Система подвижной радиосвязи, использующая сигналы с различными законами формирования

Система подвижной радиосвязи, использующая сигналы с различными законами формирования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для организации скрытной радиосвязи, например для связи вертолетной группы спасения с пилотом самолета, сбитого над территорией противника.

Радиопередача с территории противника должна быть максимально скрытной, чтобы затруднить обнаружение сигнала и пеленгацию его источника.

Кроме этого, как правило, радиостанция, используемая для связи, должна быть портативной, простой и, по возможности, дешевой.

Как известно (Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, стр.8-9), максимальную энергетическую скрытность обеспечивают сложные фазоманипулированные сигналы (СФМнС). Однако для их эффективного приема на фоне узкополосных помех требуются сложные и дорогие помехоподавляющие устройства (блоки защиты), применение которых противоречит требованиям портативности и дешевизны.

Принципиально можно обеспечить высокие показатели скрытности передачи и помехоустойчивости приема путем перехода в оптический диапазон, как предложено в патенте РФ №2196388 "Способ построения беспроводной системы доступа к сетям связи". Однако для связи в оптическом диапазоне необходимы прямая видимость и высокая точность ориентирования передающих и приемных антенн, поэтому выполнение этих условий затруднительно, а зачастую вообще невозможно.

Наиболее близким к предлагаемому способу можно считать способ радиосвязи по стандарту IS-95 (CDMA-радиоинтерфейс), описанный в книге Громакова Ю.А. "Стандарты и системы подвижной радиосвязи". - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1998, стр.171-189, принятый за прототип.

Отвлекаясь от несущественных подробностей, на уровне типов сигналов, используемых в базовой и абонентской радиостанциях, способ-прототип можно охарактеризовать следующим образом.

Способ подвижной радиосвязи между базовой и абонентской станциями по стандарту IS-95 заключается в том, что по прямому каналу (от базовой станции) формируют, излучают и принимают сложный фазоманипулированный сигнал одной структуры, а по обратному каналу (от абонентской станции) формируют, излучают и принимают сложный фазоманипулированный сигнал другой структуры.

Способ радиосвязи по стандарту IS-95 оказывается эффективным только для коммерческой связи в отсутствие узкополосных помех, однако в условиях радиоэлектронной борьбы и даже при воздействии непреднамеренных помех обнаруживаются его существенные недостатки. Действительно, стандарт IS-95 не предусматривает применение специальных устройств защиты от узкополосных помех. Вследствие широкой полосы частот используемых сложных фазоманипулированных сигналов (1,25 МГц), в нее попадает множество узкополосных помех, поэтому отсутствие в приемниках помехоподавляющих устройств резко снижает их помехоустойчивость.

Оснащение абонентской станции блоком защиты от узкополосных помех не согласуется с требованиями ее портативности и дешевизны, однако может быть осуществлено в базовой станции, расположенной, например, на вертолете.

С другой стороны, к сигналу базовой станции обычно предъявляются менее жесткие требования по скрытности, в результате чего он может быть подобен сигналам типовых узкополосных радиостанций.

Задача, которую решает предлагаемое изобретение, - это повышение помехоустойчивости к узкополосным помехам при удовлетворении требований портативности абонентской станции и энергетической скрытности ее сигнала.

Для этого в способе подвижной радиосвязи между базовой и абонентской станциями, использующем сигналы с различными законами формирования, заключающемся в формировании, излучении и приеме по обратному каналу (от абонентской станции) сложного фазоманипулированного сигнала, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ по прямому каналу (от базовой станции) формируют, излучают и принимают узкополосный сигнал.

Предлагаемый способ реализуется в системе подвижной радиосвязи, приведенной на фиг.1, где обозначено:

I - базовая станция;

II - абонентская станция;

1 - передатчик узкополосного сигнала S₁ прямого канала (от базовой станции);

2 - приемник СФМнС S₂ обратного канала (от абонентской станции);

3 - приемник узкополосного сигнала S₁ прямого канала;

4 - передатчик СФМнС S₂ обратного канала.

Графические материалы, представленные в заявке:

Фиг.1 - блок-схема системы подвижной радиосвязи, реализующей предлагаемый способ.

Фиг.2 - функциональная схема системы подвижной радиосвязи - прототипа.

Фиг.3 - функциональная схема предлагаемой системы подвижной радиосвязи.

Функциональная схема системы подвижной радиосвязи, принятой за прототип и реализующей способ-прототип, приведена на рис.1.7. (Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, стр.16) и представлена на фиг.2, где обозначено:

I - базовая станция;

II - абонентская станция;

I¹-1 - передатчик СФМнС прямого канала;

I² - приемник СФМнС обратного канала;

II¹-18 - передатчик СФМнС обратного канала;

II² - приемник СФМнС прямого канала;

2 - блок декодирования приемника I²;

3 - демодулятор приемника I²;

4 - коррелятор приемника I²;

5 - генератор опорной частоты приемника I²;

6 - смеситель приемника I²;

7 - усилитель высокой частоты (УВЧ) приемника I²;

8 - блок согласования и развязки базовой станции I;

9 - приемопередающая антенна базовой станции I;

10 - приемопередающая антенна абонентской станции II;

11 - блок согласования и развязки абонентской станции II;

12 - усилитель высокой частоты (УВЧ) приемника II²;

13 - смеситель приемника II²;

14 - коррелятор приемника II²;

15 - демодулятор приемника II²;

16 - блок декодирования приемника II²;

17 - генератор опорной частоты приемника II².

Система подвижной радиосвязи - прототип между базовой I и абонентской II станциями состоит из передатчика I² и приемника II² СФМнС прямого канала (от базовой станции); передатчика II¹ и приемника I² СФМнС обратного канала (от абонентской станции).

Базовая станция I содержит передатчик СФМнС прямого канала I¹-1, выход которого через блок согласования и развязки 8 базовой станции I соединен с приемопередающей антенной 9 базовой станции I; приемник СФМнС обратного канала I², содержащий последовательно соединенные усилитель высокой частоты 7, смеситель 6, коррелятор 4, демодулятор 3 и блок декодирования 2, выход которого является выходом приемника обратного канала I², причем второй вход смесителя 6 соединен с выходом генератора опорной частоты 5, а выход блока согласования и развязки 8 базовой станции I соединен с входом усилителя высокой частоты 7, являющимся входом приемника обратного канала I².

Абонентская станция II содержит передатчик СФМнС обратного канала II¹-18, выход которого через блок согласования и развязки 11 абонентской станции II соединен с приемопередающей антенной 10 абонентской станции II; приемник СФМнС прямого канала II², содержащий последовательно соединенные усилитель высокой частоты 12, смеситель 13, коррелятор 14, демодулятор 15 и блок декодирования 16, выход которого является выходом приемника прямого канала II², причем второй вход смесителя 13 соединен с выходом генератора опорной частоты 17, а выход блока согласования и развязки 11 соединен с входом усилителя высокой частоты 12, являющимся входом приемника прямого канала II².

Работа системы подвижной радиосвязи, принятой за прототип, осуществляется следующим образом.

В передатчике I¹-1 прямого канала базовой станции I формируется сложный фазоманипулированный сигнал путем кодирования цифрового информационного сигнала с последующей манипуляцией по фазе двух квадратурных бинарных СФМнС с расширяющими спектр манипулирующими последовательностями, представляющими собой произведения одной из 64 функций Уолша и псевдослучайных последовательностей синфазного (ПСП-I) и квадратурного (ПСП-Q) каналов. Полученные квадратурные бинарные СФМнС складываются, образуя сигнал с 4-фазной манипуляцией (QPSK), который поступает через блок согласования и развязки 8 базовой станции I в антенну 9 и затем излучается в эфир.

В абонентской станции II этот сигнал принимается антенной 10 и через блок согласования и развязки 11 абонентской станции II поступает на вход усилителя высокой частоты 12 приемника прямого канала II². После переноса на промежуточную частоту в преобразователе, состоящем из генератора опорной частоты 17 и смесителя 13, в корреляторе 14 сигнал разделяется на две квадратурные составляющие, с которых снимаются соответствующие манипулирующие последовательности, в результате чего выделяется модулирующий информационный сигнал, который демодулируется в блоке 15 и, после декодирования в блоке 16, поступает на выход приемника прямого канала II².

В передатчике II¹-18 обратного канала абонентской станции II формируется СФМнС другой структуры путем кодирования входного информационного сигнала, который затем разбивается на группы из 6 символов (бит), после чего каждая группа заменяется одной из 64 функций Уолша. Полученный информационный сигнал сначала перемножается с длинной ПСП (2⁴²-1), а затем с псевдослучайными последовательностями синфазного (ПСП I-O) и квадратурного (ПСП Q-O) каналов. На основе полученных манипулирующих последовательностей формируются два квадратурных бинарных СФМнС, которые складываются, образуя сигнал с 4-фазной манипуляцией со сдвигом (O-QPSK), который поступает через блок согласования и развязки 11 в антенну 10 и излучается в эфир.

В базовой станции I этот сигнал, принятый антенной 9, проходит через блок 8 и поступает на вход усилителя высокой частоты 7 приемника обратного канала I². После преобразования частоты, осуществляемого блоками 5 и 6, СФМнС поступает в коррелятор 4, где разделяется на две квадратурные компоненты, с которых снимаются соответствующие манипулирующие ПСП. Полученный сигнал демодулируется в блоке 3 М-ичным (М=64) демодулятором и после декодера 2 поступает на выход приемника обратного канала I².

Таким образом, в системе подвижной радиосвязи по стандарту IS-95, принятой за прототип, как в прямом, так и в обратном каналах используются СФМнС, но с разными законами формирования. Действительно, в прямом канале инверсия бинарных квадратурных СФМнС-переносчиков осуществляется непосредственно информационным сигналом, а в обратном канале - предварительно преобразованным в М-ричный (М=64) информационным сигналом. Кроме того, в прямом канале используется сигнал с QPSK модуляцией, а в обратном - с O-QPSK модуляцией. Эта система предназначена для коммерческого применения и не рассчитана на работу в условиях воздействия узкополосных помех. За счет отсутствия блока защиты от узкополосных помех достигается портативность абонентской станции.

Функциональные схемы передатчиков и приемников, входящих в состав системы радиосвязи - прототипа, приведены на рис.14.12 стр.179, рис.14.13 стр.180, рис.14.15 стр.181 и рис.14.16 стр.182 книги Громакова Ю.А. "Стандарты и системы подвижной радиосвязи". - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1998.

Недостатком системы-прототипа является ее низкая помехоустойчивость по отношению к помехам от узкополосных радиостанций.

Для устранения этого недостатка при сохранении портативности и высокой скрытности работы абонентской станции в системе подвижной радиосвязи между базовой и абонентской станциями, использующей сигналы с различными законами формирования, в которой базовая станция содержит передатчик прямого канала (от базовой станции), выход которого через блок согласования и развязки базовой станции соединен с приемопередающей антенной базовой станции; приемник сложного фазоманипулированного сигнала (СФМнС) обратного канала (от абонентской станции), содержащий последовательно соединенные усилитель высокой частоты и смеситель, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, причем вход усилителя высокой частоты является входом приемника СФМнС обратного канала и соединен со вторым выходом блока согласования и развязки базовой станции, последовательно соединенные коррелятор, демодулятор и блок декодирования, выход которого является выходом приемника СФМнС обратного канала; абонентская станция содержит передатчик СФМнС обратного канала, выход которого через блок согласования и развязки абонентской станции соединен с приемопередающей антенной абонентской станции; приемник прямого канала, содержащий последовательно соединенные усилитель высокой частоты, смеситель, демодулятор и блок декодирования, выход которого является выходом приемника прямого канала, причем вход усилителя высокой частоты является входом приемника прямого канала и соединен со вторым выходом блока согласования и развязки абонентской станции, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ в базовой станции передатчик прямого канала является передатчиком узкополосного сигнала и содержит последовательно соединенные формирователь узкополосного сигнала, амплитудный модулятор и усилитель мощности, выход которого является выходом передатчика узкополосного сигнала прямого канала, причем второй вход амплитудного модулятора соединен с выходом генератора периодического модулирующего сигнала, а вход формирователя узкополосного сигнала является входом передатчика узкополосного сигнала прямого канала; в приемник СФМнС обратного канала введен блок защиты от узкополосных помех, вход которого соединен с выходом смесителя, а выход соединен с входом коррелятора; в абонентской станции приемник прямого канала является приемником узкополосного сигнала, в который введены генератор сетки опорных частот и коммутатор, m входов которого соединены с соответствующими m выходами генератора сетки опорных частот, а (m+1)-й вход является управляющим, причем выход коммутатора соединен со вторым входом смесителя.

Функциональная схема предлагаемой системы подвижной радиосвязи представлена на фиг.3, где обозначено:

I - базовая станция;

II - абонентская станция;

I¹ - передатчик узкополосного сигнала прямого канала;

I² - приемник СФМнС обратного канала;

II²-22 - передатчик СФМнС обратного канала;

II² - приемник узкополосного сигнала прямого канала;

1 - генератор периодического модулирующего сигнала;

2 - формирователь узкополосного сигнала;

3 - амплитудный модулятор;

4 - усилитель мощности;

5 - блок согласования и развязки базовой станции I;

6 - блок декодирования приемника I²;

7 - демодулятор приемника I²;

8 - коррелятор;

9 - блок защиты от узкополосных помех;

10 - смеситель приемника I²;

11 - усилитель высокой частоты (УВЧ) приемника I²;

12 - генератор опорной частоты;

13 - приемопередающая антенна базовой станции I;

14 - приемопередающая антенна абонентской станции II;

15 - блок согласования и развязки абонентской станции II;

16 - усилитель высокой частоты (УВЧ) приемника II²;

17 - смеситель приемника II²;

18 - демодулятор приемника II²;

19 - блок декодирования приемника II²;

20 - генератор сетки опорных частот;

21 - коммутатор.

Предлагаемая система подвижной радиосвязи между базовой I и абонентской II станциями состоит из передатчика I¹ и приемника II² узкополосного сигнала прямого канала (от базовой станции); передатчика II¹ и приемника I² сложного фазоманипулированного сигнала обратного канала (от абонентской станции).

В состав базовой станции I входят передатчик узкополосного сигнала прямого канала I¹, который содержит последовательно соединенные формирователь узкополосного сигнала 2, амплитудный модулятор 3 и усилитель мощности 4, выход которого является выходом передатчика прямого канала I¹ и, через блок согласования и развязки 5 базовой станции I, соединен с приемопередающей антенной 13 базовой станции I, причем второй вход амплитудного модулятора 3 соединен с выходом генератора периодического модулирующего сигнала 1, а вход формирователя узкополосного сигнала 2 является входом передатчика прямого канала I¹; приемник сложного фазоманипулированного сигнала обратного канала I², который содержит последовательно соединенные усилитель высокой частоты 11, смеситель 10, блок защиты от узкополосных помех 9, коррелятор 8, демодулятор 7 и блок декодирования 6, выход которого является выходом приемника обратного канала I², причем второй вход смесителя 10 соединен с выходом генератора опорной частоты 12, а вход усилителя высокой частоты 11 является входом приемника обратного канала I² и соединен со вторым выходом блока согласования и развязки 5 базовой станции I.

Абонентская станция II содержит передатчик сложного фазоманипулированного сигнала обратного канала II¹-22, выход которого через блок согласования и развязки 15 абонентской станции II соединен с приемопередающей антенной 14 абонентской станции II, при этом второй выход блока согласования и развязки 15 соединен с входом приемника узкополосного сигнала прямого канала II², содержащего последовательно соединенные усилитель высокой частоты 16, смеситель 17, демодулятор 18 и блок декодирования 19, выход которого является выходом приемника прямого канала II², причем второй вход смесителя 17 соединен с выходом коммутатора 21, m входов которого соединены с соответствующими m выходами генератора сетки опорных частот 20, а (m+1)-й вход коммутатора 21 является управляющим. Вход усилителя высокой частоты 16 является входом приемника узкополосного сигнала прямого канала II².

Работа предлагаемой системы подвижной радиосвязи, использующей сигналы с различными законами формирования, осуществляется следующим образом.

В передатчике I¹ базовой станции I (прямого канала) блок 2 формирует исходный узкополосный сигнал, который в амплитудном модуляторе 3 преобразуется в m аналогичных узкополосных сигналов, разнесенных по частоте. Периодический модулирующий сигнал вырабатывается генератором 1. Разнесение по частоте используется в данном случае для повышения помехоустойчивости по отношению к узкополосным помехам. Этот разнесенный по частоте сигнал усиливается в усилителе мощности 4 и, пройдя через блок 5, антенной 13 излучается в эфир. Блок согласования и развязки 5 служит для обеспечения совместной работы передатчика I¹ и приемника I² с одной антенной 13.

Далее этот узкополосный сигнал принимается антенной 14 абонентской станции II и, пройдя через блок 15 и усилитель высокой частоты 16, поступает на вход смесителя 17 приемника прямого канала II². Генератор сетки опорных частот 20 генерирует опорные синусоидальные колебания с частотами, соответствующими центральным частотам принимаемых узкополосных сигналов. На управляющий (m+1)-й вход коммутатора 21 подается команда на переключение частот с m выходов генератора 20, где m - число разнесенных по частоте передаваемых узкополосных сигналов. При этом на смеситель 17 через коммутатор 21 подается одно опорное колебание, соответствующее частотной составляющей входного сигнала с минимальным уровнем помех.

В результате получается типовой узкополосный приемник с выбором наилучшего (по отношению сигнал/помеха) сигнала. После демодулирования в блоке 18 сигнал декодируется в блоке 19 и далее поступает на выход приемника прямого канала II².

Таким образом, в прямом канале используется узкополосный сигнал, помехоустойчивость приема которого повышается за счет частотного разнесения.

Рассмотрим теперь обратный канал.

Сформированный сложный фазоманипулированный сигнал с выхода передатчика обратного канала II¹-22 абонентской станции II через блок согласования и развязки 15 поступает в антенну 14 абонентской станции II и излучается в эфир.

В базовой станции I этот СФМнС, принятый антенной 13, проходит через блок согласования и развязки 5 и поступает на вход усилителя высокой частоты 11 приемника обратного канала I². Усиленный сигнал переносится на промежуточную частоту блоками 10, 12. В тракт промежуточной частоты вводится блок защиты от узкополосных помех 9, повышающий помехоустойчивость приемника СФМнС. В корреляторе 8 с сигнала снимается манипулирующая псевдослучайная последовательность, он демодулируется в блоке 7 и после декодирования в блоке 6 поступает на выход приемника обратного канала I².

Итак, в обратном канале используется сложный фазоманипулированный сигнал, обеспечивающий повышенную скрытность передачи, помехоустойчивость приема которого достигается применением блока защиты от узкополосных помех.

В предлагаемой системе может осуществляться радиосвязь последовательно с несколькими абонентскими станциями на основе частотного разделения прямых каналов и кодового разделения обратных каналов.

Рассмотрим преимущества предлагаемой системы связи.

Во-первых, практическая реализация миниатюрного передатчика СФМнС не представляет трудностей. Действительно, сформировать СФМнС можно либо путем перемножения синусоидального колебания с манипулированной цифровым сигналом информации псевдослучайной последовательностью, либо путем перемножения с ПСП аналогового узкополосного сигнала (Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, стр.16-17). Эти операции легко реализуются в портативном устройстве.

Приемник СФМнС с блоком защиты от узкополосных помех значительно более сложен, чем передатчик, но он располагается в базовой станции, к которой не предъявляются требования портативности.

Во-вторых, в абонентскую станцию помещается узкополосный приемник, подавление которого непреднамеренной узкополосной помехой маловероятно. На случай постановки типовой узкополосной помехи в приемнике предусмотрен простой переход на прием своего сигнала на другой рабочей частоте путем использования разнесенной по частоте передачи. Простота приема обеспечивается неоптимальным использованием мощности принимаемого сигнала. Однако можно позволить повысить мощность передатчика, т.к. он расположен в базовой станции.

При излучении узкополосного сигнала с базовой станции можно повысить его мощность на входе абонентской станции и одновременно обеспечить пространственную скрытность, применив узконаправленную антенну. В абонентской станции такой возможности нет, поэтому в ней используется повышение энергетической скрытности.

Таким образом, в предлагаемой системе предусмотрены все меры по упрощению абонентской станции с обеспечением ее высокой помехозащищенности (скрытности и помехоустойчивости).

Система подвижной радиосвязи между базовой и абонентской станциями, использующая сигналы с различными законами формирования, в которой базовая станция содержит передатчик прямого канала (от базовой станции), выход которого через блок согласования и развязки базовой станции соединен с приемопередающей антенной базовой станции; приемник сложного фазоманипулированного сигнала (СФМнС) обратного канала (от абонентской станции), содержащий последовательно соединенные усилитель высокой частоты и смеситель, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, причем вход усилителя высокой частоты является входом приемника СФМнС обратного канала и соединен со вторым выходом блока согласования и развязки базовой станции, последовательно соединенные коррелятор, демодулятор и блок декодирования, выход которого является выходом приемника СФМнС обратного канала; абонентская станция содержит передатчик СФМнС обратного канала, выход которого через блок согласования и развязки абонентской станции соединен с приемопередающей антенной абонентской станции; приемник прямого канала, содержащий последовательно соединенные усилитель высокой частоты, смеситель, демодулятор и блок декодирования, выход которого является выходом приемника прямого канала, причем вход усилителя высокой частоты является входом приемника прямого канала и соединен со вторым выходом блока согласования и развязки абонентской станции, отличающаяся тем, что в базовой станции передатчик прямого канала является передатчиком узкополосного сигнала и содержит последовательно соединенные формирователь узкополосного сигнала, амплитудный модулятор и усилитель мощности, выход которого является выходом передатчика узкополосного сигнала прямого канала, причем второй вход амплитудного модулятора соединен с выходом генератора периодического модулирующего сигнала, а вход формирователя узкополосного сигнала является входом передатчика узкополосного сигнала прямого канала; в приемник СФМнС обратного канала введен блок защиты от узкополосных помех, вход которого соединен с выходом смесителя, а выход соединен с входом коррелятора; в абонентской станции приемник прямого канала является приемником узкополосного сигнала, в который введены генератор сетки опорных частот и коммутатор, m входов которого соединены соответствующими m выходами генератора сетки опорных частот, а (m+1)-й вход является управляющим, причем выход коммутатора соединен со вторым входом смесителя.