RU2234190C2 - Method and device for direct on-air data transmission and reception - Google Patents

Method and device for direct on-air data transmission and reception Download PDF

Info

Publication number
RU2234190C2
RU2234190C2 RU2002123510/09A RU2002123510A RU2234190C2 RU 2234190 C2 RU2234190 C2 RU 2234190C2 RU 2002123510/09 A RU2002123510/09 A RU 2002123510/09A RU 2002123510 A RU2002123510 A RU 2002123510A RU 2234190 C2 RU2234190 C2 RU 2234190C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
antennas
polarization
reception
interference
Prior art date
Application number
RU2002123510/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002123510A (en
Inventor
Леонид Абрамович Лозовский (LV)
Леонид Абрамович Лозовский
дькин И.Г. Д (RU)
И.Г. Дядькин
Ф.А. Хохлушкина (RU)
Ф.А. Хохлушкина
Original Assignee
Леонид Абрамович Лозовский
Дядькин Иосиф Гецелевич
Хохлушкина Фаина Александровна
Галицын Алексей Александрович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Леонид Абрамович Лозовский, Дядькин Иосиф Гецелевич, Хохлушкина Фаина Александровна, Галицын Алексей Александрович filed Critical Леонид Абрамович Лозовский
Priority to RU2002123510/09A priority Critical patent/RU2234190C2/en
Publication of RU2002123510A publication Critical patent/RU2002123510A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2234190C2 publication Critical patent/RU2234190C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: communications engineering.
SUBSTANCE: proposed method and device make use of radio-relaying communication systems of space lines. Signal being transmitted is excited in opposite polarizations and differential signal is received from antennas. The latter are connected in parallel and in series.
EFFECT: enhanced noise immunity.
3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области радиосвязи и радиолокации и может использоваться в беспроводных информационных коммуникациях как узкополосных, так и широкополосных системах связи без изменения существующих стандартов, в телевидении, в радиолокации, в том числе и подповерхностной, в точном наведении управляемых объектов, в глобальных навигационных системах, в космической связи и управлении.The invention relates to the field of radio communications and radar and can be used in wireless information communications of both narrowband and broadband communication systems without changing existing standards, in television, in radar, including subsurface, in the precise guidance of controlled objects, in global navigation systems, in space communications and management.

Борьба с помехами в системах беспроводной связи является определяющей для увеличения дальности ее использования. В практике радиосвязи существует несколько возможностей увеличения дальности связи - увеличение мощности передаваемого сигнала, увеличение чувствительности приема и распределение сигнала в широкой полосе. Увеличение мощности передачи обычно ограничено ситуацией (например, допустимым весом передатчика в условиях спутниковой связи) или методом связи (например, мобильной связи, где увеличение мощности ограничено требованием безопасности пользователя). Увеличение чувствительности приемника ограничено среднеквадратичной мощностью помех.The control of interference in wireless communication systems is crucial to increase the range of its use. In the practice of radio communication, there are several options for increasing the communication range - increasing the power of the transmitted signal, increasing the sensitivity of reception and distribution of the signal in a wide band. The increase in transmit power is usually limited by the situation (for example, the allowable weight of the transmitter in satellite communications) or by the communication method (for example, mobile communication, where the increase in power is limited by the user's security requirement). The increase in receiver sensitivity is limited by the rms interference power.

До последней четверти прошлого века практически основным эфирным видом связи была узкополосная связь. Она отличается слабой помехоустойчивостью, и достаточно мощная помеха естественного или искусственного происхождения могла вывести приемное устройство (ПУ) из строя, а даже сравнительно небольшие помехи в рабочей полосе частот приводили к потере информации.Until the last quarter of the last century, narrow-band communication was practically the main type of ether communication. It is characterized by low noise immunity, and a sufficiently powerful interference of natural or artificial origin could damage the receiving device (PU), and even relatively small interference in the working frequency band led to the loss of information.

Известен способ защиты от импульсной помехи приемного тракта (RU 2153767, кл.7 Н 04 В 1/10, Н 04 Q 1/10, 17.03.98). Способ осуществляется путем закрывания тракта на время воздействия импульсной помехи, предохраняя тем самым ПУ от выхода из строя. Фактически подавляется не помеха, а канал на время действия помехи. При этом теряется часть информации, и связь оказывается неэффективной во время значительного развития помех, например, при прохождении грозового фронта или в районе высокой напряженности горных пород непосредственно перед магистральным разломом в очаге землетрясения.A known method of protection against impulse noise of the receiving path (RU 2153767, CL 7 N 04 V 1/10, N 04 Q 1/10, 03/17/98). The method is carried out by closing the path for the duration of exposure to impulse noise, thereby protecting the PU from failure. In fact, it is not interference that is suppressed, but the channel for the duration of the interference. In this case, part of the information is lost, and communication is ineffective during a significant development of interference, for example, when passing through a thunderstorm front or in a region of high rock tension immediately before the main fault in the center of the earthquake.

Значительную часть проблем борьбы с помехами решил метод широкополосной системы связи, запас помехоустойчивости которого обеспечивается базой используемого шумоподобного сигнала (длительностью псевдослучайной последовательности). Однако в условиях растущего количества работающих систем беспроводной связи, которое наблюдается в последнее десятилетие, при общем росте энергонасыщенности регионов жизнедеятельности людей возникают ситуации, когда уровень помех, поступающих на вход широкополосной системы связи (ШСС), превышает возможности динамического диапазона приемного устройства.A significant part of the problems of combating interference was solved by the method of a broadband communication system, the noise immunity reserve of which is provided by the base of the noise-like signal used (pseudo-random sequence duration). However, in the context of the growing number of operating wireless communication systems that has been observed over the past decade, with the general increase in the energy saturation of the regions of human activity, situations arise when the level of interference received at the input of a broadband communication system (SSS) exceeds the dynamic range of the receiving device.

Аналогичная ситуация возможна и в случае целенаправленного подавления действующей системы связи мощной узкополосной помехой, поскольку именно узкополосную помеху легче всего генерировать постановщику помех. В этом случае входные СВЧ-каскады приемного устройства, а именно входной усилитель и смеситель, переходят в нелинейный режим работы. Искажения полезного шумоподобного сигнала, возникающие вследствие нелинейных преобразований во входных каскадах приемного устройства, невозможно компенсировать последующей цифровой обработкой, так как характер таких искажений трудно предсказуем.A similar situation is possible in the case of targeted suppression of the existing communication system by powerful narrow-band interference, since it is the narrow-band interference that is most easily generated by the jammer. In this case, the input microwave stages of the receiving device, namely the input amplifier and mixer, go into non-linear operation. Distortions of the useful noise-like signal resulting from non-linear transformations in the input stages of the receiving device cannot be compensated by subsequent digital processing, since the nature of such distortions is difficult to predict.

Известны широкополосные системы связи или системы, использующие для кодирования информации шумоподобные сигналы (ШПС) [Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.]. Одним из важнейших достоинств ШСС, обеспечивших их стремительное развитие, является высокая устойчивость по отношению к широкому классу помех как искусственного, так и естественного происхождения. Помехоустойчивость ШСС определяется отношением мощности сигнала и мощности помехи на выходе согласованного фильтра (коррелятора):Known broadband communication systems or systems using noise-like signals (SHPS) for encoding information [L. Varakin Communication systems with noise-like signals. - M .: Radio and communications, 1985. - 384 p.]. One of the most important advantages of SHSS, which ensured their rapid development, is its high stability with respect to a wide class of interference, both of artificial and natural origin. The noise immunity of the HSS is determined by the ratio of signal power and interference power at the output of a matched filter (correlator):

Figure 00000002
Figure 00000002

где РС и РП - мощность сигнала и мощность помехи на входе приемного устройства;where R S and R P - signal power and interference power at the input of the receiving device;

В=FT- база используемого ШПС.B = FT - the base of the used ShPS.

Приведенное соотношение означает, что при фиксированных значениях РС и РП на входе приемного устройства ШСС повысить помехоустойчивость q на выходе ПУ можно, только увеличивая базу используемого шумоподобного сигнала.The above ratio means that for fixed values of P C and P P at the input of the HSS receiving device, the noise immunity q at the output of the PU can be increased only by increasing the base of the noise-like signal used.

Известен способ корреляционной обработки широкополосных сигналов (RU 2153701, кл.7 G 06 G 7/19, Н 04 В 1/10, 16.04.1998), состоящий в выделении помехи путем перемножения входной смеси помехи и полезного сигнала с опорным широкополосным сигналом, синхронным с полезным широкополосным сигналом, и дальнейшей режекции полученного сигнала.A known method of correlation processing of broadband signals (RU 2153701, CL 7 G 06 G 7/19, H 04 B 1/10, 04.16.1998), consisting in the selection of interference by multiplying the input mixture of the interference and the useful signal with a reference broadband signal, synchronous with a useful broadband signal, and further notching the received signal.

Способ предусматривает выход из реального времени прохождения сигнала путем задержки его на время, превышающее длительность шумоподобного сигнала, что при большой загрузке базовой станции приводит к ограничению количества одновременного обслуживания абонентов и снижению скорости передачи информации. Кроме того, усложняется канал обработки из-за использования нескольких перемножителей, вычитателей сигналов, полосовых фильтров. И, самое главное, применение способа эффективно только в случае неперегрузки входных каскадов - усилителей и смесителей.The method provides a way out of the real-time transmission of the signal by delaying it for a time longer than the duration of the noise-like signal, which, when the base station is heavily loaded, leads to a limitation of the number of simultaneous servicing of subscribers and a decrease in the information transfer rate. In addition, the processing channel is complicated due to the use of several multipliers, signal subtractors, bandpass filters. And, most importantly, the application of the method is effective only in case of not overloading the input stages - amplifiers and mixers.

Наиболее близким по существу и принятым в качестве прототипа является способ подавления, используемый для защиты ШСС от помех, уровень которых превышает обеспечиваемый базой допустимый запас помехоустойчивости [Милстайн Л.Б. Методы подавления помех в системах радиосвязи с широкополосными сигналами. - ТИИЭР. -1988. - Т. 76, №6. - С. 19-36]. Способ состоит в компенсации помехи в ПУ путем создания ее копии с последующим вычитанием созданной копии помехи из входного сигнала. При этом полагают, что входные сверхвысокочастотные (СВЧ) каскады ПУ не перегружены, то есть преобразуют входную смесь полезного сигнала, шума и помех линейно, не внося значительных искажений в принимаемый сигнал.The closest to the essence and adopted as a prototype is the suppression method used to protect the ShSS from interference, the level of which exceeds the allowable margin of noise immunity provided by the base [Milstein LB Interference suppression methods in radio systems with broadband signals. - TIIER. -1988. - T. 76, No. 6. - S. 19-36]. The method consists in compensating for interference in the control unit by creating a copy of it and then subtracting the created copy of the interference from the input signal. At the same time, it is believed that the input microwave superficial (microwave) stages of the control unit are not overloaded, that is, they transform the input mixture of the useful signal, noise and interference linearly, without introducing significant distortions into the received signal.

Однако в случае перегрузки входных каскадов ПУ искажения сигнала входными СВЧ-каскадами не позволяют создать копию помехи, и потеря уникальной для пользователя информации может оказаться фатальной.However, in case of overloading the input stages of the control unit, signal distortion by the input microwave stages does not allow creating a copy of the interference, and the loss of information unique to the user can be fatal.

Предлагаемый способ позволяет защитить от помех любую систему эфирной связи или радиолокационную систему, в том числе подповерхностного зондирования, независимо от вида модуляции и используемой полосы частот за счет того, что возбуждают и принимают радиосигналы поляризованными антеннами, причем принимают поляризованный радиосигнал, вычитая сигнал антенны одной поляризации из сигнала антенны противоположной поляризации. Возможна передача информации, когда антенны противоположной поляризации возбуждают сигналами в противофазе, и направленная передача-прием информации с защитой от перехвата, когда антенны одинаковой поляризации относят соосно по направлению на передатчик-приемник на одинаковое расстояние, а возбуждаемый сигнал разбивают на фрагменты, возбуждают в одной антенне сигнал, содержащий последовательность нечетных фрагментов с сохранением времени длительности четных фрагментов, и, спустя время длительности первого фрагмента, возбуждают в противофазе сигнал, содержащий последовательность четных фрагментов с сохранением времени длительности нечетных фрагментов.The proposed method allows you to protect from interference any on-air communication system or radar system, including subsurface sounding, regardless of the type of modulation and the used frequency band due to the fact that they excite and receive radio signals with polarized antennas, and receive a polarized radio signal by subtracting the signal of an antenna of one polarization from an antenna signal of opposite polarization. It is possible to transmit information when the antennas of opposite polarization are excited by signals in antiphase, and directional transmission-reception of information with protection against interception, when antennas of the same polarization are aligned coaxially to the transmitter-receiver at the same distance, and the excited signal is divided into fragments, excited in one antenna signal containing a sequence of odd fragments while maintaining the duration of the length of the even fragments, and, after the duration of the first fragment, excite in n rotivophase signal containing a sequence of even fragments while maintaining the duration time of the odd fragments.

Использование способа приводит к эффективному подавлению практически всех видов помех, за исключением тепловых шумов, которые и определяют нижнюю границу рабочего динамического диапазона.Using the method leads to the effective suppression of almost all types of interference, with the exception of thermal noise, which determine the lower limit of the working dynamic range.

Известно устройство исследования горных пород в скважине по заявке Франции (FR 2613842, кл.4 G 01 V 3/30, Е 21 В 47/04, 14.10.88), содержащее два синхронных передатчика, излучающих высокочастотные электромагнитные импульсы в противофазе, и приемник, выход которого подключен к каналу обработки и регистрации. Антенны передатчиков расположены симметрично относительно антенны приемника и в одной с ней плоскости, параллельной поверхности исследования. При работе устройства в однородной среде принимаемый суммарный от обеих передающих антенн сигнал близок нулю, что несколько расширяет верхнюю границу динамического диапазона устройства. При появлении на профиле исследования (стенке скважины) неоднородности баланс разностного излучаемого сигнала резко нарушается и приемный сигнал становится аномально различимым. Однако устройство не позволяет получить снижение нижней границы динамического диапазона, определяемой уровнем помех, и поэтому чувствительность устройства посредственная.A device for researching rocks in a well is known according to the application of France (FR 2613842, class 4 G 01 V 3/30, E 21 B 47/04, 10/14/08, containing two synchronous transmitters emitting high-frequency electromagnetic pulses in antiphase, and a receiver whose output is connected to the processing and registration channel. The transmitter antennas are located symmetrically relative to the receiver antenna and in the same plane with it as the parallel to the study surface. When the device is operating in a homogeneous environment, the received total signal from both transmitting antennas is close to zero, which somewhat extends the upper boundary of the dynamic range of the device. When heterogeneity appears on the research profile (well wall), the balance of the difference emitted signal is sharply disturbed and the receiving signal becomes abnormally distinguishable. However, the device does not allow to reduce the lower limit of the dynamic range, determined by the level of interference, and therefore the sensitivity of the device is mediocre.

Известное устройство “Дифференциальный радар” (RU 2148842, кл.6 G 01 V 3/12, 10.05.2000) является наиболее близким по технической сущности. Это устройство содержит одну передающую, две приемные вибраторные антенны и канал обработки и регистрации с подключением одной приемной антенны к каналу обработки и регистрации через фазоинвертор и сумматор а второй - через сумматор, что значительно раздвигает границы динамического диапазона за счет уменьшения в канале обработки суммарного прямого принимаемого антеннами излучаемого сигнала и снижения уровня синфазных помех. Кроме того, взаимное расположение антенн позволяет значительно обострить максимум характеристики направленности.The known device "Differential radar" (RU 2148842, CL 6 G 01 V 3/12, 05/10/2000) is the closest in technical essence. This device contains one transmitting, two receiving vibrating antennas and a processing and recording channel with connecting one receiving antenna to the processing and recording channel through a phase inverter and an adder and the second through an adder, which significantly expands the boundaries of the dynamic range by reducing the total direct received in the processing channel antennas of the emitted signal and reducing the level of common mode interference. In addition, the relative position of the antennas can significantly sharpen the maximum directivity.

Однако, несмотря на высокое помехоподавление и улучшение характеристики направленности, разностный сигнал такого устройства во много раз ниже принимаемого сигнала антенны. Поэтому значительное расширение динамического диапазона устройства за счет высокого помехоподавления не используется в полной мере, и это не позволяет достичь высокой эффективности съемки.However, despite the high noise suppression and improved directivity, the difference signal of such a device is many times lower than the received antenna signal. Therefore, a significant expansion of the dynamic range of the device due to the high noise suppression is not used to the full, and this does not allow to achieve high shooting efficiency.

Кроме того, расстояния между антеннами локатора и длинами их вибраторов определяются требованием создания рефлектно-директорной антенной системы, т.е. каждая из антенн локатора должна являться для другой антенны либо директором, либо рефлектором. Это значит, что все антенны имеют несколько отличные друг от друга длины вибраторов, то есть являются не идентичными по отношению к принимаемому сигналу, в том числе и к помехе, что снижает качество помехоподавления. Ясно, что при перемещении во время зондирования по профилю все параметры этого тонко настроенного локатора будут меняться в зависимости от изменения электрических параметров поверхности зондирования, находящейся в ближней зоне локатора. Это также затруднит получение точной измерительной процедуры.In addition, the distances between the antennas of the locator and the lengths of their vibrators are determined by the requirement to create a reflector-director antenna system, i.e. Each of the antennas of the locator should be for the other antenna either a director or a reflector. This means that all antennas have slightly different vibrator lengths, that is, they are not identical with respect to the received signal, including interference, which reduces the quality of noise suppression. It is clear that when moving along the profile during sounding, all parameters of this finely tuned locator will change depending on changes in the electrical parameters of the sensing surface located in the near zone of the locator. It will also make it difficult to obtain an accurate measurement procedure.

Некоторую задержку вносит в один из приемных каналов фазоинвертор, что также снижает идентичность каналов и качество помехоподавления.A phase inverter introduces some delay into one of the receiving channels, which also reduces the identity of the channels and the quality of noise suppression.

Предлагаемое устройство лишено указанных недостатков и обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики за счет того, что в устройстве, содержащем одну передающую и две приемные антенны, причем все антенны являются поляризованными и приемные антенны имеют взаимно противоположную направленность поляризации, приемные антенны подключены параллельно и в противофазе (параллельно-последовательно), а выход их подключен к входным цепям приемного устройства. Как вариант - передающих антенн две и они имеют противоположную направленность поляризации и соединены так же, как и приемные - параллельно-последовательно, что увеличивает амплитуду принимаемого полезного разностного сигнала вдвое в сравнении с первичным, принимаемым одной из антенн. При этом эффективно подавляются все сигналы, отличающиеся от полезного сигнала тем, что поступают на антенны разной поляризации софазно.The proposed device is devoid of these drawbacks and provides high performance due to the fact that in a device containing one transmitting and two receiving antennas, moreover, all antennas are polarized and receiving antennas have mutually opposite polarization directions, receiving antennas are connected in parallel and in antiphase (parallel sequentially), and their output is connected to the input circuits of the receiving device. Alternatively, there are two transmitting antennas and they have the opposite polarization direction and are connected in the same way as receiving ones in parallel-serial fashion, which doubles the amplitude of the received useful difference signal in comparison with the primary one received by one of the antennas. This effectively suppresses all signals that differ from the useful signal in that they are fed to antennas of different polarization in phase.

Сущность изобретения отражена на чертежах, где на фиг.1 представлены временные графики сигналов, поступающих с приемных антенн, и разностный сигнал, а на фиг.2 показано подсоединение антенн для возбуждения сигнала в противофазе или приема сигнала в режиме вычитания.The invention is reflected in the drawings, in which Fig. 1 shows time plots of signals from receiving antennas and a difference signal, and Fig. 2 shows the connection of antennas to excite a signal in antiphase or to receive a signal in the subtraction mode.

Сущность предлагаемого способа пояснена на фиг.1The essence of the proposed method is illustrated in figure 1

На графике 1 фиг.1 представлен полезный сигнал с помехой 4, возбужденный в противофазе двумя противоположно поляризованными антеннами, принятый одной из поляризованных приемных антенн. На графике 2 - сигнал с той же помехой 4, принятый другой антенной. На графике 3 - разностный сигнал антенн на входе приемного устройства.The graph 1 of Fig. 1 shows a useful signal with interference 4, excited in antiphase by two oppositely polarized antennas, received by one of the polarized receiving antennas. In graph 2, a signal with the same interference 4 received by another antenna. On the graph 3 is the difference signal of the antennas at the input of the receiving device.

На фиг.2 приведена схема соединения двух антенн 5 и 6 противоположной поляризации, например циркулярной, и условный график выходного-входного сигнала 7–71 на входе-выходе антенн 5 и 6, включенных параллельно-последовательно.Figure 2 shows the connection diagram of two antennas 5 and 6 of opposite polarization, for example circular, and a conditional graph of the output-input signal 7-7 1 at the input-output of the antennas 5 and 6, connected in parallel-series.

Как известно, поляризацию всякого сигнала можно теоретически разложить на две составляющие - на две взаимно перпендикулярные линейные поляризации либо на две противоположного вращения циркулярные составляющие. Оба представления эквиваленты, но предпочтительнее то, которое соответствует поляризационным дискриминациям приемных антенн.As you know, the polarization of any signal can theoretically be decomposed into two components - into two mutually perpendicular linear polarizations or into two opposite rotation circular components. Both representations are equivalent, but preferably one that matches polarization discrimination of the receiving antennas.

Помехи с большой вероятностью неполяризованы, то есть содержат равную смесь обеих базовых циркулярных поляризаций. Антенна выбирает свою поляризацию и отсеивает другую. Поэтому сигнал от помехи в двух приемных, идентичных во всем, за исключением направления поляризации, параллельно размещенных и пространственно максимально сближенных поляризованных антеннах будет одинаков, какова бы ни была их поляризованность, либо потому что антенны поляризованы одинаково, либо - хотя противоположной поляризации, но в помехе поровну каждой поляризации.The interference is most likely unpolarized, that is, it contains an equal mixture of both basic circular polarizations. The antenna selects its polarization and filters out another. Therefore, the signal from the interference in two receiving, identical in everything, except for the direction of polarization, in parallel placed and spatially maximally close polarized antennas will be the same, whatever their polarization, either because the antennas are polarized equally, or - although the polarization is opposite interference equally to each polarization.

Полезный сигнал, переданный в противофазе двумя антеннами противоположной поляризации, воспримется двумя антеннами противоположной поляризации, расположенными как можно ближе друг к другу, именно так, как сигнал был передан - каждой антенной в противофазе между собой (1, 2, фиг.1). Поляризационные составляющие помехи будут восприняты обеими антеннами в единой фазе (4, фиг.1). Поскольку поляризационные составляющие помехи равны, то при вычитании сигналов антенн они взаимно уничтожатся, а полезный сигнал при вычитании в противофазе удвоится по амплитуде (3, фиг.1). Это улучшает соотношение “сигнал-помеха” и позволяет надежно выделять полезный разностный сигнал на фоне любых по интенсивности помех, так как подавление помех происходит еще на входе сверхвысокочастотных входных усилителей и смесителей, избавляя их от перегрузки.The useful signal transmitted in antiphase by two antennas of opposite polarization will be received by two antennas of opposite polarization, located as close as possible to each other, exactly as the signal was transmitted - by each antenna in antiphase between each other (1, 2, Fig. 1). The polarization interference components will be perceived by both antennas in a single phase (4, Fig. 1). Since the polarization components of the interference are equal, then when subtracting the signals of the antennas they are mutually destroyed, and the useful signal when subtracting in antiphase will double in amplitude (3, Fig. 1). This improves the signal-to-noise ratio and makes it possible to reliably distinguish a useful difference signal against any background of any intensity of interference, since interference suppression occurs even at the input of microwave input amplifiers and mixers, eliminating overload.

В отличие от прототипа, где создается копия помехи с последующим вычитанием ее из смеси полезного сигнала и помехи (тепловые шумы дают малый в сравнении с помехой вклад), способ “МетаСВЯЗЬ” позволяет подавить помеху, не создавая ее копии, в какой-то степени приближенной к оригиналу, то есть без аппаратурных затрат еще на входе электронных узлов приемного устройства.Unlike the prototype, where a copy of the interference is created, followed by subtracting it from the mixture of the useful signal and the interference (thermal noise makes a small contribution compared to the interference), the META COMMUNICATION method allows you to suppress the interference without creating a copy of it, to some extent approximate to the original, that is, without hardware costs even at the input of the electronic components of the receiving device.

Можно отметить, что если сигналы антенн сложить, то есть подключить антенны не параллельно-последовательно, а параллельно, то суммарный сигнал будет представлять собой удвоенный по амплитуде сигнал помехи без присутствия полезного сигнала.It can be noted that if the signals of the antennas are added, that is, to connect the antennas not in parallel-serial, but in parallel, then the total signal will be a noise signal doubled in amplitude without the presence of a useful signal.

Легко представить, что если сигнал передается только одной поляризованной антенной, то из двух приемных антенн он воспримется только той антенной, поляризация которой соответствует поляризации передаваемого сигнала. Вторая приемная антенна, поляризация которой противоположна поляризации сигнала, его не воспримет. Но помеха воспримется обеими антеннами в равной мере и в единой фазе и при вычитании сигналов антенн взаимно уничтожится. Полезный же сигнал выделится в фазе или в противофазе без изменения.It is easy to imagine that if a signal is transmitted by only one polarized antenna, then of the two receiving antennas it will be perceived only by that antenna whose polarization corresponds to the polarization of the transmitted signal. The second receiving antenna, the polarization of which is opposite to the polarization of the signal, will not accept it. But the interference will be perceived by both antennas equally and in a single phase, and when subtracting the antenna signals mutually destroyed. A useful signal will stand out in phase or out of phase without change.

Предлагаемый способ позволяет осуществить связь в случае требования повышенной защищенности от перехвата. Для этого необходимо антенны одинаковой поляризации в приемнике и передатчике отнести соосно по направлению на передатчик-приемник на одинаковое расстояние, а возбуждаемый сигнал разбить на фрагменты, и передавать эти фрагменты поочередно то одной, то другой антеннами, то есть возбуждать в одной антенне сигнал, содержащий последовательность нечетных фрагментов с сохранением времени длительности четных фрагментов, и через время длительности первого фрагмента возбуждать в противофазе сигнал в другой антенне, содержащий последовательность четных фрагментов с сохранением времени длительности нечетных фрагментов.The proposed method allows communication in the case of a requirement of increased security from interception. To do this, it is necessary to assign antennas of the same polarization in the receiver and transmitter coaxially in the direction to the transmitter-receiver at the same distance, and break the excited signal into fragments, and transmit these fragments alternately with one or the other antennas, i.e., excite a signal containing one antenna a sequence of odd fragments with preserving the time duration of the even fragments, and after a time duration of the first fragment to excite in antiphase a signal in another antenna containing ость even fragments with preservation of the time duration of the odd fragments.

Поскольку антенны одинаковой поляризации у приемника и передатчика отнесены навстречу друг другу, то расстояние прохождения сигналов каждой поляризации одинаково (необходимо помнить, что сигнал, возбужденный антенной, например, левой циркулярной поляризации, воспринимается на дальности прямого видения или в зеркальном отражении, например, от плоской границы раздела сред только антенной правой циркулярной поляризации). На приемном конце линии связи при вычитании сигнала одной антенны из сигнала другой произойдет как бы “встраивание” последовательности четных фрагментов в последовательность нечетных, составляя единый передаваемый сигнал. Перехватить его, не зная расстояния разноса между передающими антеннами, которое на сеансах связи может и не повторяться, будет весьма проблематично.Since the antennas of the same polarization at the receiver and the transmitter are aligned towards each other, the distance of the signals of each polarization is the same (it must be remembered that the signal excited by the antenna, for example, left circular polarization, is perceived at the distance of direct vision or in mirror reflection, for example, from plane media interface only by an antenna of the right circular polarization). At the receiving end of the communication line, when the signal of one antenna is subtracted from the signal of the other, it will be like “embedding” a sequence of even fragments into a sequence of odd fragments, making up a single transmitted signal. Intercepting it, not knowing the separation distance between transmitting antennas, which may not be repeated in communication sessions, will be very problematic.

В результате получаем скрытый, помехоустойчивый канал связи, прием информации в котором возможен только в том случае, если известны расстояния разноса антенн и направление луча связи, определяемое на передающей стороне.As a result, we obtain a hidden, noise-resistant communication channel, the reception of information in which is possible only if the separation distances of the antennas and the direction of the communication beam, determined on the transmitting side, are known.

Устройство на фиг.2 пригодно и для передачи и для приема сигналов. В случае передачи сигнала антенны подключены к выходу оконечного усилителя мощности, и в них при поступлении сигнала на общий вход 7 возбуждается сигнал в фазе - в одной антенне и в противофазе - в другой. В режиме приема сигнал одной антенны вычитается из сигнала другой, и антенны подключены к входным цепям приемного устройства 71. Емкость С, соединяющая одну из входных-выходных шин с потенциалом “общей” точки по переменному току, приведена на фиг.2, чтобы условно показать возможность фазирования сигнала.The device in figure 2 is suitable for transmitting and receiving signals. In the case of transmitting a signal, the antennas are connected to the output of the terminal power amplifier, and when the signal arrives at the common input 7, a signal is excited in phase - in one antenna and in antiphase - in another. In the reception mode, the signal of one antenna is subtracted from the signal of the other, and the antennas are connected to the input circuits of the receiving device 7 1 . The capacitance C, connecting one of the input-output buses with the potential of the “common” point for alternating current, is shown in figure 2, to conditionally show the possibility of phasing the signal.

Надо отметить, что предлагаемый способ эфирной передачи-приема информации “МетаСВЯЗЬ” является универсальным способом подавления помех, независимо от того, является ли связь узкополосной или широкополосной. Этот способ может быть использован с имеющимися видами аппаратуры связи и распространяется на беспроводные локальные компьютерные сети, сотовую связь (вплоть до глобальных информационных систем), персональные системы телекоммуникаций независимо от существующих стандартов - достаточно только осуществить подсоединение двух антенн противоположной поляризации, включенных параллельно-последовательно, в соответствии с фиг.2.It should be noted that the proposed method of broadcast transmission-reception of information “Meta COMMUNICATION” is a universal method of suppressing interference, regardless of whether the communication is narrow-band or broad-band. This method can be used with existing types of communication equipment and applies to wireless local area networks, cellular communications (up to global information systems), personal telecommunication systems, regardless of existing standards - it is enough to connect two antennas of opposite polarization, connected in parallel, in series, in accordance with figure 2.

Эффективное подавление помех приведет к упрощению приемных трактов. Так, можно с уверенностью сказать, что отпадает необходимость в заградительных, режекторных и других фильтрах, в том числе и адаптивного использования.Effective noise reduction will simplify the receive paths. So, we can confidently say that there is no need for barrage, notch and other filters, including adaptive use.

Эффективное подавление помех повлечет увеличение дальности надежной связи без увеличения мощности передачи, что, в свою очередь, открывает перспективы возможности связи между абонентами сотовой сети напрямую (если они находятся в пределах прямой видимости), минуя ретрансляционную сеть и базовые станции. Да и сама ретрансляционная сеть станет более разряженной, а стоимость сотовой связи - дешевле.Effective suppression of interference will lead to an increase in the range of reliable communication without increasing transmission power, which, in turn, opens up prospects for the possibility of communication between subscribers of the cellular network directly (if they are within direct visibility), bypassing the relay network and base stations. Yes, and the relay network itself will become more discharged, and the cost of cellular communication - cheaper.

Возможно значительное снижение мощности передачи сотового телефона.Perhaps a significant reduction in the transmission power of the cell phone.

Теоретически возможный аппаратурный динамический диапазон сотовой связи составляет 120 дБ (от единиц микровольт - тепловые шумы современных входных полупроводниковых схем - до единиц вольт). Практически помехи достигают 60 дБ. Так, в Риге (Латвия) интегральный уровень помех на выходе дипольной 180-мегагерцевой антенны составил 600-800 мкВ в разное время суток. В Объединенных Арабских Эмиратах (г. Абу Даби) уровень помех составил уже 1000-1500 мкВ. Это можно объяснить близостью зоны тропических гроз и большой энергонасыщенностью района.The theoretical possible dynamic range of cellular communications is 120 dB (from units of microvolts - thermal noise of modern input semiconductor circuits - to units of volts). Almost interference reaches 60 dB. So, in Riga (Latvia), the integral level of interference at the output of a 180-MHz dipole antenna was 600-800 uV at different times of the day. In the United Arab Emirates (Abu Dhabi), the level of interference was already 1000-1500 uV. This can be explained by the proximity of the tropical thunderstorm zone and the region’s high energy density.

Увеличение динамического диапазона на 20 дБ отдалит границу надежной связи в пределах прямой видимости в 10 раз. Поэтому необходимо либо повышать передающий сигнал по мощности на 40 дБ, то есть увеличивать мощность передатчика в 100 раз, что недопустимо с точки зрения эргономики и экологии, либо эффективно снижать влияние помех.An increase in the dynamic range by 20 dB will push the boundary of reliable communication within line of sight by 10 times. Therefore, it is necessary either to increase the transmitting signal by power by 40 dB, i.e. to increase the transmitter power by 100 times, which is unacceptable from the point of view of ergonomics and ecology, or to effectively reduce the effect of interference.

Необходимо отметить, что предлагаемый способ одинаково эффективен на всех частотных диапазонах. Это особенно важно для коротковолнового (KB) диапазона, где способ с использованием шумоподобных сигналов не столь эффективен. В KB-диапазоне, где в распространении сигналов решающую роль играет ионосфера, преимущество осталось за узкополосным сигналом в обычном смысле (ширина спектра с учетом расширения не должна была превышать нескольких десятков килогерц). Это означает, что скорость передачи информации по такому каналу не может быть более чем килобит/сек. В противном случае происходят искажения сигнала, связанные с неодинаковыми условиями распространения спектральных составляющих сигнала. Это объясняется тем, что прием ШПС представляет собой собирание сигнала в широкой полосе частот, а разбалансирование спектральных составляющих сигнала, особенно по фазе, приводит к селективным искажениям.It should be noted that the proposed method is equally effective on all frequency ranges. This is especially important for the shortwave (KB) range, where the method using noise-like signals is not so effective. In the KB range, where the ionosphere plays a decisive role in signal propagation, the narrow-band signal in the usual sense remained the advantage (the width of the spectrum, taking into account the expansion, should not exceed several tens of kilohertz). This means that the speed of information transmission on such a channel cannot be more than kilobits / sec. Otherwise, signal distortions occur due to unequal propagation conditions of the spectral components of the signal. This is due to the fact that the reception of SHS is the collection of a signal in a wide frequency band, and the imbalance of the spectral components of the signal, especially in phase, leads to selective distortion.

В полной мере преимущества шумоподобных сигналов (ШПС) реализуются в УКВ-диапазонах и на более высоких частотах. При этом скорость передачи информации и степень расширения спектра ничем не ограничиваются, кроме трудностей технической реализации, заключающихся, в основном, в ограничении временных параметров электронных устройств. Применение предлагаемого способа позволит уменьшить базу ШПС, тем самым снижая требования к быстродействию электроники, или при той же базе увеличить допустимое количество одновременных абонентов и скорость передачи информации.The full benefits of noise-like signals (SHPS) are realized in the VHF bands and at higher frequencies. Moreover, the speed of information transfer and the degree of expansion of the spectrum are not limited by anything, except for the difficulties of technical implementation, consisting mainly in limiting the time parameters of electronic devices. The application of the proposed method will reduce the base of SHPS, thereby reducing the requirements for the speed of electronics, or with the same base to increase the allowable number of simultaneous subscribers and the speed of information transfer.

Технику связи с использованием шумоподобных сигналов уже давно используют в радиолокации, где, кстати, впервые проявились основные преимущества подобных сигналов. В радиолокации дальность обнаружения цели определяется энергией импульса, то есть произведением мощности на его длительность. Увеличение дальности обнаружения путем наращивания мощности имеет свои технические пределы. Увеличение длительности импульса ухудшает другой параметр - разрешающую способность, которая определяет возможность обнаруживать цели. Возникающее противоречие разрешается применением сложных сигналов, представляющих длинный высокочастотный импульс, манипулированный по фазе по закону псевдослучайной последовательности сигналов.Communication technology using noise-like signals has long been used in radar, where, incidentally, the main advantages of such signals first appeared. In radar, the target detection range is determined by the pulse energy, that is, the product of power by its duration. Increasing the detection range by increasing power has its technical limits. Increasing the pulse duration worsens another parameter - resolution, which determines the ability to detect targets. The resulting contradiction is resolved by the use of complex signals representing a long high-frequency pulse, phase-manipulated according to the law of a pseudo-random sequence of signals.

В приемнике с помощью коррелятора длинный импульс сжимается до длительности элемента сигнала псевдослучайной последовательности, энергия же существенно возрастает за счет увеличения числа элементов псевдослучайной последовательности, благодаря чему улучшается разрешающая способность и увеличивается дальность обнаружения.Using the correlator, the long pulse is compressed in the receiver to the duration of the signal element of the pseudo-random sequence, while the energy increases significantly due to an increase in the number of elements of the pseudo-random sequence, which improves the resolution and increases the detection range.

Но для работы коррелятора необходима копия сигнала, что создает дополнительные трудности, поскольку точное значение частоты и других параметров сигнала на приемном конце может быть неизвестно. Кроме того, корреляционные измерители отличаются аппаратурной громоздкостью - в простейшем случае это перемножитель, интегратор, пороговое устройство. А для просмотра всей дальности (обнаружение целей на одном азимуте при различных удалениях) корреляторы должны быть многоканальными.But for the correlator to work, a copy of the signal is necessary, which creates additional difficulties, since the exact value of the frequency and other parameters of the signal at the receiving end may not be known. In addition, correlation meters are cumbersome in hardware - in the simplest case, this is a multiplier, an integrator, and a threshold device. And to view the entire range (target detection at one azimuth at various distances), the correlators must be multi-channel.

Использование предлагаемого способа позволит перейти в радиолокации к простым зондирующим сигналам, значительно упрощая радиолокационную аппаратуру. Это же касается и навигационной аппаратуры.Using the proposed method will allow you to go in the radar to simple sounding signals, greatly simplifying the radar equipment. The same applies to navigation equipment.

Для проведения экспериментов по изобретению требования к излучаемому-принимаемому сверхширокополосному сигналу являлись определяющими при выборе типа антенны.For experiments according to the invention, the requirements for the emitted-received ultra-wideband signal were decisive when choosing the type of antenna.

Наиболее сверхширокополосной и частотно независимой антенной является логопериодическая спираль, изобретенная Рамзеем (Ramsey V.H., 1957 IRE Nat Con. Rec 1 (1957), 114). Она построена с использованием принципа углов (Рамзей, см. выше), принципа взаимодополнительности (Dyson J.D. IRE Trans., АР-7 (1959), 181) и принципа логарифмической периодичности (Сверхширокополосные антенны. Под ред. Л.С. Бененсона, М.: Мир, 1964).The most ultra-wideband and frequency independent antenna is the log-periodic spiral invented by Ramsey (Ramsey V.H., 1957 IRE Nat Con. Rec 1 (1957), 114). It is constructed using the principle of angles (Ramsey, see above), the principle of complementarity (Dyson JD IRE Trans., AP-7 (1959), 181) and the principle of logarithmic periodicity (Ultra-wideband antennas. Ed. By L. L. Benenson, M .: Mir, 1964).

Многочисленные эксперименты показали, что в полосе частот с перекрытием 1:20 параметры антенны (входное сопротивление, диаграмма направленности) практически не изменяются. Диаграмма направленности (ДН) логоспиральной антенны имеет осевую симметрию, и при ширине лепестка ДН 70-80° (по уровню 3 дБ) такая антенна выигрывает в коэффициенте усиления в сравнении с биконической или дипольной 10 дБ в диапазоне от 0,2 ГГц до 3,6 ГГц. КСВН логоспиральной антенны не превысило 1,7 во всем диапазоне частот. Сопротивление антенны Z0=189 Ом.Numerous experiments have shown that in the frequency band with an overlap of 1:20, the antenna parameters (input impedance, radiation pattern) practically do not change. The radiation pattern of the logospiral antenna has axial symmetry, and with a beam width of 70-80 ° (at a level of 3 dB), such an antenna wins in gain compared to a biconical or dipole 10 dB in the range from 0.2 GHz to 3, 6 GHz. The VSWR of the logospiral antenna did not exceed 1.7 in the entire frequency range. Antenna resistance Z 0 = 189 Ohms.

Еще одно достоинство спиральной антенны заключается в том, что она взаимодействует только с циркулярно поляризованной волной определенной поляризации. Например, излучает и принимает электромагнитную волну только левой поляризации. При зеркальном отражении от плоской границы раздела двух сред поляризация отраженной волны обратно поляризации падающей волны. И антенна к электромагнитной волне такой поляризации нечувствительна.Another advantage of a spiral antenna is that it interacts only with a circularly polarized wave of a certain polarization. For example, it emits and receives an electromagnetic wave of only left polarization. In case of specular reflection from a plane interface between two media, the polarization of the reflected wave is the inverse polarization of the incident wave. And the antenna is insensitive to the electromagnetic wave of such a polarization.

Расчеты показали, что несовпадением фазового центра различных Фурье-гармоник для выбранного типа антенны в рабочем диапазоне частот можно пренебречь.The calculations showed that the mismatch of the phase center of the various Fourier harmonics for the selected type of antenna in the operating frequency range can be neglected.

При проведении натурных экспериментов с аппаратурой радара для подповерхностного зондирования по предлагаемому изобретению выяснилось, что эффективность подавления помех в значительной степени зависит от идентичности приемных антенн и в экспериментах превысила 40 дБ. Поэтому изготовление пар антенн необходимо осуществлять печатным способом с единого фотошаблона.When conducting field experiments with radar equipment for subsurface sounding according to the invention, it was found that the noise suppression efficiency largely depends on the identity of the receiving antennas and in the experiments exceeded 40 dB. Therefore, the manufacture of pairs of antennas must be carried out by printing using a single photo template.

Claims (3)

1. Способ “МетаСВЯЗЬ” эфирной передачи-приема информации, заключающийся в применении на передаче антенн противоположного направления поляризации, возбуждении их информационным сигналом, а на приеме - в компенсации помехи с использованием вычитания сигнала антенны одной поляризации из сигнала антенны противоположной поляризации, отличающийся тем, что антенны передачи и приема включают параллельно-последовательно для противофазного возбуждения на передаче, а на приеме принимаемый с антенн разностный информационный сигнал подают к входным цепям приемного устройства.1. The “META-COMMUNICATION” method of broadcasting information reception and reception, which consists in the use of transmitting antennas in the opposite direction of polarization, exciting them with an information signal, and in reception - in compensating for interference by subtracting the antenna signal of one polarization from the signal of the opposite polarization antenna, characterized in that the transmit and receive antennas are turned on in parallel-sequentially for antiphase excitation in the transmission, and at the reception, the difference information signal received from the antennas is fed to the input one receiver circuit. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что антенны одинаковой поляризации в приемнике и передатчике относят соосно по направлению на передатчик и приемник на одинаковое расстояние.2. The method according to claim 1, characterized in that the antennas of the same polarization in the receiver and transmitter are aligned coaxially towards the transmitter and receiver at the same distance. 3. Устройство “МетаСВЯЗЬ” эфирной передачи-приема информации, содержащее блок антенн, подключенных на передаче к выходу оконечного усилителя передающего устройства, а на приеме к входным цепям приемного устройства, отличающееся тем, что антенны блока антенн выполнены с противоположной поляризацией, расположены соосно и соединены паралельно-последовательно для их противофазного возбуждения на передаче и получения разностного сигнала на приеме.3. The Meta-COMMUNICATION device of on-air information transmission-reception, containing a block of antennas connected in transmission to the output of the terminal amplifier of the transmitting device, and in reception to the input circuits of the receiving device, characterized in that the antenna block antennas are made with opposite polarization, are aligned and are connected in parallel-series for their antiphase excitation on the transmission and receiving a differential signal at the reception.
RU2002123510/09A 2002-09-03 2002-09-03 Method and device for direct on-air data transmission and reception RU2234190C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002123510/09A RU2234190C2 (en) 2002-09-03 2002-09-03 Method and device for direct on-air data transmission and reception

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002123510/09A RU2234190C2 (en) 2002-09-03 2002-09-03 Method and device for direct on-air data transmission and reception

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002123510A RU2002123510A (en) 2004-03-20
RU2234190C2 true RU2234190C2 (en) 2004-08-10

Family

ID=33412877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002123510/09A RU2234190C2 (en) 2002-09-03 2002-09-03 Method and device for direct on-air data transmission and reception

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2234190C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002123510A (en) 2004-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8543053B1 (en) Wireless communication jamming using signal delay technology
US5230076A (en) Ionospheric sounding
WO2003063296A1 (en) Planar loop antenna
US4388723A (en) Control device for steerable null antenna processor
US6236362B1 (en) Mitigation of antenna test range impairments caused by presence of undesirable emitters
US20100111217A1 (en) Method and system for reducing phase difference and doppler effects in detection and communication systems
KR101525968B1 (en) Common wave and sideband mitigation communication systems and methods for increasing communication speeds, spectral efficiency and enabling other benefits
Hanbali A review of radar signals in terms of Doppler tolerance, time-sidelobe level, and immunity against jamming
RU2334361C2 (en) Coupler with increased noise protection and high speed information transmission
US6768963B2 (en) Geo-location systems
RU2234190C2 (en) Method and device for direct on-air data transmission and reception
US4169993A (en) Intercept receiver for double-side-band, noise-like signals
Bergadà et al. Polarization diversity in a long-haul transequatorial HF link from Antarctica to Spain
Kullstam et al. Ionospheric scintillation effects on UHF satellite communications
Sytnik Problems and Solutions of Alive Human Detection behind the Opaque Obstacles
US7298312B2 (en) Detecting small, time domain impulsive communications signals
RU2663240C1 (en) Method of protection of narrow channels of data transmission under conditions of multipath radio signal propagation and complex of means for its implementation
Santillán et al. Assessing BBN, PBN and ST jamming strategies for blocking UAV navigation system: A comparison and first experimental results
Shah et al. Cell phone jammer
CN112398571B (en) Interference device and interference method for frequency hopping communication radio station
RU2696214C1 (en) Protected radio communication system
RU2199824C2 (en) Method for radio suppression of electronic communication facilities using adaptive antenna arrays
CN107870320A (en) For analyzing and processing the method and radar equipment of radar beam
US6448941B1 (en) Method for secure communications using spiral antennas
Bergadà Caramés et al. Polarization diversity in a long-haul transequatorial HF link from Antarctica to Spain

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050904