CN1073063A - 一种脉冲通信方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电通信技术领域，特别是用余弦脉冲 取代方波脉冲通信的一种脉冲通信方法及其装置，按 照其信道上传输的是余弦脉冲模拟调制或编码调制 信号设计的两种通信装置，其外壳内设有用电子开关 将方波脉冲变为余弦脉冲通信的电路。由于本发明 具有占用频带窄的最大优点，故还有输出功率高、传 输距离长、无码间干扰和信噪比及串音显著改善等优 点。此外，当发送方改为余弦脉冲传输时，接收方无 需改动也可接收，而且通信质量大为提高。

Description

本发明涉及电通信技术领域，特别是一种脉冲通信方法及其装置。

众所周知，电信技术是关于电信号产生、加工、交换、记录、复制、发送、传递和接收等的技术，这时电信号就是信息的载体，故又称通信技术或电信号的传输技术。信息包含在文字、数据、语声、图像、传感等一切需要传送的信源信号之中。不同的信源信号构成了不同的通信系统，如电报、电话、广播、传真、电视、雷达、遥控、遥测和人工智能等等。通信系统包括信源、变换器、信道、反变换器和信宿等，通常概括为发信、收信和信道三大部分。沿袭至今，脉冲通信一直是采用矩形脉冲通信方法。

采用矩形脉冲通信，它的最大弊病是占用频带宽，即使象矩形脉冲中频谱特性最好的方波脉冲，也需要9倍基波才能保证良好的通信质量，这在实际通信中较难做到。为了使通信能够基本完成，各种脉冲必须要保持它的基本形状，这样，它至少需要由基波和最低的一个谐波所组成（为了以下叙述方便，这种组合波可简称为基低波）。很显然，由方波脉冲的频谱表达式，

$I\left(t\right)=\frac{1}{2}+\frac{2}{\mathrm{\π}}[\cos \mathrm{wt}-\frac{1}{3}\cos 3\mathrm{wt}+\frac{1}{5}\cos 5\mathrm{wt}-\frac{1}{7}\cos 7\mathrm{wt}$ $+...+...\frac{{(-1)}^n}{2n+1}\cos (2n+1)\mathrm{wt}+...]$

可推出它的基低波的频带宽是3倍基波。

由于矩形脉冲占用频带宽，用其通信还有以下缺陷：

一、传输过程中：

功率损失大，波形失真严重，信噪比不佳，有码间干扰，且传输距离短，最长距离（单站）仅1.7公里，中继站数目也仅为≤10个。

二、器件工作在矩形脉冲时，不仅增益低，且传输功率也低。

本发明的目的是提供一种能克服现有技术中的问题和能显著地提高通信质量的一种脉冲通信方法及其装置。

本发明的目的是这样实现的：其脉冲通信方法是将方波脉冲通信变换为余弦脉冲通信。

上述的余弦脉冲通信方法，可以有下列二种：一种是在余弦脉冲通信过程中，开关脉冲是余弦脉冲，信道上传输的是余弦脉冲模拟调制信号。一种是在方波脉冲编码调制信号未送到信道之前，将方波脉冲变换为余弦脉冲，信道上传输的是余弦脉冲编码调制信号。

按照上述的余弦脉冲通信方法，设计有下列两种通信装置，其外壳内装有由发送和接收部分的通信电路，此电路是将方波脉冲通信变换为余弦脉冲通信电路，具体如下：

一种是可以适用于不经过再生中继站传输的短距离通信装置，其通信电路是模拟调制电路，其中，在发送部分电路中，余弦脉冲形成器二极管D的正、负端分别接于余弦信号输出三极管的发射极、电子开关三极管的基极上。

另一种是可以适用于经过若干个再生中继站传输的远距离通信装置，其电路是由集成块组成的或者是由分立元件、集成块组成的编码调制电路：前者的电路简单些，其组成（发送部分）有编解码器、正负方波脉冲分离、相位调整、余弦脉冲形成、电子开关、正负余弦脉冲合成等部分;后者的电路（发送部分）是由编解码器、阻抗变换、放大、正负方波脉冲分离及输出、双向模拟开关、基波提取、相位调整、余弦脉冲形成、正负余弦脉冲输出及合成等部分组成。

上述通信装置的接收部分的电路可以同现有技术。为了便于安装和节省空间，可以将上述的发送或接收部分的电路集成在一块上。

本发明之所以能用余弦脉冲取代方波脉冲进行通信，其理由是：余弦脉冲又叫半波整流脉冲，根据陈季丹等译《无线电原理》第九章福里哀解析所载（1952年版，尤门联合书局），其数学表达式为，

$I\left(t\right)=\frac{1}{\mathrm{\π}}+\frac{1}{2}\cos \mathrm{wt}+\frac{2}{\mathrm{\π}}[\frac{1}{3}\cos 2\mathrm{wt}-\frac{1}{15}\cos 4\mathrm{wt}+\frac{1}{35}\cos 6\mathrm{wt}$ $+...+...\frac{{(-1)}^{n+1}}{2n^2+1}\cos 2\mathrm{nwt}+...]$

又根据《数字通信原理》（李文海等编，人民邮电出版社1986年出版）第212面指出“取判决门限电压为峰值信号幅度的一半”。这样，余弦脉冲在±60°之间都在判决门限电压之内，判决时间占余弦脉冲期间的三分之二，有足够长的时间进行判决，故余弦脉冲完全可以取代方波脉冲进行通信，且仅需2倍基波的基低波就可保证良好的通信质量。

占用频带窄，比方波脉冲至少节约1/3频带，是本发明最大的优点，由此还带来以下优点。

其一，与方波脉冲的平均功率相等时，余弦脉冲基低波平均功率要高30%。

其二，电话电缆传输时，对余弦脉冲最低谐波的衰减只是方波脉冲的1/10。

其三，没有码间干扰，这是因为余弦脉冲上升沿、下降沿都很缓慢，且顶部圆滑，不会产生上、下冲和拖尾的缘故。

其四，晶体管、运算放大器等器件工作在余弦脉冲状态，其增益和对基低波的平均输出功率均比现有技术提高1.5倍和3倍。

其五，信噪比，串音大为改善。

其六，传输距离提高，单站约提高到2倍，或中继站数目约提高到4倍。

其七，余弦脉冲通信对方波脉冲通信有很好的兼容性。发方改为余弦脉冲传输时，收方不做改动也可接收，而且质量还会大为提高。

图1是本发明的余弦脉冲编码调制通信电路的方框图;

图2是图1的集成块式电路原理图;

图3是图1的晶体管、集成块混合式电路原理图;

图4是本发明的余弦脉冲模拟调制电路方框图;

图5是图4的具体电路原理图;

图6是本发明的通信装置外观图。

下面结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

本发明一改传统的矩形脉冲（方波脉冲）为余弦脉冲通信，它有二种类型：一种是余弦脉冲编码调制通信，它与方波脉冲编码调制通信的区别在于信道上传输的是余弦脉冲编码调制信号，这可以在方波脉冲编码调制信号未送到信道上之前，由电子开关将方波脉冲变为余弦脉冲。另一种是余弦脉冲模拟调制通信，它和方波脉冲模拟调制通信的区别在于把开关脉冲从方波脉冲改为余弦脉冲，信道上传输的是余弦脉冲模拟调制载波信号。

利用上述的通信方法所设计的通信装置，其外壳内设有将方波脉冲变换为余弦脉冲传输的电路。它有下列两种通信装置：

一种是余弦脉冲编码调制通信装置，本装置的电路包括发送和接收两部分。发送部分的电路组成如图1所示，包括基频提取、相位调整、正负余弦脉冲形成、正负方波脉冲分离、正负方波脉冲加宽、电子开关和正负余弦脉冲合成、滤波、补偿、输出部分。接收电路部分同现有技术。依据所用元器件，本装置电路又可分为三类：集成块（IC）式，由晶体管和集成块组成的混合式，全晶体管式。

图2显示了集成块式余弦脉冲编码调制通信电路原理。其发送电路中：方波脉冲编码调制信号（PCM）从IC₁脚13输出分二路，一路经正、负脉冲分离电路（IC₂、IC₃、IC₄是IC₃的反相输出器）送至电子开关IC₅脚13、12，作为IC₅的开、关脉冲信号。由延时器和或门（即YC₁和G₁、YC₂和G₂）组成的正、负方波脉冲加宽器，分别接于IC₂与IC₅、IC₄与IC₅之间，它们的作用是保证余弦脉冲全部通过IC₅。另一路则由IC₆～IC₁₁提取基波后，调整相位（由R、L、C组成的相位调整器完成），经IC₁₂、IC₁₃形成正、负余弦脉冲送至IC₅脚1、11上，作为IC₅的被开、关脉冲信号。然后，由IC₅脚2、10输出的正、负余弦脉冲经可调电阻R₁合成余弦脉冲编码调制信号CPCM，再由LC或RC网络的N₁、N₂以及集成块IC₁₄滤波、补偿、输出至信道A-B上。接收电路中：IC₁₅、IC₁₆、IC₁₇分别是低通均衡补偿器、码变换、方波再生器，且IC₁₇输出端接IC₁脚7。

图3显示了混合式余弦脉冲编码调制通信电路。其发送电路中，由编解码器IC₁脚13输出的方波脉冲编码调制信号（PCM）分两路，一路由三极管T₁、T₂放大和T₃、T₄输出后，经正、负方波脉冲分离管T₅～T₆、T₇～T₉送至双向模拟开关IC₂脚13、12，作IC₂的开关脉冲信号;另一路经全波整流（由变压器B₁、T₁₄、T₁₅、二极管D₃、D₄完成），所得基波由B₂、C₁滤取后，经T₁₆放大输出到RLC相位调整，再由D₁、D₂形成余弦脉冲，经T₁₇放大、T₁₈分相（正、负余弦脉冲）后送至IC₂脚1、11上，作IC₂被开、关脉冲信号。然后，正、负余弦脉冲信号由IC₂脚2、10输出至T₁₀、T₁₁混合，在可调电阻R₁上合成余弦脉冲编码调制信号（CPCM），此信号通过滤波送T₁₂、T₁₃放大、补偿、输出至信道A-B上，供接收方使用。

全晶体管式余弦脉冲编码调制通信装置的电路（未画图），其组成同图3，只是对图3中的集成块IC₁、IC₂用晶体管取代，其晶体管电路同IC₁、IC₂的内部原理结构。

图2中IC₁型号可以是2911A，IC₅型号是CD₄₀₆₆或CC₄₀₆₆，其余IC型号是LM₆₂₆₅。图3中IC₁型号可以是2911A，IC₂型号可以是CD₄₀₆₆或CC₄₀₆₆。

本发明的另一种通信装置是余弦脉冲模拟调制通信装置，该装置的电路组成也包括发送和接收两部分，这两部分的电路组成及原理结构基本同现有技术，所做的改进是如图4所示：用余弦脉冲形成部分取代原有的方波脉冲形成部分，具体如图5所示，即在余弦信号输出三极管T₇的发射极和开关管T₄的基极上分别与二极管D的正、负端相接，由D产生的余弦脉冲信号作为T₄的开、关脉冲信号，信道A-B上传输的是余弦脉冲模拟调制（CPAM），AO是接收端解调输出的还原模拟信号。

图6显示了本发明的通信装置的外观示意图。如图6所示，序号1、3是输入、输出指示，序号2、4是相位、幅度调整器，序号5、7是正、负电源指示，序号6是电源开关，它们均装在外壳的面板上。

Claims (10)

1、一种脉冲通信方法，其特征是将方波脉冲通信变换为余弦脉冲通信。

2、根据权利要求1所述的脉冲通信方法，其特征在于所述的余弦脉冲通信，是在方波脉冲编码调制信号未送到信道之前，将方波脉冲变换为余弦脉冲，在信道上传输的是余弦脉冲编码调制信号。

3、根据权利要求1所述的脉冲通信方法，其特征是在余弦脉冲通信过程中，开关脉冲是余弦脉冲，在信道上传输的是余弦脉冲模拟调制信号。

4、一种使用权利要求1方法而专门设计的通信装置，其外壳内装有由发送和接收部分组成的脉冲通信电路，其特征在于所述的通信电路是将方波脉冲通信变换为余弦脉冲通信电路。

5、根据权利要求4所述的通信装置，其特征在于余弦脉冲通信电路是余弦脉冲编码调制电路，其发送电路组成包括正负方波脉冲分离、基波提取、相位调整、正负余弦脉冲形成、电子开关和正负余弦脉冲合成、处理输出部分。

6、根据权利要求5所述的通信装置，其特征在于余弦脉冲编码调制电路是集成块形式，在其发送电路中，由编解码器IC₁脚13输出的方波脉冲信号，一路由正、负方波脉冲分离电路（IC₂、IC₃、IC₄）送至电子开关IC₅脚13、12，作IC₅的开、关脉冲信号，一路由IC₆～IC₁₁提取基波后，调整相位，经IC₁₂、IC₁₃形成正、负余弦脉冲后，送至IC₅脚1、11上，然后，由IC₅脚2、10将正、负余弦脉冲输出在可调电阻R1上合成余弦脉冲信号，再由N₁、N₂、IC₁₄组成的滤波、补偿、输出电路送到信道上，N₁、N₂是LC或RC网络。

7、根据权利要求5所述的通信装置，其特征在于余弦脉冲编码调制电路是由晶体管、集成块组成的混合式余弦脉冲编码调制电路，在其发送电路中，由编解码器IC₁脚13输出的方波脉冲信号，一路由三极管T₁、T₂放大，T₃、T₄输出，经正、负方波脉冲分离管T₅～T₆、T₇～T₉送至双向模拟开关IC₂脚13、12，作IC₂的开、关脉冲信号，另一路经全波整流（由变压器B₁、T₁₄、T₁₅、二极管D₃、D₄完成），所得基波由B₂、C₁滤取后，经T₁₆放大输出到RLC相位调整，再由D₁、D₂形成余弦脉冲，经T₁₇放大、T₁₈分相（正、负余弦脉冲）后到IC₂脚1、11上，作IC₂被开、关脉冲信号，然后，将IC₂脚2、10输出的正、负余弦脉冲信号送至T₁₀、T₁₁混合，在可调电阻R₁上合成余弦脉冲编码调制信号，此信号通过滤波送T₁₂、T₁₃放大、补偿、输出到信道上。

8、根据权利要求4所述的通信装置，其特征在于余弦脉冲通信电路是模拟调制电路，其中，在发送电路中，余弦脉冲形成器二极管D的正、负端分别接于余弦信号输出三极管T₇的发射极、电子开关T₄的基极上。

9、根据权利要求6所述的通信装置，其特征在于编解码器IC₁型号是2911A，IC₅型号是CD₄₀₆₆或CC₄₀₆₆，其余集成块型号是LM₆₂₆₅。

10、根据权利要求7所述的通信装置，其特征在于编解码器IC₁型号是2911A，IC₂型号是CD₄₀₆₆或CC₄₀₆₆。

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