СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ С ШУМОПОДОБНЫМИ СИГНАЛАМИ
SYSTEM OF RADIO COMMUNICATION WITH NOISE-LIKE SIGNALS

Предлагаемое устройство относится к области передачи дискрктной информации и может быть использовано в космических и наземных радиолиниях связи, использующих шумоподобные сигналы (ШПС).
Известна система радиосвязи с шумоподобными сигналами по пат. РФ №2085037, которая позволяет увеличить объем передаваемой информации без расширения полосы частот, без увеличения мощности передатчика, а также без снижения скорости передачи.
Известна широкополосная система радиосвязи с ШПС (Л.Е.Варакин «Системы связи с шумоподобными сигналами», М., «Радио и связь», 1985 г., стр.16, рис.1.7), предназначенная для передачи дискретных сообщений. Но т.к. в данное устройство входит согласованный фильтр, то с этого устройства практически возможен только некогерентный прием ортогональных сигналов, что приводит к недостаточной помехоустойчивости передаваемой информации, поскольку более высокая помехоустойчивость обеспечивается при когерентном приеме и использовании противоположных сигналов. Кроме того, практическая реализация согласованных фильтров при больших базах сигнала представляет собой сложную техническую задачу.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является линия радиотелефонной связи с фазоманипулированными ШПС, приведенная в книге Л.Е. Варакина «Системы связи с шумоподобными сигналами», М., «Радио и связь», 1985 г., рис.1.9, принятая за прототип.
Функциональная схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено:
1 - источник информации;
2 - широтно-импульсный модулятор;
3 - фазовый модулятор;
4 - балансный модулятор;
5 - усилитель мощности;
6 - генератор фазоманипулированного (ФМ) сигнала;
7 - генератор несущей частоты;
8 - синхронизатор передатчика;
9 - передающая антенна;
10 - приемная антенна;
11 - смеситель;
12 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);
13 - коррелятор;
14 - демодулятор;
15 - получатель информации;
16 - гетеродин;
17 - генератор фазоманипулированного (ФМ) опорного сигнала;
18 - синхронизатор приемника.
Устройство-прототип содержит передающее и приемное устройства. Передающее устройство содержит последовательно соединенные источник информации 1, широтно-импульсный модулятор 2, фазовый модулятор 3, балансный модулятор 4 и усилитель мощности 5, выход которого соединен с передающей антенной 9. Кроме того, первый выход синхронизатора передатчика 8 соединен со вторым входом широтно-импульсного модулятора 2, а второй выход синхронизатора передатчика 8 - с входом генератора ФМ сигнала 6, выход которого подсоединен ко второму входу фазового модулятора 3. Приемное устройство - последовательно соединенные смеситель 11, УПЧ 12, коррелятор 13, демодулятор 14 и получатель информации 15, а также последовательно соединенные синхронизатор приемника 18 и гетеродин 16, выход которого соединен со вторым входом смесителя 11, первый вход которого подсоединен к приемной антенне 10. При этом выход коррелятора 13 соединен с входом синхронизатора приемника 18, второй выход которого через генератор ФМ опорного сигнала 17 подсоединен ко второму входу коррелятора 13, третий вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора приемника 18 и вторым входом демодулятора 14.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Телефонное (или какое-либо другое) сообщение от источника информации 1 поступает на вход широтно-импульсного модулятора 2, с выхода которого широтно-импульсный сигнал (ШИМ) подается на вход фазового модулятора 3, на второй вход которого поступает ФМ ШПС, формируемый генератором ФМ сигнала 6. ФМ сигнал, содержащий информацию, с выхода модулятора 3 поступает на вход балансного модулятора 4, в котором осуществляется балансная модуляция колебания с несущей частотой от генератора несущей частоты 7. Затем усиленный по мощности сигнал в усилителе мощности 5 ФМ сигнал антенной 9 излучается в пространство. Работой широтно-импульсного модулятора 2 и генератора ФМ сигнала 6 управляет синхронизатор 8, который вырабатывает необходимые частоты и управляющие сигналы.
В приемном устройстве принятый приемной антенной 10 сигнал поступает в смеситель 11, где с помощью гетеродина 16 переносится на промежуточную частоту и после УПЧ 12 поступает на первый вход коррелятора 13, который производит оптимальную обработку принятого сигнала. На второй вход коррелятора 13 подается опорный сигнал в виде ФМ ШПС. Напряжение на выходе коррелятора содержит телефонное сообщение в виде ШИМ сигнала, который подается на вход демодулятора 14, с выхода которого принятое сообщение передается получателю информации 15. Работой приемного устройства в целом и его отдельными блоками (гетеродина 16, генератора ФМ опорного сигнала 17, коррелятора 13, демодулятора 14) управляет синхронизатор 18, который сначала осуществляет поиск ФМ ШПС по времени и частоте, а затем поддерживает синхронизм.
0
Рассмотрим использование устройством-прототипом выделенной полосы частот. Минимальная длительность элемента сигнала ПСП равна τ и под нее выделяется полоса пропускания F передатчика и приемника, определяемая из соотношения .
0
0
0
0
0
Но посылки длительностью τ занимают в цикле ПСП не более 30%, а основное время занимают блоки из посылок длительностью 2τ, 3τ,…nτ, где n - степень порождаемости полинома (она равна разрядности генерирующего ПСП регистров). Следовательно, что для указанных блоков посылок требуется полоса пропускания гораздо меньше F, например, для блоков посылок 2τ полоса в два раза уже, для 3τ в три раза уже и т.д.
Недостатком устройства-прототипа является неэффективное использование выделенной системе радиосвязи полосы частот.
Для устранения указанного недостатка в систему связи, содержащую в передающем устройстве последовательно соединенные первый источник информации, первый широтно-импульсный модулятор, первый фазовый модулятор, первый балансный модулятор и первый усилитель мощности, при этом выход первого генератора несущей частоты соединен со вторым входом первого балансного модулятора, первый выход синхронизатора передатчика через первый генератор фазоманипулированного (ФМ) сигнала соединен со вторым входом первого фазового модулятора, второй выход синхронизатора передатчика соединен со вторым входом первого широтно-импульсного модулятора, а также передающую антенну; в приемном устройстве последовательно соединенные первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ), первый коррелятор, первый демодулятор и первый получатель информации, причем выход первого генератора опорного сигнала соединен со вторым входом первого коррелятора, выход которого соединен с входом синхронизатора, первый выход которого подсоединен к третьему входу первого коррелятора и второму входу первого демодулятора, второй выход синхронизатора соединен с входом первого генератора опорного сигнала, третий выход синхронизатора через первый гетеродин соединен со вторым входом первого смесителя, первый вход которого подсоединен к приемной антенне, согласно изобретению введены в передающее устройство последовательно соединенные второй источник информации, буфер запоминания, первый ключ, второй широтно-импульсный модулятор, второй фазовый модулятор, второй ключ, второй балансный модулятор, второй усилитель мощности и второй фильтр, выход которого соединен со вторым входом сумматора, выход которого подсоединен к передающей антенне, при этом первый вход сумматора подсоединен к выходу первого фильтра, вход которого соединен с выходом первого усилителя мощности, кроме того, выход определителя блоков основной ПСП соединен со вторыми входами первого и второго ключей и второго генератора ФМ сигнала, первый вход которого соединен со вторым входом определителя блоков основной ПСП и первым выходом синхронизатора передатчика, второй выход которого соединен со вторым входом второго широтно-импульсного модулятора, выход второго генератора ФМ сигнала соединен со вторым входом второго фазового модулятора, первый вход определителя блоков основной ПСП соединен с выходом первого генератора фазоманипулированного (ФМ) сигнала, выход второго генератора несущей частоты соединен со вторым входом второго балансного модулятора; в приемное устройство - последовательно соединенные второй смеситель, второй УПЧ, второй коррелятор, второй демодулятор и буфер, выход которого соединен с входом второго получателя информации, выход первого генератора ФМ опорного сигнала через последовательно соединенные определитель блоков основной ПСП, ключ и второй генератор ФМ сигнала соединен со вторым входом второго коррелятора, третий вход которого соединен со вторыми входами второго демодулятора, определителя блоков основной ПСП и первым выходом синхронизатора, второй выход которого соединен со вторым входом ключа, причем третий выход выходом синхронизатора соединен с входом второго гетеродина, выход которого соединен со вторым входом второго смесителя, первый вход которого соединен с первым входом первого смесителя.
Функциональная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.2а, б.
На фиг.2а - передающее устройство, где обозначено:
1, 20 - первый и второй источники информации;
2, 24 - первый и второй широтно-импульсные модуляторы (ШИМ);
3, 25 - первый и второй фазовые модуляторы;
4, 28 - первый и второй балансные модуляторы;
5, 29 - первый и второй усилители мощности;
6, 21 - первый и второй генераторы ФМ сигнала;
7, 27 - первый и второй генераторы несущей частоты;
8 - синхронизатор передатчика;
9 - передающая антенна;
19 - определитель блоков в основной ПСП;
22 - буфер запоминания;
23, 26 - первый и второй ключи;
30, 32 - первый и второй фильтры;
31 - сумматор.
На фиг.26 - приемное устройство, где обозначено:
10 - приемная антенна;
11, 35 - первый и второй смесители;
12, 36 - первый и второй УПЧ;
13, 37 - первый и второй корреляторы;
14, 38 - первый и второй демодуляторы;
15, 40 - первый и второй получатели информации;
16, 33 - первый и второй гетеродины;
17, 34 - первый и второй генераторы ФМ опорного сигнала;
18 - синхронизатор приемника;
39 - буфер;
41 - ключ;
42 - определитель блоков основной ПСП. Предлагаемое устройство содержит передающее и приемное устройства. Передающее устройство содержит последовательно соединенные первый источник информации 1, первый широтно-импульсный модулятор 2, первый фазовый модулятор 3, первый балансный модулятор 4, первый усилитель мощности 5 и первый фильтр 30, выход которого соединен с первым входом сумматора 31, выход которого подсоединен к передающей антенне 9. Кроме того, последовательно соединенные второй источник информации 20, буфер запоминания 22, первый ключ 23, второй широтно-импульсный модулятор 24, второй фазовый модулятор 25, второй ключ 26, второй балансный модулятор 28, второй усилитель мощности 29 и второй фильтр 32, выход которого подсоединен к второму входу сумматора 3. При этом выход синхронизатора передатчика 8 соединен с входами первого генератора ФМ сигналов 6, вторым входом определителя блоков в основной ПСП 19 и первым входом второго генератора ФМ сигнала 21, выход которого соединен со вторым входом второго фазового модулятора 25. Выход первого генератора ФМ сигналов 6 соединен со вторым входом первого фазового модулятора 3 и первым входом определителя блоков в основной ПСП 19, выход которого соединен со вторыми входами первого 23 и второго 26 ключей и второго генератора ФМ сигнала 21. Второй выход синхронизатора передатчика 8 соединен со вторыми входами первого 2 и второго 24 широтно-импульсных модуляторов. Выход первого генератора несущей частоты 7 соединен со вторым входом первого балансного модулятора 4, выход второго генератора несущей частоты 27 - со вторым входом второго балансного модулятора 28.
Приемное устройство содержит последовательно соединенные первый смеситель 11, первый УПЧ 12, первый коррелятор 13 и первый демодулятор 14, выход которого соединен с входом первого получателя информации 15. Кроме того, последовательно соединенные второй смеситель 35, второй УПЧ 36, второй коррелятор 37, второй демодулятор 38 и буфер 39, выход которого соединен с входом второго получателя информации 40. При этом выход первого генератора ФМ опорного сигнала 17 соединен со вторым входом первого коррелятора 13 и через последовательно соединенные определитель блоков основной ПСП 42, ключ 41 и второй генератор ФМ сигнала 34 - со вторым входом второго коррелятора 37. Первый выход синхронизатора 18 соединен с третьим входом первого коррелятора 13, вторым входом первого демодулятора 14, вторым входом определителя блоков 42, третьим входом второго коррелятора 37 и вторым входом второго демодулятора 38. Второй выход синхронизатора 18 соединен со вторыми входами первого генератора ФМ опорного сигнала 17 и ключа 41. Третий выход синхронизатора 18 соединен со вторыми ходами первого 16 и второго 33 гетеродинов. Входы первого 11 и второго 35 смесителей подсоединены к приемной антенне 10.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
н1
Телефонное (или какое-нибудь другое) сообщение от источника информации 1 поступает на вход первого широтно-импульсного модулятора 2, с выхода которого подается на вход первого фазового модулятора 3, на второй вход которого поступает фазоманипулированный шумоподобный (ФМ ШПС), формируемый генератором 6. ФМ сигнал, содержащий информацию, с выхода первого фазового модулятора 3 поступает на вход первого балансного модулятора 4, в котором осуществляется балансная модуляция колебания с несущей частотой от генератора 7. Затем усиленный по мощности в усилителе мощности 5 сигнал поступает на первый фильтр 30, который пропускает полосу частот основного информационного сигнала с несущей частотой f (фиг.4). Затем этот сигнал поступает на первый вход сумматора 31 и излучается передающей антенной 9 в пространство. Другой информационный сигнал со второго источника информации 20 поступает на буфер 22, в котором происходит запоминание этой информации, а с буфера 22 через ключ 23 информационный сигнал проходит только в те моменты времени, когда с определителя блоков основной ПСП 19 поступает управляющий сигнал, открывая его. С выхода ключа 23 второй информационный сигнал поступает на вход широтно-импульсного модулятора 24, а с его выхода - на вход фазового модулятора 25, на второй вход которого подается ФМ ШПС, формируемый генератором ФМ 21.
Так как второй генератор ФМ ШПС 21 работает только в моменты времени, задаваемые определителем блоков посылок основной ПСП 19, то со второго генератора 21 сигнал поступает только в эти моменты времени и в эти же моменты через второй ключ 26 поступает на второй балансный модулятор 28. Таким образом, добиваются синхронной и синфазной работы с блоками основной ПСП, поступления (считывание) второго информационного сообщения с буфера 22 и работы генератора 21.
2
н2
С выхода ключа 26 сигнал поступает на вход второго балансного модулятора 28, в котором осуществляется балансная модуляция колебаний с несущей частотой от генератора несущей частоты 27. Затем усиленный по мощности сигнал в усилителе мощности 29 подается на второй фильтр 32, который пропускает второй информационный сигнал с полосой частот F и несущей частотой f (фиг.4). С выхода фильтра 32 сигнал поступает на второй вход сумматора 31 и антенной 9 излучается в пространство.
0
Определитель блоков ПСП 19 определяет (выбирает) из основного сигнала ПСП, формируемого генератором 6 блоки из посылок длительностью τ≥2τ, где τ - длительность элемента посылки (фиг.3). Работой широтно-импульсных модуляторов, генераторов ФМ сигнала и определителя блоков основной ПСП 19 управляет синхронизатор 8, который вырабатывает необходимые частоты и управляющие сигналы.
н3
В приемном устройстве принятый приемной антенной 10 сигнал поступает в смеситель 11, где с помощью гетеродина 16 переносится на промежуточную частоту и после УПЧ 12 поступает на коррелятор 13, который производит оптимальную обработку принятого только первого (основного) информационного сигнала. Коррелятор 13 состоит из перемножителя и интегратора. На второй вход коррелятора 13 поступает опорный сигнал в виде ФМ ШПС с генератора опорного ФМ сигнала 17. Напряжение на выходе коррелятора 13 содержит телефонное сообщение только основного информационного сигнала, который подается на вход демодулятора 14, с выхода которого принятое сообщение подается получателю информации 15. Принятый приемной антенной 10 сигнал поступает также во второй смеситель 35, где с помощью гетеродина 33 сигнал с несущей частотой f переносится на промежуточную частоту и после УПЧ 36 поступает на коррелятор 37, который производит оптимальную обработку только второго (дополнительного) информационного сигнала. Коррелятор 37 состоит из перемножителя и интегратора. На второй вход коррелятора 37 подается опорный сигнал в виде ФМ ШПС с генератора ФМ опорного сигнала 34. Напряжение на выходе коррелятора 37 содержит сообщение только дополнительного информационного сигнала в виде ШИМ сигнала, который подается на вход демодулятора 38. Так как второй (дополнительный) информационный сигнал имеет прерывистую форму (фиг.3), то он поступает в буфер запоминания 39 и с него равномерно, без прерываний, подается второму получателю информации 40.
0
0
Определитель блоков основной ПСП 42 определяет (выбирает) из основного сигнала ПСП, формируемого генератором сигнала ФМ 17 блоки из посылок τ≥2τ, где τ - длительность элемента посылки (фиг.3).
0
1
0
2
Т.к. принятый дополнительный информационный сигнал имеет прерывистую форму (фиг.3), то для синхронной и синфазной работы приемников синхронизация с синхронизатора 18 поступает на генератор опорного сигнала 34 через ключ 41, который открывается при поступлении на его управляющий вход сигнала с выхода определителя блоков ШПС 42, тем самым подавая опорный сигнал на коррелятор 37. На фиг.4 показано: F - ширина полосы частот при посылке τ; F - ширина полосы частот при посылке 2τ; F - ширина полосы частот дополнительного сигнала.
0
0
0
Работой приемника в целом и его отдельными блоками (гетеродины 16, 33; генераторы ФМ опорных сигналов 17, 34; демодуляторы 14, 38; определитель блоков ПСП 42) управляет синхронизатор 18, который сначала осуществляет поиск ФМ ШПС по времени и частоте, а затем поддерживает синхронизм. Определители блоков ПСП 19 передающего устройства и 42 приемного могут быть выполнены в виде программного временного селектора, который делает выборки из основной ПСП блока длительности τ≥2τ, где τ - длительность одного элемента посылки ПСП. Остальные блоки и узлы, входящие в предлагаемое устройство, общеизвестны и представлены в технической литературе.