CN1011462B - 大容量信道上数字信号群的传输 - Google Patents

大容量信道上数字信号群的传输

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Abstract

为了在卫星传输信道上以二进制单元或逐位比特形式实时传送数字信号，可以同时传送两个多路传输，多路传输的带宽为两个正交载波信道带宽的一半，用两个载波上的移位符号进行四相式调制；接收时，从两个二进制单元中分离出一个单元，对一个多路传输进行频率解调、相位差动解调或者相位相干解调。这种信号的接收机除包括D2-MAC/PAQU-ETS的接收元件外，有一个专用装置，这种专用装置是可换接的，以便用属于该接收机的一个双二进制解调器来替换。

Description

本发明涉及在一条大容量信道上数字信号的实时传输，对于在有卫星直接传输特点的信道上以12千兆赫的载频和每秒20兆比特的数字信号流量进行传输，本发明有十分重要的应用价值。
陆上电缆网的传输频带大约只有14兆赫，而卫星信道的则为27兆赫，因而，尽管实时瞬时多路传输能在电缆网上传送，而且还能在各种传输信道上用同一设备接收，但终究不能充分利用卫星传输信道的容量。
我们还知道，欧洲将进行卫星电视广播，采用的是625行扫描的MAC/PAQUETS系统。该系统的基础是用模拟方式加上瞬时压缩按顺序传送光信号和色信号，对声音与数据则采用信号群多路传输。在MAC/PAQUETS系统的不同型号中，D2-MAC/PAQUETS为传送数字信号，采用双二进制调制，传输频带与陆上通信网的传输频带相兼容;C-MAC/PAQUETS则在频带甚宽的情况下采用所谓PSK2-4编码。
关于D2-MAC/PAQUETS的情况，可参阅法国专利8408727号申请说明。
本发明旨在提供一种传输方法，藉以充分利用卫星传输信道的容量接收D2实时多路传输，这时，只要在D2-MAC/PAQUETS的接收机上增加有限的辅助装置，而D2-PAQUETS能在陆上信网 进行传输的优点又保持不变。
为此目的，本发明特别提出一种方法，用二进制单元或逐位比特的形式在卫星传输信道上实时传输数字信号，这种方法的特征在于，同时传送两个多路传输，它们的带宽是两个正交载波的信道带宽之半，利用两个载波上的移位符号进行四相式调制;其特征还在于，接收时对两个多路传输之一采用频率解调（可以是相位差动解调，也可是相位相干解调），从两个二进制单元中分离出一个单元。
最好每个多路传输在发送时采用一种把状态调制转换为状态间过渡调制的预编码，以便接收时采用频率解调或差动解调，并避免在进行相干解调时出现相位模糊。该预编码可独立地在每个正交载波上工作，也可在正交载波之间工作，若要采用鉴频解调或相位差动解调，这可能是最好的办法。
本发明还提出一种接收机，用以恢复两个多路传输之一的信号，该接收机除包括D2-MAC/PAQUETS的接收元件外，还有一套专门的换向装置，能利用属于接收机的双二进制解调器起替换作用，该装置有一个频率为每个通道的二进制单元的频率的二倍的计时恢复电路，还有一个计数器，它从两个二进制单元中选出一个单元，可以启动以便从两个多路传输中选择与D2-MAC/PAQUETS译码电路相通的多路传输。
下述实施例（并非仅此而已）有助于加深对本发明的理解。附图情况如下：
-图1是发射调制器方块图，发射调制器提供一个已按MDP2-4调制的载波，在载波的两个正交分量1与0上传送两个D2-PAQUETS多路传输。
-图2是一种调制器的方块图，该调制器是图1中调制器的变型，在残留边带VSB上工作。
-图3是频率解调设备原理的方块图，频率解调设备辅助D2-MAC/PAQUETS普通接收机，利用频率解调接收一个实时多路传输。
-图4和图5类似于图3，也是用于单独接收，分别采用差动解调和相干解调。
-图6类似于图3至图5，采用相干解调，但用于集体接收。
-图7是上述三类调制的性能比较图。
图1所示调制器是装在卫星信道用的发射机上的，该调制器要提供一个已按PSK2-4进行实时调制的载波，该载波传送两个D2-PAQUETS多路传输，接收时，可通过从两个二进制单元提取一个单元而把两个多路传输分开，也就是在ISO标准规约的初始阶段使二者分开。应当注意的是，在不影响D2-MAC/PAQUETS中信号分布（有关情况见前面提到的法国8408727号专利申请）的条件下，D2-PAQUETS一语只适用于构成用来调制载波的信号群。
两个多路传输按同一方式组装：提供待传输的信息的信号源S同按群组合的两个一般电路10连通。信号群输往各个瞬时倍频器12，倍频器12的输出由公用调制时钟14控制（在卫星信道上传输时频率为10，125兆赫），这时，一个二进制单元占用的时间T为（1/10，125.10）-6秒。
信道之一称作信道A，提供的是偶二进单元a2k，另一信道B提供奇二进单元a2k+1，后者与a2k相互交替。
第一步是预编码，以备接收时频率解调或相位差动解调之用。图 1中，这种预编码是要把a单元的状态调制转变为相位状态间过渡调制。预编码工作可在载波1和0之间进行，但只要是采用相干调制，也可在每个载波上单独做预编码。与鉴频或相位差动解调相比，相干解调所需设备更为复杂。
下面，假设倍频器12同时提供二进制单元α2k和α2k+1。信道A有一个加法器16A。通到该加法器上的既有α2k，也有经过提供时间延迟T的元件18而过来的信道B的加法器16B的输出。
如果α2k+1表示同一瞬间18B的输出，这时18A的输出α2k则为：
α2k＝a2k α2k-1（1）
加法器16B接收a2k+1和α2k输出，即：
α2k+1＝a2k+1
Figure 86105925_IMG3
α2k（2）
加法器16A直接触发对称的不归零/归零变频器20A，该变频器可以是已知型号中任何之一种。加法器16B则触发对称的不归零/归零变频器20B，但是应通过倒向器22和提供时间延迟T/2的元件24予以触发，以便提供相位移，使符号交替地对载波发生作用。
就本义而言的调制，以通常方式进行：振荡器26提供的10，125兆赫的载波C，与信道A的调制器28A直接相通，而与信道B的调制器28的连接，则要经过移相器30（提供的相移等于π/2）。另外，载波的两个调制分量1和0，在加法器32中组合，加法器32与普通发射电路（未示出）连通。
我们在下表中看到，电路使二进制单元a转为相位状态过渡△4：
α2kα2k-1△φ a2k+1α2k△φ
0    1    +π/2    0    1    -π/2
0    0    -π/2    0    0    +π/2
1    1    -π/2    1    1    +π/2
1    0    +π/2    1    0    -π/2
可写成：
[2（α2k+1+α2k）-1]π/2＝（2.a2k+1-1）π/2 （偶跃度）（3）
[2（α2k+α2k-1）-1]π/2＝（2.a2k-1）π/2 （奇跃度）（4）
图2所示的变型实施例，采用残留边带过滤法进行PSK2-4调制，比图1的情况更为简单一些，但要用一台20.25兆赫的时钟。图2中凡与图1相应的元件，均标以同样的参考号码，各个瞬时倍频器12，通过一个分频器35，同时接收一个频率为时钟34频率之半的时基信号。时钟的频率，直接传到一台转接器36上，转接器把两个信道上的二进制单元轮番地送至加法器38。该加法器和一个输出后的延时闭合元件，组成预编码电路。来自加法器38的信号，也通往一个整形与对称化电路42，这个电路的作用与图1中不归零/归零电路的作用相似。最后，电路42输出的符号被送往调制器44，调制器44也接收产生频率f1的频率发生器的输出。已调载频通往一个残留边带滤波器48，后者的中心频率f0与f1的关系如下：
f1＝f0-2/T
滤波器48的带宽应达到使频率f1的大部份被清除的程度。
图2的布局，在结构上与FR-A-2428345号文件所介绍的 调制器有一脉相承。
现在介绍一下各种可采用的接收机，先介绍单独接收机。在所有的情况下，接收机都包含D2MAC-PAQUETS接收机的一些元件，还配有一套用于信号解调的专用装置。要根据期望达到的性能和价格的可接受性来从多种方法中选定一种，为这台专用设备所用。
图3表示一种接收机，其专用装置50接收来自任何一种普通型号的频率解调器52的信号。
专用装置50有一个低通滤波器54。该输入滤波器54与选择多路传输的换接器56连通，目的是从两个二进制单元中把一个单元送往放大-比较器58，以确保分离多路传输。计时恢复电路62和一比二分频器60规定两个多路传输各自信号的视在频率，在这个频率上，换接器56就闭合。分频器的启动，靠入口64帮助，任务是从两个多路传输中选出一个。
于是，在专用装置50的输出端，可得到数据信号D1和10，125兆赫的时钟信号H1。有一个换接器（图上未示）来补充专用装置，把D1和H1或普通的D2MAC-PAQUETS双二进制解调器66输出的D2和H2送往输入口D0和H0，D0和H0是D2MAC-PAQUETS接收机标准电路中一个装置的输入端，该装置可视为包括：对每帧625行进行同步、解密和识别的电路68、对信号群进行同步和多路输出选择的电路70以及对声音与数据信号进行译码工作並提供复原输出信号74的电路72。电路68上，有一个手动换接器（未示出）可规定分频器60的选择顺序。
图4介绍一个单独接收机的变型实施例，但用的是差动解调，图中仅标出专用装置76和电路68、70和72。专用装置76包括 一个输入带通滤波器78，其通带集中在接收机的中频F1上。差动解调器包括一个混频器80，混频器直接地並通过产生时间延迟T/2的元件82接收滤波器78的输出。输出的信号通往低通滤波器84。专用装置76的其他元件与图3中元件一样时，均以同样的参考号码标出。
可以看出，图4中装置与图3中装置的基本区别，就是增加了每秒20.25兆比特的差动解调器。
图5中，凡与叙述过的元件相应的元件，均以相同的参考号码标出，该图所介绍的变型实施例采用相干解调。这种办法得到的性能极好，但它所要求的专用装置86最为复杂。
图5所示的装置，包括一个输入混频器88，用于让（来自未标出的普通级的）第一中频通过，还有一个本机受控振荡器，让第二中频通过。第二中频被带通滤波器92分离出来，此滤波器集中于第二中频。滤波器92输出的信号通往：
-载波恢复电路94，恢复电路94借助于辅助采集信号的电路96来控制振荡器90;
-混频器98，混频器98也接收电路94所恢复的载波。
混频器98的输出信号通往负责恢复有益信号的低通滤波器100。计时恢复以及对要接收的多路传输的选择，都是按图3和图4所叙述的方式进行。不过，解调器是相干式的，它包含一个加法器102，加法器从输入端直接接收来自滤波器100的输出信号，同时也通过元件104接收延时T/2到达的上述信号（如延迟线）。电路的其余部分在结构上与图3和图4所示的相同。
可见，无论采用接收机的哪种实施方式，只有计时恢复电路的工 作频率为20.25兆赫。其余的均在每秒10，125兆比特的条件下工作。我们看到，只要把两个D2-PAQUETS的多路传输一比特一比特地交叉开，就能保持D2的长处，而只要用一个20.25兆赫的受控振荡器代替10，125兆赫的振荡器，就能获得与C-PAQUETS系统相同的容量。另外，在各种情况下，D2MAC-PAQUETS接收机所增加的专用装置，只是一张並不复杂的布局图和一台换接机，而这台换接机却能从普通的D2MAC-PAQUETS接收变成接收一个卫星信道上实时发出的多路传输。
单独接收机的上述三种解调方式，也可移植用到集体接收机上。为简便起见，下面只叙述相干解调集体接收机。凡与图5所示元件对应的元件，均以相同参考号标出。
集体接收机应能在两个不同的输出端提供传输线路上的两个多路传输。图6所示接收机的前部106，与图5所示的结构相同，但解调器有两个取样器56和108，它们分别通过分频器60的输出和一个倒向器110所提供的该输出的补充来加以控制。
第一取样器56直接触发加法器112两个输入端中的一个端，另一个输入端通过延时元件114与另一个取样器的输出端连接，延时元件114提供的延时等于T/2。另一个加法器116与第一个加法器对称安装，它既接收取样器108的输出信号，也接收被第二个延时元件118滞留了T/2时间的取样器56所输出的信号。加法器112和116各自触发单独接收器的一条信息供应线，每条供应线包括一个双二进制编码器120和一个放大-调制器122。每条供应线都构成D2-PAQUETS的一条7兆赫的信道。
图3至图5所示的解调器，性能上彼此略有不同，因此，要根据 预期取得的结果与能够接受的价格选用其中之一种。图7所显示的，是在27兆赫频带上根据信噪比以误差率表现出来的性能变化情况。
曲线Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，分别代表限频-鉴频式频率解调器、差动式解调器和相干式解调器的情况。

Claims (6)

1、一种在一个卫星电视广播频道上直接地、时刻不停地发射一个数字信号的方法，其特征在于下列步骤：
(1)形成二个相互独立复合数字信号，每个信号都由一串比特组成并且都需要上述广播频道的预定带宽(例如27MHz)的大约一半带宽(比方说14MHz)，这里的两个复合信号的比特率相同，
(2)用上述的二个复合信号经比特对比特交插后对一个载波进行调制，
(3)用频率解调，相位差动解调或相位相干解调的方式对上述的复合信号解调。
(4)通过从交插的比特位中分离出各自相关的比特位，从而恢复出所述的复合信号中被选中的那个信号。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于，每个上述的复合数字信号在发送时采用一种把状态调制转换为状态间过渡调制的预编码，以便接收时能采用频率解调或相位差动解调，并避免在进行相位相干解调时出现相位模糊。
3、根据权利要求2的方法，其特征在于，上述的编码在二个正交载波之间进行，以便进行频率解调或相位差动解调。
4、一种广播系统，
一个发射机，该发射机在具有足以按D2-MAC/PACKEF制式进行广播的预定带宽的广播信道上发射一路电视节目，
一个包含用来接收D2  MAC/PACKEF制电视节目的电路的接收机，该接收机包括一个双二进制解码电路和用于进行信息包分离和半音数据解码的电路，
其特征在于上述的发射机包括：
每时每刻都在产生两个相互独立的待复合数字信号的装置，这两个待复合的数字信号中的每一个都由一连串比特位组成并且每个都需要大约是上述的广播信道的预定带宽的一半的带宽，以及用这二个待复合信号对一个载波进行调制并广播经调制的载波总装置。
其特征还在于上述的接收机还包括：
一个专用装置，该单元具有能以每个复合信号的比特频率的二信的频率从来自上述发射机的比特串中恢复出一个时钟信号的电路，
一个包含一个除2的除法器的装置，该装置从每二个比特中取出一个，从而有选择性地恢复出其中上述的比特串中的一串，
一个使上述的除法器复位从而选择上述的复合信号中特定的一个以及把选出的那个特定的复合信号送至上述的特定装置的一个输出上，操作人员能控制的切换装置，能用来使上述的特定单元代替上述D2-MAC/PACKBT电路中的双二进解码器。
5、一种适合于公共接收的广播系统，包括：
一个发射机，该发射机在具有足以按D2-MAC/PACKEF制式进行广播的预定带宽的广播信道上发射一路电视节目，
一个包含用来接收D2-MAC/PACKEF制电视节目的电路的接收机，该接收机包括一个双二进制解码电路和用于进行信息包分离和伴音数据解码的电路，
其特征在于上述的发射机还包括：
每时每刻都在产生两个相互独立的待复合数字信号的装置，这二个待复合数字信号中的每一个都由一连串比特位组成并且每个都需要大约是上述的广播信道的预定带宽的一半的带宽，以及用这二个待复合信号对一个载波进行调制并广播经调制的载波的装置。
其特征在于上述的接收机还包括：
一个专用装置，该单元包括一个时钟恢复电路（62），该电路能以每个复合信号的比特效率的二倍的频率以来自上述的发射机的比特串中恢复出一个时钟信号，从而能交替地控制用于发射二个复合信号的二个取样器;其中所述的第一取样器（56）与第一加法器（112）的输入端直接相连，并通过延迟电路（118）与第二加法器（116）的输入端相连，所述的第二取样器（108）与第二加法器（116）的第一输入端直接相连，并通过另一个延迟单元（114）与上述第一加法器（112）的第二输入端相连;
一对用来输送复合信号电源链路，每条链路中都包括串联连接的双二进制编码器（120）和放大一调制单元（122）。
6、根据权利要求4或5的接收机，其特征在于专用装置包括一个频率解调器或者一个相位差动解调器或者一个相位相干解调器。
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