Дуплексна радіолінія зв’язку з цифровим сигналом

МПК*ТТ04В7/00 Дуплексна радіолінія зв'язку з цифровим сигналом Винахід відноситься до області радіозв'язку і може бути використаний у радіолініях зв'язку з цифровим сигналом для двохстороннього дуплексного радіозв'язку на одній загальній несучій частоті передачі та приймання. Відома дуплексна радіолінія зв'язку з богатоканальним сигналом /1,с. 13, мал.І.І/. Аналог має на кожному кінці радіолінії передавальну і приймальну антени, передавач з модулятором та приймач з демодулятором. При цьому передають сигнал на одній несучій частоті, а приймають сигнал з другого кінця радіолінії на іншій несучій частоті. Хибою аналога є те, що для передачі й приймання сигналів на кожному кінці радіолінії потрібно використовувати дві різні несучі частоти і не можна забезпечити дуплексний радіозв'язок на одній загальній частоті передачі і приймання. Як прототип обрана радіолінія зв'язку для радіоелектронного комплексу /2, с.19, мал. 1/. Прототип мас на кожному кінці радіолінії приймальну і передавальну антени, передавач, приймач та демодулятор (перетворювач прийнятого сигналу в вихідне повідомлення). У такій радіолінії сигнал в одному напрямку передають на одній несучій частоті, а в другому напрямку - на іншій. Це необхідно для того, щоб сигнали свого передавача не заважали приймати сигнали з другого кінця радіолінії. При цьому передають та приймають одноканальний цифровий радіосигнал у двійковому коді у вигляді радіоімпульсів (посилок) постійної тривалості т, які відповідають наявності випромінювання при передачі біта " І" і відсутності випромінювання при передачі біта "0". Недоліком прототипу с те, що для здійснення дуплексного радіозв'язку необхідно використовувати дві різні несучі частоти: одну для передачі сигналу, а іншу - для приймання сигналу з другого кінця радіолінії. Використати одну загальну несучу частоту звичайно не вдається, бо прямі сигнали свого передавача будуть заважати приймати сигнали з іншого кінця радіолінії. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення дуплексної радіолінії зв'язку з цифровим сигналом, у якій за рахунок використання схеми запирання приймача при передачі біта " 1" зі свого передавача і використання інтервалів відсутності випромінювання свого передавача для приймання інформації досягається можливість здійснення дуплексного радіозв'язку на одній загальній несучій частоті передачі та приймання. Поставлена задача вирішується тим, що в дуплексній радіолінії зв'язку з цифровим сигналом, що має на кожному кінці радіолінії приймально-передавальну антену, передавач цифрового сигналу в двійковому коді у вигляді радіоімпульсу (посилки) постійної тривалості т на високій несучій частоті при передачі біта "і" і посилки без випромінювання при передачі біта "0", приймач та демодулятор, згідно з винаходом приймачі на обох кінцях радіолінії виконані із однією і тією ж несучою частотою f і мають схему запирання прймача при передачі біта " 1" зі свого передавача; передавачі на обох кінцях радіолінії виконані у вигляді генератора безперервних синусоїдальних коливань однієї і тієї ж високої несучої частоти f та підсилювача потужності зі схемою відпирання цього підсилювача при передачі біта " 1"; до складу апаратури на першому кінці радіолінії додатково включен диференціючий пристрій відеоімпульсів передаваного вихідного сигналу з діодною схемою розділення позитивних та від'ємних гострокінцевих відеоімпульсів на виході цього пристрою, а на другому кінці радіолінії ввімкнено диференціючий пристрій відеоімпульсів з виходу амплітудного детектора приймача з такою ж діодною схемою розділення гострокінцевих відеоімпульсів; на кожному кінці радіолінії додатково встановлені чекаючі генератори гострокінцевих відеоімпульсів з періодом повторення х, вхід запуску яких зв'язаний з діодом від'ємних імпульсів діодної схеми, а вхід зриву коливань - з діодом позитивних імпульсів цієї схеми; на виході кожного такого генератора встановлений другий чекаючий генератор прямокутних відеоімпульсів тривалістю %; до складу апаратури на другому кінці радіолінії включений запам'ятовуючий пристрій передаваної цифрової інформації, вхід запуску зчитування якого зв'язаний з виходом генератора гострокінцевих відеоімпульсів; на виходах амплітудного детектора прймача першого кінця радіолінії і генератора прямокутних відеоімпульсів встановлена схема збігу, а виходи цього генератора та цієї схеми зв'язані з двома входами демодулятора; на виходах запам'ятуючого пристрою і генератора прямокутних відеоімпульсів встановлена схема збігу, вихід якої зв'язаний зі схемами відкривання передавача і запірання прймача другого кінця радіолінії, а вихід амплітудного детектора цього прймача зв'язаний з демодулятором. При цьому зчитування передаваної інформації з запам'ятовуючого пристрою на другому кінці радіолінії здійснюють послідовно по одному біту синхронно з імпульсами запуску чекаючего генератора прямокутних відеоімпульсів у вигляді відеоімпульса тривалості т при зчитуванні біта "1" і відсутності сигналу при зчитуванні біта "0". Вважається, що передавана цифрова інформація заздалегідь занесена у цей запам'ятовуючий пристрій. Використанням у запропонованому пристрої схем запирання прймача при передачі біта "1" зі свого передавача і використання інтервалів відсутності випромінювання свого передавача для приймання інформації досягаєгься можливість здійснення дуплексного радіозв'язку на одній загальній несучій частоті передачі та приймання, що у два рази економить частотний ресурс радіолінії. Технічна суть і принцип дії запропонованного пристрою поясняюються фігЛ, 2, 3. На фіг.1 представлена спрощена структурна схема приймально-передавальної апаратури на першому кінці радіолінії, а на фіг.2 -структурна схема апаратури на другому кінці радіолінії. На фіг.З показані спрощені епюри сигналів у схемах радіолінії. До складу пристрію на фіг. І входять такі основні елементи : приймально-передавальна антена І; генератор 2 безперервних синусоїдальних коливань високої несучої частоти ї передавачів; керований підсилювач потужності 3 передавача; прймач 4, настроєний на частоту і; схема 5 відкривання підсилювача потужності 3 передавача при передачі біта ** 1 *' (в інших випадках цей підсилювач запертий); схема 6 запірання прймача 4 при передачі біта *' 1" зі свого передавача (в інших випадках цей приймач відкритий); діфериціюючий пристрій 7 відеоімпульсів сигнала передаваного сигналу на першому кінці радіолінії (сигнал на виході цього пристрою являє собою короткі гострокінцеві відеоімпульси позитивної полярності на передньому фронті посилки передаваного сигналу і від'ємної полярності на задньому фронті); діодна схема на діодах 8, 9 для розділення від'ємних та позитивних гострокінцевих відеоімпульсів з виходу диференціюючого пристрою 7; чекаючий генератор 10 періодичних гострокінцевих відеоімпульсів з періодом повторення х (цей генератор запускается від'ємним імпульсом діодноп схеми з одного входу і зриває коливання при надходженні позитивного імпульсу діодної схеми з другого входу); чекаючий генератор 11 прямокутних відеоімпульсів тривалістю х (цей генератор запчекаєтея госфокІнцевими відеоімпульсами з виходу генераюра 10); амплітудний детектор 12 прймача 4; схема збігу 13 (ця схема пропускає відеоімпульс на вихід тільки в разі одночасної присутності на двох її входа х прямокутних відеоімпульсів); демодулятор 14 (цей демодулягор видає біт "1" при одночасній наявності на двох його входах прямокутних відеоімпульсів, видає біт "0" при намнносіі відеоімпульса тільки на одному його вході і нічого не видас при відсутності сигналів на обидвох його входах). До складу пристрою на фіг.2 входять такі основні елементи : приймально-иередавальна антена 15; гсиераюр 16 безперервних синусоїдальних коливань високої несучої частоти Г передавачів; керований підсилювач потужності 17 передавача; прймач 18, настроєний на частоту f; схема 19 відкривання підсилювача потужності 17 передавача при передачі біта " 1" (в інших випадках цей підсилювач запертий); схема 20 запирання приймача 18 при передачі біта "1" зі свого передавача (в інших випадках цей прймач відкритий); амплітудний детектор 21 прймача 18; демодулятор 22 на виході амплітудного детектора 21 прймача 18 (цей демодулятор видає біт "1" при наявності на його вході відеоімпульса тривалістю х і видає біт "0м за відсутності сигналу протягом посилки х); діференціюючий пристрій 23 прямокутних відеоімпульсів з виходу амплітудного детектора прймача на другому кінці радіолінії з діодною схемою на діодах 24 5 25 для розділення від'ємних і позитивних гострокінцевих відеоімпульсів; чекаючий генератор 26 періодичних гострокінцевих відеоімпульсів з періодом повторення х (цей генератор запускається від'ємним імпульсом діодної схеми на діодах 24, 25 з одного входу і зриває коливання при надходженні позитивного імпульса діодної схеми з другого входу); чекаючий генератор 27 прямокутних відеоімпульсів тривалістю х (цей генератор запускается гострокінцевими відеоімпульсами з виходу генератора 26); запам'ятовуючий пристрій 28 на другому кінці радіолінії (у цей пристрій заздалегідь записують інформацію, призначену для передачі на перший кінець радіолінії); схема збігу 29 (ця схема пропускає відеоімпульс на вихід тільки в разі одночасної присутності на двох її входа х прямокутних відеоімпульсів). Нижче пояснюється принцип дії запропонованого пристрою та обґрунтовуються його істотні відмітні ознаки. Для забезпечення дуплексного радіозв'язку на одній несучій частоті передачі і приймання передають біти " 1" і "0" з другого кінця радіолінії синхронно з передаваним з першего кінця радіолінії сигналом в моменти передачі із першого кінця бітів "0". Крім того, на обох кінцях радіолінії замикають свій прймач при передачі своїм передавачем біта "Iй. Таке технічне розв'язання дозволяє використати для передачі і приймання на кожному кінці радіолінії одну й ту ж загальну несучу частоту f, що вдвічі економить частотний ресурс радіолінії та дозволяє використати однотипні передавачі, прймачі і антени. Це дозволяє здійснити дуплексний радіозв'язок на одній загальній несучій частоті, але швидкість передачі інформації з другого кінця радіолінії на перший буде вдвічі нижчою, ніж в зворотному напрямі. Принцип передачі і демодуляції інформації у запропонованому пристрої пояснюється епюрами сигналів, показаних на фіг.З. Для прикладу вважається, що з першого кінця радіолінії на другий передають цифровий сигнал 1010110010110101..., а у зворотному напрямі передають сигнал 1010101... Цей приклад, зрозуміло, не накладає ніяких обмежень на цифрові сигнали і вони можуть бути будь-якими. Повідомлення з першого кінця радіоліній" на другий передають за допомогою посилок однакової тривалості х, при цьому біту " 1" відповідає прямокутний радіоімпульс тривалості х на несучій частоті f, а біту "0" віповідає відсутність сигналу протягом такого ж інтервалу часу. При передачі біта " 1" вхід прймача запирають і він не приймає сигнали свого передавача. Повідомлення з другого кінця радіолінії на перший також передають посилками тривалості х синхронно з сигналом з першого кінця радіолінії. При цьому біти " 1" або "0м передають в інтервали передачі з першого кінця радіолінії біта "0". Прймач на другому кінці радіолінії також запирають на час передачі біта "Г" своїм передавачем. При передачі біта "і " з другого кінця радіолінії випромінюють радіоімпульс тривалості х на несучій частоті f, a при передачі біта "0" нічого не випромінюють протягом такого ж інтервалу часу. При цьому тривалість посилки х значно більша від часу розповсюдження радіохвиль на трасі. Епюра радіосигналу, що передасться з першого кінця радіолінії на друіий, показана, на фіг.За, а радіосигнал з другого кінця радіолінії показаний на фіг.^б. Сигнал, що приймається, на другому кінці радіолінії підсилюють прймачем 18 (сигналів свого передавача цей приймач не приймає), детектують амплітудним детектором 21 і демодулюють демодулятором 22. Демодулятор 22 видає на вихід біт "1", коли на його вході є відеоімпульс тривалості х, і видає біт "0**, коли імпульс відсутній. Конструкція такого демодулятора відома і він не відрізняється від демодулятора прототипу. Епюра сигналу на виході демодулятора 22 зображена на фіг.4з, де також позначені біти "1" і "0" інформації, передаваної на другий кінець радіолінії. На першому кінці радіолінії вихідний передаваний цифровий сигнал у вигляді прямокутних відеоімпульсів тривалістю х при передачі біта " 1" використовують для запирання свого прймача і відкривання підсилювача потужності свого передавача. Це завдання виконують схеми 5, 6, конструкція яких відома. Крім того, цей сигнал диференціруюють диференціюючим пристроєм 7. На виході цього пристрою буде сигнал у вигляді коротких гострокінцевих відеоімпульсів позитивних на передньому фронті вихідного відеоімпульсу і від'ємних на його задньому фронті. Ці гострокінцеві відеоімпульси різної полярності розділяють діодною схемою з протилежно включених діодів 8, 9 і використовують далі при демодуляції сигналу, що приходить з другого кінця радіолінії. Епюри гострокінцевих відеоімпульсів на виході диференціюючого пристрою показані на фіг.Зв. Інтервал відсутності випромінювання першого передавача є кратним тривалості посилки х і може містити в собі одну або декілька посилок. За цей інтервал необхідно передати з другого кінця радіолінії стільки бітів інформації, якою с тривалість цього інтервалу (у відрізках х). Для цього диференцірують диференціючим прнстріем 23 сигнал з виходу амплітудного детектора 21 другого прймача та виділяють інтервал відсутності випрюмінювання першого передавача. На початку цього інтервалу йде від'ємний гострокінцевий відеоімпульс, а в кінці позитивний. Гострокінцеві імпульси на виході диференціюючого пристрою 23 показані на фіг.Зв. Позитивні і від'ємні імпульси розділяють діодною схемою на діодах 24, 25. Пропонуєтся розбити інтервал відсутності випромінювання першого передавача на посилки тривалістю х за допомогою чекаючого генератора 26 коротких гострокінцевих періодичних відеоімпульсів з періодом проходження х. На два входи запуску цього генератора подають гострокінцеві імпульси з діодної схеми на діодах 24,25. Від'ємний імпульс запускає генератор 26, а позитивний імпульс зриває коливання генератора до приходу слідуючого від'ємного імпульсу запуску. Гострокінцеві імпульси на виході чекаючого генератора показані на фіг.Зг. Ці імпульси використовують для запуску чекаючого генератора 27 прямокутних відеоімпульсів тривалістю х, а сигнал на виході чекаючого генератора показаний на фіг.Зд. На другому кінці радіолінії інформацію, призначену для передачі на перший кінець, тримають у запам'ятовуючому пристрої 28 і заздалегідь записують її туди. Зчитування інформації з запам'ятовуючого пристрою 28 здіснюють послідовно по одному біту синхронно з імпульсами запуску чекаючого генератора відеоімпульсів 27. При цьому запам'ятовуючий пристрій 28 видає прямокутний відеоімпульс тривалості х при зчитуванні біта " 1" і нічого не видає при зчитуванні біта "0м . Вихідні відеоімпульси із запам'ятовуючого пристрою 28 і з чекаючого генератора 27 подають на схему збігу 29, що пропускає відеоімпульс на вихід тільки при одночасній наявності відеоімпульсів на двох її входах. Відеоімпульси на виході схеми збігу 29 показані на фіг.Зе. Ці відеоімпульси використовують для відкривання другого передавача та запирання другого прймача за допомогою схем 19, 20. Прймач 4 на першому кінці радіолінії приймає радіоімпульси тривалістю х з другого кінця радіолінії і кожний такий імпульс відповідає 6irv " І". а ііперііал між ними кратішь* tl Тільки за цими імпульсами демодулювати сигнал не можна, оскільки невідомо, скільки бітів "0" міститься між імпульсами прийнятого сигналу (їх може бути від нуля і більше). Демодуляцію сигналу на першому кінці радіолінії можна здійснити шляхом сумісного аналізу передаваного сигналу та сигналу, що приймається. Такий аналіз проводять за допомогою диференціюючого пристрою 7, діодної схеми розділення імпульсів на діодах 8,9, чекаючого генератора 10 гострокінцевих періодичних відеоімпульсів, чекаючого генератора 11 прямокутних відеоімпульсов, схеми збігу 13 та демодулятора 14. Чекаючі генератори 10, 11 працюють так само, як генератори 26, 27 на другому кінці радіолінії, а їх імпульси показані на егаорах фіг.Зг, д. На два входи схеми збігу 13 подають відеоімпульси тривалості х з чекаючого генератора 11 і з виходу амплітудного детектора 12 першого прймача, а ця схема пропускає відеоімпульс на вихід тільки при одночасній наявності імпульсів на двох її входах. Епюра сигналу на виході схеми збігу 13 показана на фіг.Зе. На два входи демодулятора 14 надходять відеоімпульси з чекаючого генератора 11 і із виходу схеми збігу 13. Демодулятор 14 видає біт " 1" при наявності обох відеоімпульсів на його входах, видає біт "0" при наявності тільки відеоімпульса чекаючого генератора 11 і нічого не видає, коли відеоімпульси на обох його входах відсутні. Епюра сигналу на виході демодулятора 14 подана на фіг.Зж. Для розрізнення інтервалів, в які надходять біти інформації, від інтервалів, в які нічого не поступає, біти "1" з виходу демодулятора 14 видають у вигляді позитивних прямокутних відеоімпульсів тривалістю х, а біти "0" видають у вигляді від'ємних відеоімпульсов такої ж тривалості. Диференціюючі пристрої, діодні схеми розділення імпульсів, чекаючі генератори гострокінцевих та прямокутних відеоімпульсів і схеми збігу, а також схеми запирання приймачів і відкривання підсилювачів потужності передавачів необхідні для реалізації дуплексного цифрового радіозв'язку на одній несучій частоті, а також для демодуляції сигналу, що приймається, на першому кінці радіолінії. Таким чином, запропонований пристрій може бути практично реалізований, забезпечує досягнення позитивного ефекту, а відмічені вище відмітні признаки є істотними і принципово необхідними для його реалізації. Основні елементи запропонованого пристію на фіг. 1, 2 виконані таким чином. Приймально-передавальні антени 1, 15 однакові і працюють на одній і тій же частоті передачі та приймання. Прймачі 4, 18 однакові, настроєні на одну й ту ж частоту f і можуть бути виконані у вигляді супергетеродинних приймачів з амплітудними детекторами 12, 21. При передачі біта " 1" зі свого передавача ці приймачі запирають схемами запирання 6, 20. Передавачі виконані у вигляді генераторів 2,16 безперервних синусоїдальних коливань високої частоти f і керованих підсилювачей потужності 3, 17, що відкриваються при передачі бітів "1" за допомогою схем відкривання 5, 19. Диференціюючі пристрої 7, 23, діодні схеми розділення імпульсів на діодах 8, 9, 24, 25, чекаючі генератори гострокінцевих 10, 26 та прямокутних 11, 27 відеоімпульсів і схеми збігу 13, 29 мають відому конструкцію і легко можуть бути реалізовані на сучасній елементній базі. Демодулятор 22 на другому кінці радіолінії мас відому конструкцію і не відрізняється від демодулятора прототипу. Демодулятор 14 на першому кінці радіолінії може бути реалізований у вигляді простої мікросхеми. Запам'ятовуючий пристрій 28 має відому конструкцію. х 'І Робота запропонованого пристрою відбувається таким чином. У запам'ятовуючий пристрій 28 записують цифрову інформацію, призначену для передачі на перший кінець радіолінії. З першого кінця радіолінії передають цифровий сигнал у вигляді посилок однакової тривалості х, що відповідають наявності випрямінювання при передачі біта "і" і відсутності випрямінювання пда передачі біта "0". При цьом? при передачі бііа "і" свій арймач запирають. Ці сигнали приймають на другому конці радіолінії і демодулюють демодулятором 22. Сигнали з другого кінця радіолінії передають синхронно з сигналом з першого кінця радіолінії. При цьому біти інформації "1" або "0" передають з другого кінця радіолінії в інтервали передачі бітів "0" з першого кінця. При передачі біта " 1" свій прймач запирають і випромінюють радіоімпульс тривалості т, а при передачі біта "0" нічого не випромінюють. Сигнал з другого кінці радіолінії приймають на першому кінцю і демодулюють за допомогою демодулятора 14 шляхом сумісного аналізу сигналів, що приймаються, та передаваних сигналів. Таким чином, запропонований пристрій може бути практично реалізований, усуває відзначені недоліки аналога та прототипу і забезпечує дуплексний радіозв'язок на одній загальній частоті передачі та приймання. Джерела інформації 1. Чердинцев В. А. Радиотехнические системы: Учеб. пособие для вузов.-Мн.: Высш.шк., І988. 2. Нефедов Е.И. Радиоэлектроника наших дней. -М. : Наука, 1986, с. 19, рис. 1,( прототип ). Дуплексна радіолінія з'вязку з цифровим сигналом Прий\сальію-передавальиа аптепа 1 Приймач частоти f Генератор частоти f передавача 4 0 ї Керований підсилювач потужності передавача З І Схема відкривання підсилювача погужності 5 Схема запирання приймача 6 Діференцітоточе лрнсгріЙ Передаваний цифровий сигнал t екаюч ий ге не рато р гострокі нцев их пе ріод ич них відеоімпульсів 10 Чекаючий генератор прямокутних відеоімпульсів 11 Амплітудний детектор Схема збігу 12 1 13 ФІГ.1 Демодулятор 14 Цифровий сигнал, що приймається Автори: Бахвалов Б.М. Костенко Л.В. З Дуплексна радіолінія зв'язку з цифровим сигналом і Приймально-передавальна антена 15 Керований підсилювач потужності передавача 17 Генератор частоти Ґ передавача 1 6 І Схема відкривання підсилювача потужності 19 І Схема запирання приймача 20 Демодулятор -чт Амплітудний детектор 22 Передаваний цифровий сні нал 28 18 т Цифровий сигнал., що приймається Замам'яіовуючий пристрій Приймач частоти f 21 Схема збіга 29 Чекаючий генераіор прямокутних відеоімпульсів 21 Фіг .2 І Діференціююче нрисірііі 23 Чекаючий генератор гострокінцевих пері о ДИЧНИУ відеоілтпульсів 26 Автори; Бахвалов Б.М. Костенко Л.В. fo