система радиосвязи

Формула изобретения

Система радиосвязи, содержащая на передающей стороне фазовый манипулятор, выход которого соединен с входом разветвителя мощности, выходы которого соединены с первым и вторым амплитудными модуляторами, вторые входы которых соединены с выходами фазоинверсного усилителя, и две передающие антенны, на приемной стороне две приемные антенны, первый сумматор и первый вычитатель, входы которых объединены и соединены с антеннами, фазовращатель, синхронный детектор, фильтр нижних частот, демодулятор, компаратор, отличающаяся тем, что на передающей стороне введены четыре ключа, причем выходы первого и второго ключей соединены с первой передающей антенной, первый фазовращатель, вход которого объединен с первым входом первого ключа и соединен с выходом первого амплитудного модулятора, а выход с входом второго ключа, выходы третьего и четвертого ключей соединены с второй передающей антенной, второй фазовращатель, выход которого соединен с входом третьего ключа, а вход объединен с входом четвертого ключа и соединен с выходом второго амплитудного модулятора, а также фазоинвертор, выход которого соединен с управляющими входами первого и четвертого ключей, на приемной стороне введены третья и четвертая приемные антенны, второй сумматор и второй вычитатель, объединенные входы которых соединены с третьей и четвертой приемными антеннами, последовательно соединенные второй фазовращатель, вход которого соединен с выходом второго вычитателя, синхронный детектор, фильтр нижних частот, первый блок выбора максимума сигнала, а также последовательно соединенные второй демодулятор и второй блок выбора максимума, причем вход второго демодулятора соединен с входом второго синхронного детектора и выходом второго сумматора, а выход с входом компаратора, выход первого вычитателя через первый фазовращатель соединен с входом первого синхронного детектора, выход которого через первый фильтр нижних частот соединен с вторым входом первого блока выбора максимума сигнала, выход первого сумматора соединен с вторым входом первого синхронного детектора и входом первого демодулятора, выход которого соединен с входом второго блока выбора максимума сигнала и входом компаратора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных радиолиниях связи с повторным использованием частоты.

Известны системы связи с повторным использованием частоты (патент США N 4087818 и патент Японии N 54-41851), в которых повторное использование частоты (ПИЧ) достигается за счет обеспечения ортогональности по поляризации двух передаваемых одновременно сигналов с круговой или линейной поляризацией. Однако при таком способе радиосвязи с ПИЧ требуется использованием пилот-сигнала в с целью обеспечения высоких требований к ортогональности по поляризации передаваемых сигналов. Применение пилот-сигнала требует выделения дополнительного частотного канала, не совпадающего с частотным спектром передаваемого сигнала, что снижает помехоустойчивость.

Известна также система связи (а.с. N 1141978), в которой основная и дополнительная информация передается соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях поляризации. Однако это устройство обладает невысокой помехоустойчивостью.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому объекту является система радиосвязи по а.с. N 1385305.

Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где введены следующие обозначения: 1 генератор сигналов, 2 разветвитель мощности, 3, 4 амплитудные модуляторы, 5 противофазный усилитель, 6, 7 - облучатели передающей антенны, 8 передающая антенна, 9, 10 облучатели приемной антенны, 11 приемная антенна, 12 суммарно-разностный блок, 13 - сумматор, 14 вычитатель, 15 демодулятор, 16 синхронный детектор, 17 - амплитудный ограничитель, 18, 19 фильтр нижних частот, 20 блок правления положением осей поляризации, 21 ключ, 22 фазовый детектор, 23 - фазовращатель, 24, 25 линии задержки, 26 компаратор.

Генератор 1 сигналов формирует сигнал основных сообщений, модулированный по частоте или фазе основными сообщениями.

Этот сигнал имеет вид

U_c(t) = Ucos[t+(t)] (1),

где U постоянная амплитуда сигнала;

(t) функция изменения фазы сигнала, соответствующая частотной или фазовой модуляции основными сообщениями S_o;

угловая частота.

Сигнал (1) поступает на вход разветвителя 2 мощности, с выхода которого сигнал разветвляется на два канала, в которых установлены амплитудные модуляторы 3 и 4, выполненные в виде высокочастотных усилителей. В них амплитуда проходящих сигналов изменяется противофазно по закону передаваемых дополнительных сообщений с помощью напряжения, снимаемых с противофазного усилителя 5. При этом сигналы на выходах амплитудных модуляторов 3 и 4 следующие:

,

где U₃(t) и U₄(t) сигналы на выходах модуляторов 3 и 4 соответственно;

U₁ постоянная амплитуда;

f(t) функция изменения амплитуды сигналов, соответствующая дополнительным сообщениям S_д.

Сигналы (2) и (3) поступают на входы облучателей 6 и 7 передающей антенны 8. Передающая антенна 8 может быть сделана в виде зеркальной антенны с двумя облучателями 6 и 7 или в виде вибраторных антенн с соответствующими возбудителями. Облучатели 6 и 7 создают поля с ортогональной одной относительно другой линейной или круговой поляризацией. Сигналы, которые излучает передающая антенна 8, принимаются приемной антенной 11. Ее облучатели (возбудители) 9 и 10 имеют взаимно ортогональные линейную или круговую поляризации. Приемная антенна 11 с облучателями (возбудителями) 9 и 10 выполнена аналогично передающей.

На выходах облучателей 9 и 10 приемной антенны 11 получаем сигналы

,

где n_x(t) флуктуационная помеха в виде нормального гауссова шума составляющей оси X;

n_xu(t) импульсная помеха составляющей оси X;

угол рассогласования по поляризации.

,

где n_y(t) флуктуационная помеха в виде нормального гауссова шума составляющей оси Y;

n_yn(t) импульсная помеха составляющей оси Y.

С выхода сумматора 13 получаем сигнал

,



В качестве демодулятора 16 используется синхронно-фазовый демодулятор (СФД) с устройством отбраковки аномальных перескоков фазы, кратных 2 радиан, возникающих во входной смеси сигнала с помехой под действием как флуктуационных, так и импульсных помех, что позволяет повысить помехоустойчивость при воздействии комплекса помех на единицы и десятки децибел в зависимости от базы сигнала.

Система регулирования работает в случае, когда ортогональность приходящих сигналов нарушена.

Для передачи все возрастающего объема информации необходимо увеличивать скорость передачи или число радиоканалов, что в том и в другом случае приводит к расширению полосы частот. А как известно, диапазон радиочастот, начиная от самых низких ОНЧ и кончая самыми высокими СВЧ, в настоящее время весьма перегружен. Поэтому задача выделения какого-либо участка диапазона радиочастот становится все более проблематичной.

Устройство, которое позволяет увеличить объем передаваемой информации без расширения полосы частот, а также без увеличения мощности передатчика, и предлагается авторами.

Задача увеличения объема информации без расширения полосы частот и увеличения мощности решается тем, что в устройство, содержащее на передающей стороне генератор сигналов, выход которого соединен со входом разветвителя мощности, два выхода которого подключены соответственно к первым входам амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены соответственно с двумя выходами противофазного усилителя, и две передающие антенны, на приемной стороне -две приемные антенны, соединенные со входами сумматора и вычитателя, демодулятор, фильтр нижних частот, компаратор, синхронный детектор, введены на передающей стороне первый и второй ключ, выходы которых соединены с первой передающей антенной, первый фазовращатель, вход которого объединен с первым входом первого ключа и соединен с выходом первого амплитудного модулятора, а выход со входом второго ключа, третий и четвертый ключи, выходы которых соединены со второй передающей антенной, второй фазовращатель, выход которого соединен со входом третьего ключа, а вход объединен со входом четвертого ключа и соединен с выходом второго амплитудного модулятора, а также фазоинвертор, выход которого соединен с управляющими входами второго и третьего ключей, а вход соединен с управляющими входами первого и четвертого ключей; на приемной стороне введены третья и четвертая приемные антенны, второй сумматор и второй вычитатель, объединенные входы которых соединены с антеннами, последовательно соединенные второй фазовращатель, вход которого соединен с выходом второго вычитателя, синхронный детектор, фильтр нижних частот, первая схема выбора максимума, а также последовательно соединенные второй демодулятор и вторая схема выбора максимума, причем вход второго демодулятора соединен со входом второго синхронного детектора и выходом второго сумматора, а выход со входом компаратора, выход первого вычитателя через первый фазовращатель соединен со входом первого синхронного детектора, выход которого через первый фильтр нижних частот соединен со вторым входом первой схемы выбора максимума, выход первого сумматора соединен со вторым входом первого синхронного детектора и входом первого демодулятора, выход которого соединен со входом второй схемы максимума и входом компаратора.

На фиг. 3 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения.

На фиг. 2 приведен график, поясняющий работу системы.

На передающей стороне: 1 фазовый манипулятор, 2 разветвитель мощности, 3, 4 первый и второй амплитудные модуляторы, 5 фазоинверсный усилитель, 6, 7 первая и вторая передающие антенны, 13 фазоинвертор, 16, 17 первый и второй фазовращатели, 18-21 ключи.

На приемной стороне: 8, 9, 24, 25 приемные антенны, 10, 26 первый и второй сумматоры, 11, 27 первый и второй вычитатели, 12, 28 первый и второй фазовращатели, 22, 29 первый и второй синхронные детекторы, 16, 30 - первый и второй ФНЧ, 14, 31 первый и второй демодуляторы, 32 компаратор, 23, 33 схема выбора максимума.

Предлагаемое устройство имеет следующие связи.

На передающей стороне: генератор сигнала 1, выход которого подключен ко входу разветвителя мощности 2, два выхода которого соединены соответственно со входами первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов, выход первого амплитудного модулятора 3 соединен со входом первого 18 и через первый фазовращатель 16 со вторым 19 ключами, выходы которых подключены к первой 6 передающей антенне, выход второго 4 амплитудного модулятора соединен со входом четвертого 21 и через второй фазовращатель 17 со входом третьего 20 ключей, выходы которых подключены ко второй 7 передающей антенне, вторая дополнительная информация S_д2 подается на управляющие входы первого 18 и четвертого 21 ключей и через фазоинвертор 13 на управляющие входы второго 19 и третьего 20 ключей.

На приемной стороне: приемная сторона состоит из двух каналов, каждый из которых содержит две приемные антенны 8, 9 (24, 25), соединенные соответственно с двумя входами сумматора 10 (26) и вычитателя 11 (27), выход сумматора 10 (26) соединен со входом демодулятора 14 (31) и одним из входов синхронного детектора 22 (29), к выходу вычитателя 11 (27) последовательно подсоединены фазовращатель 12 (26), синхронный детектор 22 (29) и ФНЧ 15 (30), выходы ФНЧ первого 15 и второго 30 каналов соединены соответственно с двумя входами схемы выбора максимума 23, с выхода которого снимается первая дополнительная информация S_д1, выходы демодуляторов первого 14 и второго 31 каналов подключены соответственно к двум входам схемы выбора максимума 33, с выхода которой снимается основная информация S_o, выход демодулятора 14 и демодулятора 31 второго канала, кроме того, соединены соответственно с двумя входами компаратора 32, с выхода которого снимается вторая дополнительная информация S_д2.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Генератор сигналов 1, модулированный по фазе или частоте основным сообщением S_o, подаваемым на вход, формирует сигнал вида

U_c(t) = V_ccos(t), где (1)

где V_c амплитуда сигнала,

(t) = t+(t), угловая частота,

v(t) функция изменения фазы сигнала, соответствующая фазовой или частотной модуляции основным сообщением.

Этот сигнал поступает на вход разветвителя мощности 2, где разветвляется на два канала, и подается соответственно на входы первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов, выполненных в виде управляемых высокочастотных усилителей. В модуляторах 3 и 4 амплитуда проходящих сигналов изменяется противофазно по закону дополнительного сообщения S_д1, подаваемого на вход противофазного усилителя 5. При этом сигналы на выходах модуляторов 3 и 4 будут иметь вид:

,

где f(t) функции изменения амплитуды сигнала, соответствующая дополнительному сообщению S_д1.

Сигнал (2), проходя через открытый ключ 18, поступает на передающую антенну 6 и излучается в пространство. Тот же сигнал (2), проходя через фазовращатель 16 принимает вид:

U = V[1+f(t)]cos[(t)+_o] (4),

который через открытый ключ 15 излучается антенной 6.

Аналогично сигнал (3), проходя через открытый ключ 21, излучается антенной 7, а пройдя через фазовращатель 17, примет следующий вид:

U = V[1-f(t)]cos[(t)+_o] (5),

который через открытый ключ 20 излучается антенной 7.

Ключи 18 и 21 управляются второй дополнительной информацией непосредственно, а ключи 19, 20 управляются той же информацией, но только через фазоинвертор 13, т.е. одновременно открыты или ключи 18, 21, или ключи 19, 20.

Принятый сигнал необходимо рассматривать в те моменты времени, когда сигнал излучается, прошедший через ключи 18, 21 и через ключи 19, 20, т.е. в зависимости от чередования символов второй дополнительной информации S_д2.

Так, на выходах приемных антенн 8, 9 будет сигнал



Аналогично можно расписать сигналы, принятые антеннами 24 и 5.

Такая же картина будет наблюдаться при приеме сигнала на первую 8, 9 и вторую 24, 25 пары антенн сигналов (4) и (5).

Располагая приемные антенны 8, 9 на расстоянии (l длина волны излучаемого передатчиком сигнала) и антенны 24, 25 тоже на расстоянии l, причем первая пара антенн сдвинута относительно второй пары на l/2, в случае, если принятый сигнал антеннами 8 и 9 будет максимальным, то сигнал, принятый антеннами 24, 25 минимальным. При смене фазы сигнала второй дополнительной информации S_д2, т.е. вместо пары ключей 18, 21, будет открыта пара 19, 20 на передатчике. Фаза сигнала на приемник антенных поменяется на 180^o, т.е. где была максимальная интенсивность сигнала, станет ноль, а где был ноль, станет максимальная интенсивность (см. Горелик Г.С. Колебания и волны. М. Гос. изд. физико-математической лит-ры, 1959, с. 159-163).

Сигналы, принятые первой 8, 9 и второй 24, 25 парами антенн, поступают соответственно на входы сумматоров 10, 25 и вычитателей 11, 27.

На выходах сумматора 10 и вычитателя 11 сигналы будут иметь вид

U(t) = 2V_п{cos(t)+cos[(t)-]} (8),

U(t) = 2V_пf(t){cos(t)-cos[(t)-]} (9)

После преобразований получим

,



Здесь V_п амплитуда сигнала в месте приема, обусловленная излучением одной из передающих антенны;

разность фаз, возникающая от разности хода лучей, которая определяется как



где t время, необходимое для преодоления радиоволной расстояния l - разности хода лучей (см. фиг. 2),

C скорость света и равна , тогда



Из графика на фиг. 2 следует, что



Подставив значение l, получим



Здесь D расстояние между передающей и приемной антеннами.

Из выражений (10) и (11) видно, что сигнал с выхода сумматора 10 имеет только угловую модуляцию функций v(t), поскольку (t) = t+(t), а сигнал на выходе вычитателя 11 имеет как угловую, так и амплитудную модуляцию функций f(t). Необходимо отметить, что эта амплитудная модуляция есть результат пространственной модуляции сигнала, излучаемого передающими антеннами.

Так как пары антенн 8, 9 и 24, 25 разнесены на полволны, то при излучении сигнала через ключи 18, 21 принятый антеннами 8, 9 сигнал будет иметь максимальное значение и выражен уравнениями (6), (7), а сигнал, принятый антеннами 24, 25, будет равен нулю.

В те моменты времени, когда излучается сигнал через ключи 19, 20, картина принятого сигнала будет инверсная, т.е. на выходах антенн 24, 25 будет максимальный сигнал, а на выходах антенн 8, 9 равен нулю. Математические выкладки будут аналогичны, с той лишь разницей, что будет присутствовать сдвиг по фазе на _o, обусловленный фазовращателями 16, 17.

В сумматорах 10, 26 производится сложение сигналов, принятых соответствующими парами антенн, и одновременно снятие амплитудной модуляции, произведенной в амплитудных модуляторах 3, 4. С выходов сумматоров 10, 26 сигнал поступает на демодуляторы 14 и 31, где производится выделение основной информации S_o, которая через схему выбора максимума 33 поступает на выход устройства.

Кроме того, с выхода тех же демодуляторов сигнал поступает на входы компаратора 32, на выходе которого выделяется вторая дополнительная информация S_д2.

С выходов вычитателей 11 и 27 амплитудно-модулированный сигнал подается соответственно на фазовращатели 12 и 28, которые необходимы для фазирования сигналов, подаваемых на входы синхронных детекторов 22, 29.

С выходов синхронных детекторов 22, 29 через соответствующие ФНЧ 15 и 30 сигнал поступает на входы схемы выбора максимума 23, с выхода которой и выдается первая дополнительная информация S_д1.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить объем передаваемой информации без расширения полосы частот, без увеличения мощности передатчика, а также без снижения скорости передачи, что и является положительным эффектом.