RU2297100C1 - Способ радиосвязи - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в дуплексных радиолиниях связи с использованием сложных сигналов. Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей способа радиосвязи путем реализации дуплексного принципа передачи и приема дискретной и аналоговой информации между двумя пунктами на двух частотах. В способе радиосвязи на первом пункте сформированный сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г1 первого гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточной частоты, равной сумме частот ω_пр1=ω_c+ω_г1, усиливают его по мощности и излучают на частоте ω₁=ω_пр1=ω_г2, а затем принимают сложный сигнал на частоте ω₂=ω_г1, усиливают его, преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г2 второго гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты, ограничивают его, выделяют дополнительный информационный сигнал и ретранслируют его, при этом на втором пункте сложные сигналы излучают на частоте ω₂, а принимают на частоте ω₁. 4 ил.

Description

Предлагаемый способ относится к области радиосвязи и может быть использован в дуплексных радиолиниях связи с использованием сложных сигналов с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-АМ).

Известный способ радиосвязи (патент РФ №2001531, Н 04 В 7/02, 1990) обеспечивает передачу и прием основного и дополнительного сообщений на определенное расстояние D. При этом для передачи и приема основного сообщения используют модуляцию сигнала несущей частоты по фазе. Функция изменения фазы сигнала несущей частоты соответствует фазовой или частотной модуляции основным сообщением. Для передачи и приема дополнительного сообщения используют амплитудную модуляцию сигнала несущей частоты.

Однако функциональные возможности известного способа используются не в полной мере. Он реализует только симплексный принцип и не обеспечивает дуплексный принцип передачи и приема дискретной и аналоговой информации между двумя пунктами.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей способа радиосвязи путем реализации дуплексного принципа передачи и приема дискретной и аналоговой информации между двумя пунктами на двух частотах ω₁ и ω₂.

Поставленная задача решается тем, что согласно способа радиосвязи, заключающегося в том, что на передающей стороне генерируют сигнал несущей частоты ω_c, манипулируют его по фазе основным информационным сигналом, модулируют по амплитуде дополнительным информационным сигналом и излучают в пространство с помощью соответствующей передающей антенны, на первом пункте сформированный сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г1 первого гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточной частоты, равной сумме частот ω_пр1=ω_c+ω_г1, усиливают его по мощности и излучают в пространство на частоте ω₁=ω_пр1, а затем принимают сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией на частоте ω₂=ω_г1, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г2 второго гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_г2-ω₂=ω_c, ограничивают его по амплитуде, используют ограниченное по амплитуде напряжение в качестве опорного для синхронного детектирования напряжения второй промежуточной частоты, выделяют дополнительный информационный сигнал, регистрируют его, перемножают опорное напряжение, представляющее собой фазоманипулированный сигнал на второй промежуточной частоте ω_пр2, с напряжением второго гетеродина, выделяют фазоманипулируемый сигнал на частоте ω_г1 первого гетеродина, напряжение которого используют в качестве опорного для фазового детектирования фазоманипулируемого сигнала на частоте ω_г1 первого гетеродина, выделяют основной информационный сигнал и регистрируют его, причем частоты ω_г1 и ω_г2 гетеродинов разнесены на величину второй промежуточной частоты ω_г2-ω_г1=ω_пр2, на втором пункте сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией излучают на частоте ω₂, а принимают - на частоте ω₁.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ радиосвязи, представлена на фиг.1. Частотная диаграмма, поясняющая процесс преобразования сигналов, изображена на фиг.2. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы предлагаемого способа, показана на фиг.3 и 4.

Устройство содержит два пункта 1 и 2, между которыми устанавливают дуплексную радиосвязь. Каждый пункт содержит последовательно включенные блок !.1(1.2) управления, генератор 2.1(2.2) высокочастотных колебаний, фазовый манипулятор 4.1(4.2), второй вход которого соединен с выходом источника 3.1(3.2) основного информационного сигнала (дискретных сообщений), амплитудный модулятор 6.1(6.2), второй вход которого соединен с выходом источника 5.1(5.2) дополнительного информационного сигнала (аналоговых сообщений), первый смеситель 8.1(8.2), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 7.1(7.2), усилитель 9.1(9.2) первой промежуточной частоты, первый усилитель 10.1(10.2) мощности, дуплексер 11.1(11.2), вход-выход которого соединен с приемопередающей антенной 12.1(12.2), второй усилитель 13.1(13.2) мощности, второй смеситель 15.1(,15.2). второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 14.1(14.2), 16.1(16.2) - усилитель второй промежуточной частоты, амплитудный ограничитель 17.1(17.2), синхронный детектор 18.1(18.2), второй вход которого соединен с выходом усилителя 16.1(16.2) второй промежуточной частоты, и блок 22.1(22.2) регистрации, последовательно подключенные к выходу амплитудного ограничителя 17.1(17.2), перемножитель 19.1(19.2), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 14.1(14.2), полосовой фильтр 20.1(20.2) и фазовый детектор 21.1(21.2), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 7.1(7.2), а выход подключен к второму входу блока 22.1(22.2) регистрации, третий вход которого соединен с вторым выходом блока 1.1(1.2) управления.

Сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией на первом пункте излучают на частоте ω₁, а принимают на частоте ω₂, а на втором пункте - излучают на частоте ω₂, а принимают на частоте ω₁.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

С помощью блока 1.1 управления включают генератор 2.1 высокочастотных колебаний и формируют высокочастотный сигнал несущей частоты ω_с (фиг.3,а)

u_c1(t)=U_c1cos(ω_ct+φ_c1), 0≤t≤T_c1,

где U_c1, ω_c, ω_c1, Т_c1 - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;

который поступает на первый вход фазового манипулятора 4.1. На второй вход фазового манипулятора 4.1 подается модулирующий код M₁(t) с выхода источника 3.1 дискретных сообщений (основной информационный сигнал) (фиг.3,б). На выходе фазового манипулятора 4.1 образуется фазоманипулируемый (ФМн) сигнал (фиг.3,в)

u₁(t)=U_c1[ω_ct+φ_k1(t)+φ_c1], 0≤t≤T_c1,

где φ_k1(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы; отражающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t) (фиг.3,б), причем φ_k1(t)=const при kτ_э<t<(k+1)τ_э и может изменяться скачком при t=kτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (K=1, 2, ..., N-1);

τ_э, N₁ - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_c1(T_c1=N₁τ_э),

который поступает на первый вход амплитудного модулятора 6.1, на второй вход которого подается дополнительный информационный сигнал m₁(t) с выхода источника 5.1 аналоговых сообщений (фиг.3,г). На выходе амплитудного модулятора 6.1 образуется сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-АМ) (фиг.3,д)

u₂(t)=U_c1[1+m₁(t)]·cos[ω_ct+φ_k1(t)+φ_c1], 0≤t≤T_c1,

где m₁(t) - функция амплитудной модуляции;

который поступает на первый вход первого смесителя 8.1, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 7.1

u_г1(t)=U_г1·cos(ω_г1t+φ_г1).

На выходе смесителя 8.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 9.1 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты (фиг.3,е)

u_пр1(t)=U_пр1[1+m₁(t)]·cos[ω_пр1t+φ_k1(t)+φ_пр1],

где

K₁ - коэффициент передачи смесителя;

ω_пр1=ω_c+ω_г=ω₁ - первая промежуточная частота (фиг.2);

φ_пр1=φ_с+φ_г1,

которое после усиления в усилителе 10.1 мощности через дуплексер 11.1 поступает на приемопередающую антенну 12.1, излучается в эфир. Принимается приемопередающей антенной 12.2 второго пункта 2 и через дуплексер 11.2 и усилитель 13.2 мощности поступает на первый вход смесителя 15.2, на второй вход которого подается напряжение u_г1(t) гетеродина 14.2. На выходе смесителя 15.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 16.2 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты (фиг.3,ж)

u_пp2(t)=U_пр2[1+m₁(t)]·cos[ω_пр2t+φ_k1(t)+φ_пр2], 0≤t≤T_c1,

где

ω_пр2=ω_пр1-ω_г1 - вторая промежуточная частота;

φ_пр2=φ_пp1-φ_г1,

которое поступает на первый вход синхронного детектор 18.2 и на вход амплитудного ограничителя 17.2. На выходе последнего образуется напряжение (фиг.3,з)

u₃(t)=U_o·cos[ω_пр2t+φ_k1(t)+φпр₂], 0≤t≤T_c1,

где U_o - пороговое напряжение (полог ограничения),

которое используется в качестве опорного напряжения и подается на второй вход синхронного детектора 18.2.

В результате синхронного детектирования на выходе синхронного детектора 18.2 образуется низкочастотное напряжение (фиг.3,и)

u_н1(t)=U_н1·[1+m₁(t)], 0≤t≤T_c1,

где

К₂ - коэффициент передачи синхронного детектора, которое фиксируется блоком 22.2 регистрации.

Напряжение u₃(t) (фиг.3,з) которое представляет собой ФМн-сигнал на второй промежуточной частоте ω_пр2, с выхода амплитудного ограничителя 17.2 одновременно поступает на первый вход перемножителя 19.2, на второй вход которого подается напряжение u_г1(t) гетеродина 14.2. На выходе перемножителя 19.2 образуется напряжение (фиг.3,к)

u₄(t)=U₄·cos[ω_г2t+φ_k1(t)+φ_г2], 0≤t≤T_c1,

где

;

К₃ - коэффициент передачи перемножителя;

ω_г2=ω_пр2+ω_г1; φ_г2=φ_пр2+φ_г1;

которое выделяется полосовым фильтром 20.2 и поступает на первый вход фазового детектора 21.2. На второй вход фазового детектора 21.2 подается напряжение гетеродина 7.2

u_г2(t)=U_г2cos(ω_г2t+φ_г2).

На выходе фазового детектора 21.2 образуется низкочастотное напряжение (фиг.3,л)

u_H2(t)=U_H2cosφ_k1(t), 0≤t≤T_c1,

где

К₄ - коэффициент передачи фазового детектора,

которое фиксируется блоком 22.2 регистрации. Работа блока 22.2 регистрации управляется блоком 1.2 управления.

С помощью блока 1.2 управления включают генератор 2.2 высокочастотных колебаний и генерируют высокочастотный сигнал несущей частоты ω_с (фиг.4,а)

u_c2(t)=U_c2cos(ω_ct+φ_c2), 0≤t≤T_c2,

который поступает на первый вход фазового манипулятора 4.2. На второй вход фазового манипулятора 4.2 подается модулирующий код M₂(t) с выхода источника 3.2 дискретных сообщений (основной информационный сигнал) (фиг.4,б). На выходе фазового манипулятора 4.2 формируется фазоманипулируемый (ФМн) сигнал (фиг.4,в)

u₅(t)=U_c2cos[ω_ct+φ_k2(t)+φ_c2], 0≤t≤T_c2,

где φ_k2(t)={0, π} - манипулированная составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом М₂(t) (фиг.4,б), причем φ_k2=const при kτ_э<t<(k+1)τ_э и может изменяться скачком при t=kτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (к=1, 2, ..., N₂-1);

τ_э,N₂ - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с2(Т_с2=N₂ τ_э),

который поступает на первый вход амплитудного модулятора 6.2, на второй вход которого подается дополнительный информационный сигнал m₂(t) с выхода источника 5.2 аналоговых сообщений (фиг.4,г). На выходе амплитудного модулятора 6.2 образуется сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-АМ) (фиг.4,д)

u₆(t)=U_c2[1+m₂(t)]cos[ω_ct+φ_k2(t)+φ_c2], 0≤t≤T_c2,

где m₂(t) - функция амплитудной модуляции,

который поступает на первый вход смесителя 8.2, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 7.2

u_г2(t)=U_г2cos(ω_г2+φ_г2).

На выходе смесителя 8.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 9.2 выделяется напряжение разностной частоты (фиг.4.е)

u_пр3(t)=U_пр3[1+m₂(t)]·cos[ω₂t+φ_k2+φ_пр3], 0≤t≤T_k2,

где

ω₂=ω_г2-ω_пр2 - разностная частота,

φ_пр3=φ_г2-φ_с2,

которое после усиления в усилителе 10.2 мощности через дуплексер 11.2 поступает на приемопередающую антенну 12.2, излучается в эфир, принимается приемопередающей антенной 12.1 первого пункта 1 и через дуплексер 11.1 и усилитель 13.1 мощности поступает на первый вход смесителя 15.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 14.1

u_г2(t)=U_г2cos(ω_г2t+φ_г2).

На выходе смесителя 15.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 16.1 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты (фиг.4,ж)

u_пр4(t)=U_пр4[1+m₂(t)]·cos[ω_пр2t-φ_k2(t)+φ_пр4], 0≤t≤T_c2,

где

ω_пр2=ω_г2-ω₂ - вторая промежуточная частота;

φ_пр4=φ_г2-φ_пр3,

которое поступает на первый вход синхронного детектора 18.1 и на вход амплитудного ограничителя 17.1. На выходе последнего образуется напряжение (фиг.4,з)

u₇(t)=U_o·cos[ω_пр2t-φ_k2(t)+φ_пр4], 0≤t≤Т_c2,

где U_o - пороговое напряжение (порог ограничения),

которое используется в качестве опорного напряжения и подается на второй вход синхронного детектора 18.1.

В результате синхронного детектирования на выходе синхронного детектора 18.1 образуется низкочастотное напряжение (фиг.4,и)

u_н3(t)=U_н3[1+m₂(t)], 0≤t≤T_c2,

где

,

которое фиксируется блоком 22.1 регистрации.

Напряжение u₇(t) (фиг.4,з), которое представляет собой ФМн-сигнал на второй промежуточной частоте ω_пр2, с выхода амплитудного ограничителя 17.1 одновременно поступает на первый вход перемножителя 19.1, на второй вход которого подается напряжение u_г2(t) гетеродина 14,2. На выходе перемножителя 19.1 образуется напряжение (фиг.4,к)

u₈(t)=U₈cos[ω_г1t+φ_k2+φ_г1], 0≤t≤T_c2,

где

ω_г1=ω_г2-ω_пр2;

φ_г2=φ_г2-φ_пр4,

которое выделяется полосовым фильтром 20.1 и поступает на первый вход фазового детектора 21.1. На второй вход фазового детектора 21.1 подается напряжение гетеродина 7.1

u_г1(t)=U_г1cos(ω_г1t+φ_г1).

На выходе фазового детектора 21.1 образуется низкочастотное напряжение (фиг.4,л)

u_н4(t)=U_н4cosφ_k2(t), 0≤t≤T_c2,

где

,

которое фиксируется блоком 22.1 регистрации. Работа блока 22.1 регистрации управляется блоком 1.1 управления.

Таким образом, предлагаемый способ радиосвязи по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает за счет дуплексной радиосвязи передачу и прием дискретной и аналоговой информации между двумя пунктами с использованием сложных сигналов с комбинированной фазовой манипуляцией и аналоговой модуляцией на двух частотах ω₁ и ω₂. При этом на одном пункте передачу сложных сигналов с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией осуществляют на частоте ω₁, а прием - на частоте ω₂, а на другом пункте, наоборот, передачу указанных сигналов осуществляют на частоте ω₂, а прием - на частоте ω₁.

Сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией с точки зрения обнаружения обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного сигнала с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.

Тем самым функциональные возможности способа радиосвязи расширены.

Claims (1)

1. Способ радиосвязи, заключающийся в том, что на передающей стороне генерируют сигнал несущей частоты ω_c, манипулируют его по фазе основным информационным сигналом, модулируют по амплитуде дополнительным информационным сигналом и излучают в пространство с помощью соответствующей передающей антенны, отличающийся тем, что на первом пункте сформированный сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г1 первого гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточной частоты, равной сумме частот ω_пр1=ω_c+ω_г1, усиливают его по мощности и излучают в пространство на частоте ω₁=ω_пр1=ω_г2, а затем принимают сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией на частоте ω₂=ω_г1, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г2 второго гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты, равной разности частот ω_пр2=ω_г2 -ω₂=ω_c, ограничивают его по амплитуде, используют ограниченное по амплитуде напряжение в качестве опорного для синхронного детектирования напряжения второй промежуточной частоты, выделяют дополнительный информационный сигнал и ретранслируют его, перемножают опорное напряжение, представляющее собой фазоманипулированный сигнал на второй промежуточной частоте ω_пр2, с напряжением второго гетеродина, выделяют фазоманипулированный сигнал на частоте ω_г1 первого гетеродина, напряжение которого используют в качестве опорного для фазового детектирования фазоманипулированного сигнала на частоте ω_г1 первого гетеродина, выделяют основной информационный сигнал и регистрируют его, причем частоты ω_г1 и ω_г2 гетеродинов разнесены на величину второй промежуточной частоты ω_г2-ω_г1=ω_пр2, на втором пункте сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией излучают на частоте ω₂, а принимают на частоте ω₁.

Images