ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ С ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫМИ ШУМОПОДОБНЫМИ СИГНАЛАМИ

Полезная модель относится к области радиотехники, а именно к передаче шумоподобных сигналов с фазовой манипуляцией на 180°.
Известны цифровые системы связи с фазоманипулированными шумоподобными сигналами (ШПС), описанные в различных источниках, например:
1. Варкин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами, - М.: Радиосвязь, 1985.
2. Волков А.А. Радиопередающие устройства. - М.: Маршрут, 2002.
3. А.С. 1506506 (СССР) МКИ НО3с 1/52 Формирователь однополосного сигнала / А.А. Волков Приоритет от 10.02.873
В известных системах описана цифровая система связи с фазоманипулированными шумоподобными сигналами [1], а также описан только передатчик шумоподобных сигналов, соответствующий [2]. В настоящее время известен формирователь однополосного сигнала с разделенной пополам полосой (0,5ОБПАМ)[3].
По технической сущности наиболее близким к предлагаемой полезной модели является система, описанная в [1], которая по этой причине и принимается за прототип модели.
Система состоит из передатчика, приемника и линии связи между ними.
Прототип - передатчик состоит из последовательно соединенных микрофона, микрофонного усилителя, АЦП, фазового манипулятора на 180°, балансного модулятора, усилителя, антенны, а также последовательно включенных синхронизатора и генератора ШПС поднесущей, через которые первый вход фазового манипулятора соединен со вторым его входом, и
генератора колебания несущей частоты, подключенного ко второму входу балансного модулятора.
Прототип - приемник состоит из последовательно включенных антенны, преобразователя частоты, УПЧ, согласованного фильтра, решающего устройства, триггера, ЦАП, а также последовательно соединенных синхронизатора и гетеродина, через которые выход согласованного фильтра соединен со вторым входом преобразователя частоты; выход синхронизатора соединен также со вторым входом решающего устройства.
Основные показатели системы связи с ШПС определяются величиной базы В шумоподобных сигналов, которая равна произведению длительности Т элемента цифрового сигнала на ширину полосы частот F ШПС, т.е. B=FT. К таким показателям относятся: помехоустойчивость, число каналов в заданной полосе частот, точность определения параметров движения объекта и другие. Поскольку частотный ресурс является очень дефицитным, то весьма актуальным является вопрос увеличения базы сигнала в заданной полосе частот.
Основным недостатком прототипа является сравнительно малая база В шумоподобных сигналов в заданной полосе частот F.
Техническим результатом заявленного объекта является увеличение базы B в заданной полосе частот за счет деления полосы частот передаваемого низкочастотного (речевого) сигнала.
Сущность модели состоит в том, что в прототип - передатчик, состоящий из последовательно соединенных микрофона, микрофонного усилителя, АЦП, фазового манипулятора на 180°, балансного модулятора, усилителя, антенны, а также последовательно включенных синхронизатора и генератора ШПС поднесущих, через которые первый вход фазового манипулятора соединен со вторым его входом, и генератора колебания несущей части, подключенного ко второму входу балансного модулятора, введен делитель в 2 раза полосы частот речевого сигнала, включенный между микрофонным усилителем и АЦП, а в прототип - приемник, состоящий из
последовательно включенных антенны, преобразователя частоты, УПЧ, согласованного фильтра, решающего устройства, триггера, ЦАП, а также последовательно соединенных синхронизатора и гетеродина, через которые выход согласованного фильтра соединен со вторым входом преобразователя частоты; выход синхронизатора соединен также со вторым входом решающего устройства, введен удвоитель полосы частот речевого сигнала.
Существенным отличием модели является совокупность введенных элементов и их связей, т.к. только они позволяют увеличить базу ШПС в 2 раза в заданной полосе частот и тем самым повысить помехоустойчивость приема, число каналов в заданной полосе, точность определения параметров движения объекта и другие.
На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого передатчика, а на фиг.2 - приемника.
Цифровая схема состоит из: 1 - микрофона, 2 - микрофонного усилителя, 3 - формирователя однополосного сигнала с разделенной в 2 раза полосой частот (0,5 ОБП AM), 4 - генератора вспомогательной несущей частоты, 5 - когерентного детектора, 6 - делителя частоты в 2 раза, 7 -аналого-цифрового преобразователя (АЦП), 8 - фазового манипулятора на 180°, 9 - генератора шумоподобных сигналов-переносчиков, 10 -синхронизатора, 11 - балансного модулятора, 12 - генератора несущей, 13 - усилителя, А - антенны, 14 - преобразователя частоты, 15 - гетеродина, 16 -усилителя промежуточной частоты (УПЧ), 17 - согласованного фильтра, 18-синхронизатора, 19 - решающего устройства, 20 - регенератора цифрового сигнала (триггер), 21 - ЦАП, 22 - формирователя однополосного сигнала, 23 - генератора вспомогательной несущей, 24,25 - удвоителя частоты, 26 -когерентного детектора.
Введенные элементы обведены пунктирными линиями: в передатчике - делитель в 2 раза полосы частот модулирующего сигнала, а в приемнике - удвоитель полосы частот принятого низкочастотного сигнала.
Работа схемы передатчика поясняется временными диаграммами на фиг.3 и происходит следующим образом.
3
6
4
Входной аналоговый (речевой) сигнал с микрофона 1 b(t)=U(t)cosφ(t), где U(t),φ(t) - огибающая и фаза этого сигнала, усиливается в блоке 2 и по нему в блоке 3 формируется разделенная пополам одна боковая полоса частот u(t)=U(t)cosO,5[ωt+φ(t)]. Этот сигнал 0,5 ОБП AM поступает на информационный вход когерентного детектора 5, на опорный вход которого подается колебание вспомогательной несущей частоты U(t)=U(t)cosωt с генератора 4 через делитель частоты 6. Когерентный детектор состоит из перемножителя сигналов и ФНЧ. На выходе перемножителя детектора напряжение
0
0
0
ФНЧ детектора пропускает на свой вход только низкочастотный сигнал (первое слагаемое) с разделенной пополам полосой частот, который поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 7. Первой операцией АЦП является дискретизация низкочастотного сигнала по времени согласно теореме Котельникова. По этой теореме частота дискретизации F выбирается равной или большей удвоенной максимальной частоты спектра низкочастотного сигнала. Для речи F=8кГц, а период дискретизации T=1/F=125мкс.
Так как в схеме фиг.1 полоса низкочастотного сигнала сокращена в 2 раза, то период дискретизации соответствует удвоению элемента цифрового сигнала, т.е. вместо Т надо брать 2Т.
7
9
С выхода АЦП 7 знакопеременный цифровой сигнал г(t)(фиг.3) поступает на низкочастотный вход фазового манипулятора 8 и на вход синхронизатора 10. На высокочастотный вход блока 8 подается поднесущая - ШПС-переносчик u(t) (фиг.3) с блока 9, синхронизируемого фронтом цифрового сигнала. Фазовый манипулятор 8 представляет собой
8
0
перемножитель сигналов и поэтому фаза ШПС на его выходе u(t) будет изменяться на 180°согласно знаку цифрового сигнала, как показано на фиг.3. От перемножения элемент цифрового сигнала длительности 2Т разбивается на N бинарных (двоичных) элементов ШПС длительности τ:
0
N=2T/τ=2T·F=2B.
Видно, что база ШПС В удвоилась согласно предложению. Информационный ШПС с блока 8 поступает на один вход балансного модулятора (перемножителя) 11, на второй вход которого подается гармоническое колебание несущей частоты с блока 12. В блоке 11 информационный ШПС переносится на рабочую частоту передатчика, после чего усиливается в блоке 13 и излучается антенной А.
17
18
17
8
0
На приемной стороне (фиг.2) сигнал с антенны поступает на один вход преобразователя частоты 14, на второй вход которого подается колебание гетеродина 15. С выхода блока 14 сигнал промежуточной частоты после усиления в блоке 16 поступает на вход согласованного фильтра 17. В блоке 17 кодовые комбинации преобразуются в одиночные импульсы u(t), показанные на фиг.4. Эти импульсы поступают на вход решающего устройства 19 и на вход синхронизатора 18. Синхронизатор представляет собой последовательно включенные двухполупериодный выпрямитель с активной нагрузкой и одновибратор, выходные импульсы u(t), которого показаны на фиг.4. Эти импульсы синхронизируют гетеродин 15 и управляют работой блока 19. По одиночным импульсам u(t) с блока 19 восстанавливается в блоке 20 цифровой сигнал, который поступает на вход ЦАП 21. По низкочастотному аналоговому сигналу u(t)=U(t)cos0,5φ(t) с блока 21 формируется однополосный сигнал u(t)=U(t)cos[ωt+0,5φ(t)] в блоке 22 на вспомогательной несущей с генератора 23, который удваивается по частоте в блоке 24, а затем этот однополосный сигнал когерентно детектируется в блоке 26, по опорному колебанию с генератора 23, удвоенного по частоте в блоке 25:
Видно, что на выходе блока 26 имеет место переданный сигнал b(t)=kU(t)cosφ(t), где k - постоянный множитель. ФНЧ блока 14 устраняет высокочастотную составляющую (в.ч.) - второе слагаемое.
Технико-экономическим эффектом данной полезной модели является увеличение помехоустойчивости в 2 раза, увеличение числа каналов в заданной полосе частот, увеличение точности определения параметров движения объекта (координаты, скорости и др.).