RU2099891C1

RU2099891C1 - Data transmitting and receiving device using linear frequency-modulated signals at multibeam propagation of radio waves

Info

Publication number: RU2099891C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Журавлев; В.Е. Лотаревич; Б.И. Пятунин; Н.П. Трусевич
Original assignee: Конструкторское бюро "Луч"
Priority date: 1992-04-14
Filing date: 1992-04-14
Publication date: 1997-12-20

Abstract

FIELD: radio engineering digital data radio transmitting systems. SUBSTANCE: device has on sending end NOT gate 1, AND gates 2,3, pulse shapers 4,5, shaping linear frequency-modulation filters 6,7, adder 8, transmitter 9; on receiving end it has receiver 10, matched linear frequency-modulation filters 11,12, adder 16, clock synchronizer 21, first comparator 25. Newly introduced on sending end are code converter 29, square- pulse generator 28, multiplier 30; on receiving end, first, second multipliers 13,14, first, second delay lines 14,17, first, second low-frequency filters 18,19, first, second switches 20,22, first, second integrators 23,24, second comparator 26, and multiplexor 27. EFFECT: improved noise immunity at multibeam propagation of radio waves. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиотехнических системах передачи дискретной информации. The invention relates to radio engineering and can be used in radio systems for transmitting discrete information.

Известно устройство [1] содержащее на передающей стороне источник дискретного сообщения, триггер, дешифратор, первый и второй импульсные генераторы, первую, вторую дисперсионные линии задержки, сумматор, полосовой фильтр, генератор псевдослучайной последовательности, первый перемножитель, радиопередатчик, генератор тактовых импульсов, источник аналогового сообщения, блок выборки и хранения, аналоговый мультиплексор, частотный модулятор, генератор гармонических колебаний, второй перемножитель, первый и второй делители частоты, а на приемной стороне хронизатор, решающий блок, получатель дискретного сообщения, первый, второй и третий перемножители, блок выборки и хранения, полосовой фильтр, генератор псевдослучайной последовательности, дешифратор, формирователь импульсов, радиоприемник, генератор тактовых импульсов, фильтр нижних частот, первую и вторую дисперсионные линии задержки, первый и второй детекторы огибающей, первый и второй ключи, генератор меандра, блок поиска, фазоимпульсный демодулятор, сумматор, получатель аналогового сообщения. A device [1] comprising a discrete message source, a trigger, a decoder, first and second pulse generators, a first, a second dispersion delay line, an adder, a bandpass filter, a pseudo-random sequence generator, a first multiplier, a radio transmitter, a clock generator, an analog source is known messages, sampling and storage unit, analog multiplexer, frequency modulator, harmonic oscillation generator, second multiplier, first and second frequency dividers, and on on the back side of the clock, a decider, a discrete message receiver, first, second and third multipliers, a sampling and storage unit, a bandpass filter, a pseudo-random sequence generator, a decoder, a pulse shaper, a radio receiver, a clock generator, a low-pass filter, the first and second dispersion lines delays, first and second envelope detectors, first and second keys, meander generator, search unit, phase-pulse demodulator, adder, analog message receiver.

Однако данное устройство обладает недостаточной помехоустойчивостью вследствие наличия на передающей стороне дополнительной частотной модуляции, которая приводит к появлению рассогласования по частоте в приемных согласованных фильтрах и, следовательно, к энергетическим потерям. However, this device has insufficient noise immunity due to the presence of additional frequency modulation on the transmitting side, which leads to the appearance of a frequency mismatch in the matched receiving filters and, consequently, to energy losses.

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче является устройство [2] приинятое за прототип. The closest in technical essence and the problem to be solved is the device [2] taken as a prototype.

Известное устройство для передачи и приема информации с использованием ЛЧМ -сигналов содержит на передающей стороне последовательно соединенные первый элемент И, первый формирователь импульсов, первый формирующий ЛЧМ -фильтр, а также последовательно соединенные второй элемент И, второй формирователь импульсов, второй формирующий ЛЧМ-фильтр, причем, выходы первого и второго формирующих ЛЧМ-фильтров подключены к соответствующим входам первого сумматора, выход которого подключен к входу передатчика, при этом первый вход первого элемента И и является входом устройства, а второй вход второго элемента И объединен с вторым входом первого элемента И и является тактовым входом устройства, причем первый вход первого элемента И через элемент НЕ подключен к первому входу второго элемента И. на приемной стороне содержит последовательно соединенные первый согласованный ЛЧМ -фильтр, первый детектор огибающей, а также последовательно соединенные второй согласованный ЛЧМ-фильтр, второй детектор огибающей, причем входы первого и второго согласованных ЛЧМ-фильтров объединены и соединены с выходом приемника, при этом компаратор, схема временного стробирования и блок расширения импульсов также соединены последовательно, при этом выход первого детектора огибающей подключен одновременно к первым входам компаратора и второго сумматора, а выход второго детектора огибающей подключен одновременно к вторым входам компаратора и второго сумматора, при этом выход второго сумматора подключен к входу тактового синхронизатора, выход которого подключен к тактовым входам схемы временного стробирования и блока расширения импульсов, выход которого является выходом устройства. A known device for transmitting and receiving information using chirp signals contains, on the transmitting side, a first AND element, a first pulse shaper, a first chirp forming filter, and a second And element, a second pulse shaper, and a second chirp forming filter, moreover, the outputs of the first and second forming LFM filters are connected to the corresponding inputs of the first adder, the output of which is connected to the input of the transmitter, while the first input of the first element And and is the input of the device, and the second input of the second element And is combined with the second input of the first element And is the clock input of the device, and the first input of the first element And through the element is NOT connected to the first input of the second element I. On the receiving side it contains the first matched The LFM filter, the first envelope detector, and also the second matched LFM filter, the second envelope detector, and the inputs of the first and second matched LFM filters are combined and connected are connected to the output of the receiver, while the comparator, the temporary gating circuit and the pulse expansion unit are also connected in series, while the output of the first envelope detector is connected simultaneously to the first inputs of the comparator and the second adder, and the output of the second envelope detector is connected simultaneously to the second inputs of the comparator and the second adder while the output of the second adder is connected to the input of the clock synchronizer, the output of which is connected to the clock inputs of the temporary gating circuit and the impu sov, whose output is the output device.

Однако данное устройство не обеспечивает достаточную помехоустойчивость приема при многолучевом распространении радиоволн, так как решение о переданном символе выносится по одному корреляционному всплеску за период посылки, т. е. отсутствует режим накопления энергии всего сигнала, которая включает энергию отраженных лучей. However, this device does not provide sufficient noise immunity of reception during multipath propagation of radio waves, since the decision on the transmitted symbol is made by one correlation burst per sending period, i.e., there is no mode of energy storage of the entire signal, which includes the energy of reflected rays.

Цель изобретения повышение помехоустойчивости при многолучевом распространении радиоволн. The purpose of the invention is the improvement of noise immunity in multipath propagation of radio waves.

На фиг. 1 представлена структурная схема заявляемого устройства
Предложенное устройство содержит на передающей стороне: элемент НЕ 1, первый элемент И 2, второй элемент И 3, первый формирователь импульсов 4, второй формирователь импульсов 5, первый формирующий ЛЧМ-фильтр 6, второй формирующий ЛЧМ-фильтр 7, сумматор 8, передатчик 9, генератор меандра 28, преобразователь кода 29, перемножитель 30, на приемной стороне: приемник 10, первый согласованный ЛЧМ-фильтр 11, второй согласованный ЛЧМ-фильтр 12, первый перемножитель 13, первую линию задержки 14, второй перемножитель 15, сумматор 16, вторую линию задержки 17, первый фильтр нижних частот 18, второй фильтр нижних частот 19, первый ключ 2О, тактовый синхронизатор 21, второй ключ 22, первый интегратор 23, второй интегратор 24, первый компаратор 25, второй компаратор 26, мультиплексор 27.In FIG. 1 presents a structural diagram of the inventive device
The proposed device contains on the transmitting side: the element is NOT 1, the first element And 2, the second element And 3, the first pulse shaper 4, the second pulse shaper 5, the first shaping LFM filter 6, the second shaping LFM filter 7, adder 8, transmitter 9 , meander generator 28, code converter 29, multiplier 30, on the receiving side: receiver 10, first matched LFM filter 11, second matched LFM filter 12, first multiplier 13, first delay line 14, second multiplier 15, adder 16, second delay line 17, first fil low-pass 18, second low-pass filter 19, first key 2O, clock synchronizer 21, second key 22, first integrator 23, second integrator 24, first comparator 25, second comparator 26, multiplexer 27.

На фиг. 2 представлена структурная схема тактового синхронизатора (TC) 21, который содержит рециркулятор 31, первый фильтр нижних частот 32, первый компаратор 33, делитель на два 34, ключ 35, второй фильтр нижних частот (ФНЧ) 36, второй компаратор 37, дифференциатор 38, блок ФАПЧ 39, формирователь импульсов (ФИ) 40, при этом регулятор 31, первый ФНЧ 32, первый компаратор 35 соединены последовательно, также последовательно соединены ключ 35, второй ФНЧ 36, второй компаратор 37, дифференциатор 38, блок ФАПЧ 39, ФНЧ 30, при этом вход рециркулятора 31 является входом ТC 21, а выход рециркулятора 31, подключен одновременно к входу делителя на два 34 и входу ключа 35, другой вход которого подключен к выходу первого компаратора 33, другой вход которого подключен к выходу делителя на два 34, причем выход первого компаратора 33 является первым выходом ТС 21, выход ФИ 40 является вторым выходом ТС 21, а выход блока ФАНЧ 39 является третьим выходом ТС 21. In FIG. 2 is a structural diagram of a clock synchronizer (TC) 21, which contains a recirculator 31, a first low-pass filter 32, a first comparator 33, a divider by 34 34, a key 35, a second low-pass filter (LPF) 36, a second comparator 37, a differentiator 38, PLL 39, pulse shaper (FI) 40, wherein the regulator 31, the first low-pass filter 32, the first comparator 35 are connected in series, the key 35, the second low-pass filter 36, the second comparator 37, differentiator 38, the PLL 39, low-pass filter 30 are also connected in series the input of the recirculator 31 is the input of the TC 21, and the output of the rec the circulator 31, is connected simultaneously to the input of the divider into two 34 and the input of the key 35, the other input of which is connected to the output of the first comparator 33, the other input of which is connected to the output of the divider to two 34, and the output of the first comparator 33 is the first output of the TC 21, the output of FI 40 is the second output of the TC 21, and the output of the FANCH block 39 is the third output of the TC 21.

Заявляемое устройство для передачи и приема информации работает следующим образом. The inventive device for transmitting and receiving information operates as follows.

На первый вход элемента И 2, объединенного с входом элемента НЕ 1, поступает сигнал с генератора меандра 28. При логической "единице", действующей на выходе генератора меандра 28, первый формирующий ЛЧМ-фильтр 6 формирует сигнал с убывающей ЛЧМ, а при действии логического "нуля", действующего на выходе генератора меандра 28, второй формирующий ЛЧМ-фильтр 7 формирует сигнал с возрастающей ЛЧМ. Сигналы с выходом первого 6 и второго 7 формирующих ЛЧМ-фильтров суммируются в сумматоре 8 и преобразуются в непрерывную последовательность ЛЧМ-сигналов. At the first input of the And 2 element, combined with the input of the element NOT 1, the signal from the meander generator 28 is received. With a logical "unit" acting at the output of the meander generator 28, the first LFM filter 6 generates a signal with a decreasing LFM, and when a logical "zero", acting on the output of the meander generator 28, the second forming LFM filter 7 generates a signal with increasing LFM. The signals with the output of the first 6 and second 7 forming LFM filters are summed in the adder 8 and converted into a continuous sequence of LFM signals.

Информационный сигнал от источника дискретного сообщения поступает на вход преобразователя кода 29, который является информационным входом устройства, на другой вход которого, являющийся тактовым входом устройства, поступают тактовые ЛЧМ-импульсы. The information signal from the source of the discrete message is fed to the input of the code converter 29, which is the information input of the device, the other input of which, which is the clock input of the device, receives the LFM pulses.

Преобразователь кода 29 осуществляет преобразование прямого кода источника дискретного сообщения в относительный. Сформированный сигнал с относительным кодированием поступает на вход первого перемножителя 30. На другой вход первого перемножителя 30 поступает непрерывная последовательность ЛЧМ-сигналов. В результате на выходе первого перемножителя 30 формируются последовательность ЛЧМ-сигналов, манипулированных по фазе в соответствии с символами передаваемого сообщения. Code Converter 29 converts the direct source code of a discrete message into relative. The generated signal with relative coding is fed to the input of the first multiplier 30. A continuous sequence of chirp signals is supplied to the other input of the first multiplier 30. As a result, at the output of the first multiplier 30, a sequence of chirp signals, phase-manipulated in accordance with the symbols of the transmitted message, is formed.

На приемной стороне осуществляется демодуляция переданноro сигнала. On the receiving side, the transmitted signal is demodulated.

Первый согласованный ЛЧМ-фильтр 11 согласован с сигналом с убывающей ЛЧМ, а второй 12 с сигналом с возрастающей ЛЧМ. Сигналы с выходов первого 11 и второго 12 согласованных ЛЧМ-фильтров поступают на входы автокорреляционных демодуляторов сигналов с относительной фазовой манипуляцией. Демодулятор подключенный к выходу первого согласованного фильтра 11, содержит второй перемножитель 13, первую линию задержки 14, первый ФНЧ 18. Демодулятор, подключенный к выходу второго согласованного ЛЧМ-фильтра 12 включает в свой состав третий перемножитель 15, вторую линию задержки 17 и второй ФНЧ 19. Сигналы с выходов первого 18 и второго 19 фильтров нижних частот поступают на соответствующие входы сумматора 16, с выхода которого сигналы поступают на вход тактового синхронизатора 21, который управляет моментами включения первого и второго интегратора 23, 24 в режим накопления, а также определяет момент сброса этих интеграторов, т.е. время накопления энергии основного и задержанных лучей. Сигналы с выходов накопителей: первогo и второго интеграторов 23, 24, в случае, если они превышают порог соответственно первого и второго компараторов 25, 26, поступают на соответствующие входы мультиплексора 27, на выходе которого формируется восстановленное исходное переданное дискретное сообщение. The first matched LFM filter 11 is matched with a signal with decreasing LFM, and the second 12 with a signal with increasing LFM. The signals from the outputs of the first 11 and second 12 matched LFM filters are fed to the inputs of the autocorrelation signal demodulators with relative phase shift keying. The demodulator connected to the output of the first matched filter 11 contains a second multiplier 13, a first delay line 14, the first low-pass filter 18. A demodulator connected to the output of the second matched LFM filter 12 includes a third multiplier 15, a second delay line 17 and a second low-pass filter 19 The signals from the outputs of the first 18 and second 19 low-pass filters are fed to the corresponding inputs of the adder 16, the output of which the signals are fed to the input of the clock synchronizer 21, which controls the moments of the first and second integ of the radiator 23, 24 to the accumulation mode, and also determines the moment of reset of these integrators, i.e. energy storage time of the main and delayed rays. The signals from the outputs of the drives: the first and second integrators 23, 24, if they exceed the threshold of the first and second comparators 25, 26, respectively, are fed to the corresponding inputs of the multiplexer 27, the output of which forms the restored original transmitted discrete message.

Тактовый синхронизатор 21 работает следующим образом. Clock synchronizer 21 operates as follows.

Сумма корреляционных всплесков с выходов фильтров 18, 19 через сумматор 16 поступает на вход рециркулятора 31. Рециркулятор 31 осуществляет накопление корреляционных всплесков основного и отраженных лучей. Первый ФНЧ 32 осуществляет сглаживание последовательности вальсов. Этот сигнал далее поступает на вход первого компаратора 33. Этот же сигнал через делитель на два 34 поступает на другой вход первого компаратора 33, определяя пороговый уровень сигнала первого компаратора 33. В этом случае первый компаратор 33 выдает импульсы в течение времени, когда уровень сигнала вдвое превышает его среднее значение. Импульсы с выхода первого компаратора 33 замыкают ключ 35 и сигнал с выхода рециркулятора 31 проходит на вход второго ФНЧ 36, который также осуществляет усреднение последовательности импульсов, формируемых на выходе ключа 35. Сигнал с выхода первого компаратора 33, являющийся первым выходом 21 тактового синхронизатора, замыкает первый и второй ключи 20, 22 устройства, включая первый и второй интеграторы 23, 24 устройства в режим накопления. The sum of the correlation bursts from the outputs of the filters 18, 19 through the adder 16 is fed to the input of the recirculator 31. The recirculator 31 accumulates the correlation bursts of the main and reflected rays. The first low-pass filter 32 smooths out the waltz sequence. This signal is then fed to the input of the first comparator 33. The same signal through a divider of two 34 is fed to another input of the first comparator 33, determining the threshold signal level of the first comparator 33. In this case, the first comparator 33 gives out pulses during the time when the signal level is doubled exceeds its average value. The pulses from the output of the first comparator 33 close the key 35 and the signal from the output of the recirculator 31 passes to the input of the second low-pass filter 36, which also averages the sequence of pulses generated at the output of the key 35. The signal from the output of the first comparator 33, which is the first output 21 of the clock synchronizer, closes the first and second device keys 20, 22, including the first and second device integrators 23, 24 in the accumulation mode.

Сигнал с выхода второго ФНЧ 36 поступает на вход двухуровневого второго компаратора 37, знак на выходе которого дает значение принятого информационного символа. Далее сигнал поступает на вход дифференциатора 38, который выделяет моменты изменения полярности напряжения, т.е. границы посылок. Выходные импульсы дифференциатора 38 являются ведущей последовательностью, под у которой подстраивается блок ФАПЧ 39. Сигнал с выхода блока ФАПЧ 39, который является третьим выходом 21 тактового синхронизатора, в конце каждой посылки разряжает первый и второй интеграторы 23, 24 устройства. Из этого же сигнала формирователь 40 формирует импульсы, поступающие на второй вход мультиплексора 27 устройства. The signal from the output of the second low-pass filter 36 is fed to the input of a two-level second comparator 37, the sign at the output of which gives the value of the received information symbol. Next, the signal is fed to the input of the differentiator 38, which highlights the moments of change in voltage polarity, i.e. borders of parcels. The output pulses of the differentiator 38 are the leading sequence, under which the PLL 39 is adjusted. The signal from the output of the PLL 39, which is the third output 21 of the clock synchronizer, discharges the first and second device integrators 23, 24 at the end of each parcel. From the same signal, the driver 40 generates pulses arriving at the second input of the device multiplexer 27.

Следует отметить такой факт, что накопление энергии в первом и втором интеграторах 23, 24 устройства происходит не все время посылки, а только в течение времени, когда сигнал с выхода рециркулятора 31 вдвое превосходит его средний уровень. Это позволяет некогерентно складывать в этих интеграторах энергию нескольких достаточно мощных лучей, отстающих друг от друга по времени не более, чем на величину примерно равную 2/3 длительности посылки. It should be noted that the energy storage in the first and second integrators 23, 24 of the device does not occur all the time of sending, but only during the time when the signal from the output of the recirculator 31 is twice its average level. This makes it possible to incoherently add in these integrators the energy of several sufficiently powerful rays, lagging from each other in time by no more than an amount approximately equal to 2/3 of the sending duration.

Claims

1. A device for transmitting and receiving information using linear frequency-modulated (LFM) signals for multipath propagation of radio waves, containing on the transmitting side a series-connected first element And, a first pulse shaper, a first forming LFM filter, series-connected the second element And, a second pulse shaper, a second chirp filter, the outputs of the first and second chirp filter are connected to the corresponding inputs of the adder, as well as a transmitter, the first input of the first element AND is connected to the input of the element NOT, the output of which is connected to the first input of the second element And, the second input of which is connected to the second input of the first element And is the clock input of the device, on the receiving side there is a receiver whose output is connected to the inputs of the first and the second matched LFM filters, the adder, the output of which is connected to the input of the clock synchronizer, as well as the first comparator, characterized in that the meander generator, code converter, multiplier are introduced on the transmitting side moreover, the output of the meander generator is connected to the first input of the first And element, the clock inputs of the meander generator and code converter are the clock inputs of the device, the information input of which is the input of the code converter, the output of which is connected to one input of the multiplier, the other input of which is connected to the output of the adder, the output of the multiplier connected to the input of the transmitter, the first multiplier, the first low-pass filter, the first key and the first integrator are introduced in series on the receiving side the second multiplier, the second low-pass filter, the second switch, the second integrator, the second comparator and the multiplexer, as well as the first and second delay lines, connected in series with the output of the first matched LFM filter connected to the first input of the first multiplier and the input of the second delay line, the output of the second matched LFM filter is connected to the first input of the second multiplier and the input of the first delay line, the output of which is connected to the second input of the first multiplier, the output of the second delay line is connected to the W the second input of the second multiplier, while the outputs of the first and second low-pass filters are connected to the corresponding inputs of the adder, the first output of the clock synchronizer is connected to the control inputs of the first and second keys, the second output of the clock synchronizer is connected to the second input of the multiplexer, and the third output of the clock synchronizer is connected to the second inputs of the first and second integrators, and the third input of the multiplexer is connected to the output of the first comparator, the input of which is connected to the output of the first integrator , Wherein the multiplexer output is the output device.

2. The device according to claim 1, characterized in that the clock synchronizer comprises a recirculator connected in series, a first low-pass filter and a first comparator, a key in series, a second low-pass filter, a second comparator, a differentiator, a phase-locked loop and a pulse shaper, wherein the recirculator input is the input of the clock synchronizer, the recirculator output is connected to the inputs of the divider by two and the key, the other input of which is connected to the output of the first comparator, the other input of which o connected to the output of the divider by two, the output of the first comparator is the first output of the clock synchronizer, the output of the pulse shaper is the second output of the clock synchronizer, the third output of which is the output of the phase-locked loop.