента "ИЛИ" 25. Первый вход второго элемента "ИЛИ" 25 соединен со вторым входом первого элемента "ИЛИ" 24 и с входом "Запрос связи" устройства. Выход первого элемента "ИЛИ" 24 соединен с входом "ЗАПУСК" генератора импульсов ГИ 15, вход "ОСТАНОВ" которого соединен с выходом третьего элемента "ИЛИ" 26. Выход генератора импульсов ГИ 15 соединен с информационным входом второго элемента "ЗАПРЕТ" 27 и счетным входом первого счетчика CЧ 13, информационные выходы которого соединены с адресными входами блока сравнения БС 12, блока памяти БП 18 и первого мультиплексора MX 19. Запрещающий вход первого элемента "ЗАПРЕТ" 27 соединен с запрещающим вход второго элемента "ЗАПРЕТ" 28, выходом первого элемента задержки сигнала τ 17 и первым входом второго элемента "И" 22. Второй вход второго элемента "И" 22 соединен со вторым входом первого элемента "И" 21, со вторым входом второго элемента "ИЛИ" 25, с выходом переноса первого счетчика CЧ 13 и с информационным входом второго элемента "ЗАПРЕТ" 28. Выход второго элемента "ЗАПРЕТ" 28 соединен с счетным входом второго счетчика СЧ 14. Выход второго элемента "И" 22 соединен с первым входом третьего элемента "ИЛИ" 26, второй вход которого соединен с выходом первого элемента "И" 21 и S-входом третьего RS-триггера ТР 11, R-вход которого соединен с клеммой 39. Выход первого мультиплексора MX 19 соединен с первым информационным входом второго мультиплексора МХ 20, ко второму информационному входу которого подключен выход второго блока предварительного усиления БПУ 16, а к адресному входу выход третьего триггера ТР 11. Информационные выходы второго счетчика СЧ 14 соединены с адресными входами третьего мультиплексора МХ 32 блока демодуляторов БД 3 и демультиплексора DMX 33 блока модуляторов БМ 4. К входу второго блока предварительного усиления БПУ 16 подключен информационный вход адаптивного приемопередающего устройства защищенной радиосвязи. К входу управления блока памяти БП 18 подключен первый выход второго триггера TP 10, второй выход которого соединен с входом управления первого мультиплексора MX 19 и с входом первого элемента задержки сигнала τ 17. Ко вторым адресным входам блока памяти БП 18 подключены выходы блока задания позывных БЗП 23, а выходы блока памяти БП 18 подключены к информационным входам первого мультиплексора MX 19. Выходы второго демультиплексора DMX 33 блока модуляторов БМ 4 подключены соответственно к амплитудному AM 34, частотному ЧМ 35 и фазовому ФМ 36 модуляторам, выходы которых соединены с соответствующими входами четвертого элемента "ИЛИ" 37, выход последнего является выходом блока модуляторов БМ 4. Блок модуляторов БМ 4 подключен к входу усилителя мощности выходного сигнала УМ 38, выход которого подключен к блоку согласования с антенной БСсА 1. Выход второго мультиплексора МХ 20 соединен с информационным входом второго демультиплексора DMX 33 блока модуляторов БМ 4.
2
3
Пример реализации блока сравнения 12 приведен на фиг.2. Блок сравнения 12 состоит из устройства выборки и хранения УВХ 40, аналого-цифрового преобразователя АЦП 41, блока регистров памяти 42, блока цифровых компараторов БЦК 43, элементов задержки τ 44 и τ 45.
Пример реализации блока цифровых компараторов БЦК 43 приведен на фиг.3. Блок цифровых компараторов БЦК 42 содержит n цифровых компараторов, информационные входы которых объединены и подключены к информационному входу блока цифровых компараторов БЦК 43. Входы уставок цифровых компараторов подключены к соответствующим выходам мультиплексора. Выход компараторов i-го элемента соединен с S-входом i-го RS-триггера, выход которого соединен с первым входом i-го элемента "И", вторые входы которых объединены и подключены к входу синхронизации блока цифровых компараторов БЦК 43, а также через элемент задержки сигнала - с входом синхронизации первого цифрового компаратора. Выход i-го элемента "И" соединен с входом синхронизации i+1 цифрового компаратора, а также к первому входу i-го элемента "ИЛИ". Выход элемента "И" соединен через i-й элемент задержки с первым входом i-го элемента "ЗАПРЕТ", выход которого соединен со вторым входом i-го элемента "ИЛИ", выход которого соединен с R-входом i-го триггера. Выходы триггеров соединены с адресными входами мультиплексора и с запрещающим входом i-1 элемента "ЗАПРЕТ".
1
2
1
3
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии оба счетчика CЧ 13 и СЧ 14 установлены в нулевое состояние. В блок памяти БП 18 из блока задания позывных БЗП 23 занесены коды ключей связи с радиопередающими устройствами. Первый Tp 9 и третий Тр 11 RS-триггеры по входной клемме 39 через R-вход установлены в нулевое состояние. В блок задания позывных БЗП 23 занесены позывные данного приемопередающего устройства.
1
2
2
1
1
2
1
2
1
2
3
1
4
При подаче импульса на вход "Запрос связи" передающего устройства через первый элемент "ИЛИ" 24 включается генератор импульсов ГИ 15, а через второй элемент "ИЛИ" 25 взводится в единичное состояние второй RS-триггер Тр 10. При этом включается в работу первый мультиплексор MX 19 и на его выходе формируется протокол установления связи путем перебора состояния его информационных входов, задаваемых с блока памяти БП 18, по адресам, задаваемым с выходов первого счетчика CЧ 13. Единичный уровень с выхода второго триггера ТР 10 через первый элемент задержки сигнала τ 17 открывает второй элемент "И" 22, закрывает первый и второй элементы "ЗАПРЕТ" 27, 28. При этом импульс переполнения первого счетчика CЧ 13 проходит на выход второго элемента "И" 22 и через третий элемент "ИЛИ" 26 останавливает работу генератора импульсов ГИ 15. За время работы генератора ГИ 15 на выходе первого мультиплексора MX 19 формируется до передачи информационного сообщения протокол установления связи (позывные идентичного приемопередающего устройства, с которым устанавливается связь), который поступает на вход блок модулятора БМ 4, где осуществляется амплитудная модуляция амплитудным модулятором AM 34 несущей, формируемой в этом блоке. Полученный сигнал, пройдя через четвертый элемент "ИЛИ" 37, усилитель мощности УМ 38 и блок согласования с антенной БСсА 1, поступает на антенну передающего устройства.
1
3
1
1
1
1
1
2
2
2
2
1
1
2
2
4
В идентичном приемном адаптивном приемопередающем устройстве защищенной радиосвязи сигнал принимается антенной и через блок согласования с антенной БСсА 1 поступает на первый блок предварительного усиления БПУ 2. После предварительного усиления принятый сигнал поступает на блок демодуляторов БД 3 и через амплитудный детектор АД 29, который подключен через мультиплексор МХ 32, - к выходу блока демодуляторов БД 3. Продетектированный блоком демодуляторов БД 3 принятый сигнал поступает на первый демультиплексор DMX 5, который переключен на вход компаратора К 7 и на вход блока сравнения БС 12. Принятое сообщение в виде протокола установления связи приводит к срабатыванию компаратора К 7, полученный при этом импульс формируется одновибратором ОВ 8 и через первый элемент "ИЛИ" 24 включает генератор импульсов ГИ 15. При этом на счетный вход первого счетчика CЧ 13 поступают счетные сигналы. Одновременно эти импульсы через открытый первый элемент "ЗАПРЕТ" 27 поступают на вход стробирования блока сравнения БС 12, где распознается в полученном сообщении протокол обмена. Причем импульс переноса первого счетчика CЧ 13 поступает через открытый второй элемент "ЗАПРЕТ" 28 на счетный вход второго счетчика СЧ 14, а также через второй элемент "ИЛИ" 25 взводит второй триггер ТР 10, что включает первый мультиплексор MX 19 на формирования ответного позывного сообщения путем опроса его информационных входом. Сформированное ответное позывное сообщение с выхода первого мультиплексора MX 19 поступает через второй мультиплексор МХ 20 на блок модуляторов БМ 4, причем поскольку второй счетчик СЧ 14 переключен в следующее состояние, то сформированное сообщение используется при частотной модуляции передаваемого сообщения. Данное сообщение через четвертый "ИЛИ" 37, усилитель мощности УМ 38 и блок согласования с антенной БСсА 1 поступает на антенну и в канал связи.
1
1
1
3
2
В случае, если принятое сообщения в виде протокола установления связи распознается наиболее точно, то срабатывает первый триггер TP 9 и при этом переключается первый демультиплексор DMX на вход усилителя УНЧ 6, а импульс переноса с первого счетчика CЧ1 13, пройдя через первый элемент "И" 21, взводит третий триггер ТР 11 и переключает второй мультиплексор МХ 20 на выход второго блока предварительного усиления БПУ 16. При этом устройство подготовлено для передачи информационных сообщений с максимальным качеством. Таким образом, в предлагаемом устройстве протокол установления связи, который формируется и передается до передачи информационного сообщения, используется для тестирования канала передачи информации.
Наиболее целесообразно использовать предлагаемое адаптивное приемопередающее устройство защищенной радиосвязи в условиях изменяющихся состояний каналов связи.