FI84955C - Digitalt telekommunikationssystem. - Google Patents

Description

1 84955

Digitaalinen tietoliikennejärjestelmä

Esillä oleva keksintö kohdistuu lajimääritelmän patenttivaatimuksen l mukaiseen digitaaliseen tietoliikennejärjestelmään, johon monitiehäiriöt eivät vaikuta, ja joka 5 sopii esimerkiksi liikkuvaan radioliikenteeseen.

Tavanomaisessa digitaalisessa tietoliikennejärjestelmässä kuten liikkuvassa radioiiikennejärjestelmässä binäärisen informaatiojonon moduloima digitaalinen signaali vastaanotetaan eri etenemisteiden kautta, jolloin monitie-etenemi-10 nen huonontaa erittäin huomattavasti bittivirhetaajuutta.

Kyseistä epäkohtaa selostetaan seuraavassa tavanomaisen binäärisen vaiheavainnussignaalin (BPSK, binary phase shift keying) suhteen. Kuvassa 1 symboli (A) merkitsee binääristä informaatiojonoa, joka koostuu symboleista 1 ja 0 ja 15 symboli (B) merkitsee binääristä informaatiojonoa, joka vastaa aikaansaadun differentiaalisesti koodatun BPSK-signaalin vaiheen muutosta. Kun differentiaalinen ilmaisu suoritetaan, siirtyy BPSK-signaalin vaihe +π radiania binäärisen informaatiosymbolin 1 suhteen, symbolin 0 20 suhteen kyseistä muutosta ei sen sijaan tapahdu.

Kuva 2 esittää differentiaalista ilmaisupiiriä, joka demoduloi BPSK-signaalin alkuperäisen binäärisen informaatio jonon ilmaisemiseksi. Ottonapaan l syötetty BPSK-signaali jaetaan kahteen signaaliin, jotka syötetään 25 kertojan 2 yhteen ottonapaan sekä toiseen ottonapaan sen jälkeen, kun se on kulkenut viivepiirin 3 kautta, jonka viiveaika on yksi aikaväli T. Sen jälkeen kyseiset kaksi signaalia kerrotaan kertojalla 2 ja alipäästösuodattimella (LPF) 2 poistetaan kantoaallon taajuuteen nähden kaksinker-30 täiset taajuuskomponentit, jolloin aikaansaadaan alkuperäi nen binäärinen informaatiosignaali, joka tuodaan antoon antonavassa 5.

Selityksen selkeyden vuoksi käytetään tästä eteenpäin kaksisädemallia monitie-etenemisen esimerkkinä.

35 Silloin kun ottonapaan 1 syötetty BPSK-signaali on BPSK- aallon (halutun aallon - johon tästä eteenpäin viitataan D-aaltona) ja sen D-aallosta viiveen τ verran viivästyneen 2 84955 viitataan U-aaltona) superponoitu signaali, on antonavan 5 anto huomattavasti pienentynyt lähellä niitä osia, joissa U-aallon suhteellinen amplitudi suhde D-aaltoon nähden on lähellä l:stä ja kantoaallon vaihe-ero ψ D- ja U-aaltojen 5 välillä on ti radiania, jolloin bittitaajuussuhde on huomattavasti huonontunut.

Kuva 4 esittää D- ja U-aaltojen välistä aikasuhdetta. Symboli T merkitsee aikavälin pituutta binäärisen informaa-tiosignaalin lähettämiseksi. Symboli a merkitsee jaksoa D-10 aikavälin alusta U-aikavälin alkuun, symbolin b merkitessä jaksoa U-aiksvälin alusta D-aikavälin keskikohtaan, symbolin c_ merkitessä jaksoa D-aikavälin keskikohdasta U-aikavä-lin keskikohtaan, ja symbolin d merkitessä jaksoa U-aikavälin keskikohdasta D-aikavälin loppuun.

15 Antonavassa 5 saatavat demoduloidut signaali e(t) ba vastaavissa jaksoissa ovat seuraavat: jakso a: 2e(t) = j 1 - β2 symbolin muutos: ’’O” ->· "1" l 1 + β2 + 2 cos symbolin muutos: "1" "1" 20 j —(1 — β 2) symbolin muutos: "1" "0" ( -(1 + β^- 2βοοεφ) symbolin muutos: "0" * "O" . . .1(A) jaksot b, c ja d: 2e(t) = (l + β + 2Bcos<t> symbolin muutos: "1" 25 (^-(1 + + 26cos<J>) symbolin muutos: "0” ...1(B) missä β edustaa U-aallon hetkellistä amplitudisuhdetta D-aaltoon nähden ja φ edustaa hetkellistä kantoaallon vaihe-eroa D- ja U-aaltojen välillä.

30 Kuten edellä olevan laskutoiminnan tuloksista on il meistä, on antonavassa 5 saatu demoduloitu signaali e(t) määräämätön jaksossa a, koska se riippuu edeltävän bitin symbolista ja sen polariteetti voi kääntyä β:η arvosta riippuen, kyseisen polariteetin ollessa edellisen bitin symbo-35 Iin yksikäsitteisesti määräämä kaikissa muissa jaksoissa b, c ja d,

II

3 84955

Kuten edellä olevista lausekkeista 1(B) on ilmeistä, ovat signaalien e(t) arvot eb, ec ja ed jaksoissa b, S ja d kuitenkin oleellisesti nollia osien lähellä, joissa hetkellinen amplitudisuhde on 1 ja hetkellinen kantoaallon 5 vaihe-ero φ on tt, jolloin niin kutsuttu silmukkakuvio huonontuu ja demoduloituihin signaaleihin muodostuu lateraalista vaihtelua (aikavaihtelua). Toisin sanoen bitti virhetaajuus huonontuu osien p = 1 ja φ = ir lähellä monitie-etenemisessä.

10 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on voittaa edellä mainittu bittivirhetaajuuden digitaalinen tietoliikennejärjestelmä, jolla on parempi bittivirhetaajuus monitie-etenemisessä verrattuna tavanomaisiin PSK- tai FSK-modulaa-tiojärjestelmiin kuten BPSK-järjestelmään.

15 Toisin sanoen esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada tietoliikennejärjestelmä, jossa demodulaation anto ei tule nollaksi ja silmukka on avoin, vaikka U-aallon hetkellinen amplitudisuhde β D-aallon suhteen on lähellä arvoa 1 ja hetkellinen kantoaallon vaihe-ero φ D- ja U- 20 aaltojen välillä on lähellä arvoa π, ja mitään äkillistä silmukkakuvioiden aikavaihtelua ei esiinny kyseisessä tilanteessa.

Keksinnön mukaiselle tietoliikennejärjestelmälle on tunnusomaista se, että vaihetta siirretään nousevan : 25 kosinikäyrän muodon mukaisesti.

Nämä ja muut esillä olevan keksinnön tavoitteet, tunnusomaiset piirteet, näkökohdat ja edut käyvät ilmi seuraavasta esillä olevan keksinnön yksityiskohtaisesta selostuksesta mukana seuraaviin piirustuksiin viitaten.

30 Kuva 1 esittää differentiaalisesti koodattua ta vanomaista BPSK-modulaatiojärjestelmää; K 84955

Kuva 2 esittää kaaviota, joka kuvaa demcdulaatiopii-riä BPSK-signaalia varten;

Kuva 3 esittää esillä olevan keksinnön mukaista signaalia ΔΘ/2 · DSK; 5 Kuva 4 esittää D-aallon ja U-aallon välistä aikasuh- detta BPSK-modulaatiojärjestelmässä;

Kuva 5 esittää ΔΘ/2 · DSK -signaalin demcdulaatioan- toa;

Kuvat 6 ja 7 esittävät ΔΘ/2 · DSK -järjestelmän ja 10 muutamien muiden modifioitujen järjestelmien cminaiskäyrien esimerkkej ä;

Kuva 8 esittää esillä olevan keksinnön mukaisen ΔΘ/2 · DSK -järjestelmän ja muutaman muun modifioidun järjestelmän tehospektrejä; 15 Kuva 9 esittää tavanomaisen BPSK-järjestelmän teho- spektriä ;

Kuva 10 esittää kaistan ulkopuolisia tehon ominaiskäy- riä;

Kuva 11 esittää kaaviota, joka kuvaa DSK-signaalin de-20 modulaatiopiiriä.

Kuva 3 esittää tapaa, jolla vaihe siirretään ±ΔΘ/2:η verran 1/2 aikaväliä kohden siirtäen siten yhteensä saman vaihesiirron ±ΔΘ binääristä informaatiosymbolia vastaten. Kyseinen järjestelmä, jossa siirretään vaihetta ±ΔΘ/2:η 25 verran ensimmäisessä aikavälin puolikkaassa sekä uudelleen sama +ΔΘ/2, on ΔΘ/2 · DSK -modulaatiojärjestelmä.

Kuva 3 esittää binääristä informaatiojonoa (kuva 3(A)) ja signaalia ΔΘ/2 · DSK (kuva 3(B)), johon on kohdistettu ΔΘ/2 · DSK -modulaatio.

30 Kun binäärinen informaation symboli on 1, siirretään vaihetta ensin +ΔΘ/2 ja sen jälkeen edelleen +ΔΘ/2 1/2 ai kavälin kuluttua, jolloin vaihesiirron kokonaismäärä on ΔΘ. Kun binäärisen informaation symbooli on 0, siirretään vaihetta -ΔΘ/2 verran ja sen jälkeen edelleen -ΔΘ/2 verran 35 1/2 aikavälin kuluttua.

Kun kaksisäteinen monitiesignaali ΔΘ/2 · DSK on vastaan-: otettu ja kuvassa 11 esitetty differentiaalinen ilmaisin on li 5 84955 demoduloinut sen, antaa antonapa 5 seuraavan lausekkeen (t) antaman mukaisia demoduloituja signaaleja e(t). Tulee huomata, että jaksot a ... d vastaavat kuvassa Δ esitettyjä jaksojaa ... d.

5

Jakso a: e(t) = (sinAÖ/2) (1 - β2) symbolin muutos: "0" "1" (sinA0/2) (1 + β2 + 2fcos (ΔΘ/2 -<+.)} 10 symbolin muutos: "1" -> "1" -(εΐηΔΘ/2) (1 - β2) symbolin muutos: "1" ->- "0" -(s ΐηΔΘ/2) {1 + β2 + 2βοοε(ΔΘ/2 + φ)} symbolin muutos: "0" -* "O" (*0 15

Jakso b, d: e(t) = (εΐηΔΘ/2) (1 + β2 + 2βοοεφ) symboli: "1" -(είηΔΘ/2) (1 + β2 + 2βοοεφ) symboli: "0" 20 Jakso c: e (t) = (sinA0/2) {1 + β2 + 2βοοε(φ - ΔΘ/2)} symboli: "1" -(εΐηΔΘ/2) {1 + β2 + 2βοοε(φ + ΔΘ/2)} symboli: "Ο"

Kuva 5 esittää edellä olevien lausekkeiden lasketut ar- 25 vot jaksoille b, d ja c φ:η suhteen.

Arvot muuttuvat sinimuotoisesti keskiarvon 2 εϊη(ΔΘ/2)(1 + β ) suhteen, joka sijaitsee maksimiarvon sin(A0/2)(l + β) ja minimiarvon sin(A0/2)(l-β) välissä. Arvo jaksossa c poikkeaa (A0/2):lla φ-akselin suhteen ar-30 voista jaksoissa b ja d. Kuvassa 5 on ΔΘ/2 yhtä suuri kuin TT/2.

Siten antoarvot e(t)D’ jaksoissa b ja d sekä e(t) jaksossa c φ:η funktiona ovat vaiheeltaan siirtyneet (ΔΘ/2) ; toisiinsa nähden, jolloin differentiaaliselta demodulaatto- : : 35 riita saatava anto ei tule nollaksi samalla φ:η arvolla.

Siten silmukkakuvio ei tuhoudu ja siksi havaitaan vähän aikavaihteluita.

6 84955

Kuvat 6 ja 7 esittävät ΔΘ2 · DSK -modulaaliojärjestel-män suorituskyvyn esimerkkejä. Kuva 6 esittää bittivirhe-taajuuden muutoksen signaalikohinasuhteen suhteen ja kuva 7 esittää bitti virhetaajuuden muutoksen suhteessa D- ja U-5 aaltojen välisen aikaviiveen muutoksen signaalikohinasuh- teen ollessa vakio. Kuten esitetyssä tapauksessa noudattavat D- ja U-aaltojen verhokäyrät molemmat Rayleigh-jakau-maa. Symbolit ja merkitsevät vastaavasti D- ja U-aaltojen keskimääräistä tehoa, symboli merkitsee signaa-10 Iin energiaa bittiä kohden, symboli N merkitsee kohinate-hoa yksikkötaajuutta kohti ja symboli f merkitsee suurinta häipymistaaj uutta.

Kuten kuvasta 5 on ilmeistä, tasojen e(t)b,d ja e(t)c välisen kompensaation aste kasvaa arvon ΔΘ kasvaessa kohti 15 arvoa π, ja kyseisen kompensaation aste on kasvanut eniten,

u J

kun arvo ΔΘ/2 on välillä π/2 ja π, koska arvot e(t)D’ ja e(t) ovat vastaavasti verrannollisia sin(ΔΘ/2):een. On havaittu, että mainittu kompensaation aste on kasvanut eniten kun arvo ΔΘ/2 on noin 110°.

20 Kuva 6 esittää ΔΘ/2 · DSK:n bittivirhetaajuuksia ja π/4 * DSK -järjestelmiä, joissa vaihesiirto ΔΘ/2 on suoritettu porrasmaisella tavalla 1/2 aikaväliä Kohden kerrallaan, ja π/2-DSK-RC ja πΜ DSK-RC -järjestelmät ovat esi--- merkkejä järjestelmästä ΔΘ/2-DSK-RC, jossa vaihesiirto suo- 25 ritetaan tasaisesti nousevilla kosiniaalloilla signaalien taajuuskaistan ohjaamiseksi.

Tapauksessa, jossa arvo ΔΘ/2 muutetaan porrasmaisella b d tavalla, pienenee kompensaation aste tasojen e(t)D* ja c e(t) välillä arvon ΔΘ/2 laskiessa ja siten π/2-DSK ja 30 π/iJ-DSK -signaalien bittivirhetaaj uudet ovat parantuneet vähemmän, kun taas BPSK-järjestelmän signaaliin verrattuna ne ovat parantuneet huomattavasti.

Erityisesti alueilla, joissa arbo Eb/No on kasvanut " suuremmaksi, on BPSK-signaalin bittivirhetaajuus kyllästy- 35 nyt noin arvoon 10 kun taas ΔΘ/2-DSK -signaalin arvo on paljon parempi.

I: 7 84955

Kasvaneen kosiniaallon tapauksessa on moduloidun signaalin kaistanleveys edullisesti kapeampi bittivirhetaajuuden ollessa parantunut vähemmän verrattuna A0/2*DSK -järjestelmään. Myöskään tässä tapauksessa ei kyllästystä kui-5 tenkaan aiheuteta ja bittivirhetaajuus on parempi Eb/No:n kasvaessa.

Kuva 8 esittää edellä selostettujen järjestelmien kanssa vastaavien järjestelmien tehospektrejä.

Kuva 8(A) esittää ττ/2'DSK -järjestelmän tehospektriä ja 10 kuva 8(B) esittää π/^’DSK -järjestelmän tehospektriä kuvan 8(C) esittäessä π/2'DSK-RC -järjestelmän ja kuvan 8(D) esittäessä π/^·Ό3Κ-Κ0 -järjestelmän tehospektriä. Kuva 9 esittää vertailun vuoksi BPSK-järjestelmän tehospektriä.

Kuva 10 esittää vastaavien järjestelmien kaistan ulko-15 puolisia ominaiskäyriä.

Näissä piirustuksissa symboli B merkitsee kaistanleveyt tä ja f merkitsee taajuutta symbolin T merkitessä aikavälin jaksoa. Kaistan ulkopuolinen teho ei voi olla paljon pienentynyt ΔΘ/2·Β3Κ -järjestelmissä ja BPSK-järjestelmissä, 20 koska kantoaallon vaiheet muuttuvat porrasmaisella tavalla.

Kuitenkin A0/2‘DSK-RC -järjestelmässä on kaistan ulkopuolinen taajuus pienentynyt melkein samassa määrässä kuin MSK-järjestelmässä, koska vaiheet muuttuvat tasaisesti. Käytännön laitteessa edellä mainittu aaltomuoto voidaan tuottaa 25 myös kaistan rajoittavalla suodattimena tai muulla ekviva-lenttisella tekniikalla A0/2*DSK-RC -järjestelmän kanssa toiminnaltaan samanlaiseksi. Edellä olevasta tulee siten ymmärtää, että ΔΘ/2'DSK-RC -järjestelmä parantaa huomattavasti bittivirhetaajuutta rajoittaen samalla signaalin 30 kaistanleveyden suhteellisen kapeaksi.

Vaikka esillä olevaa keksintöä on selostettu ja kuvattu yksityiskohtaisesti, on selvästi ymmärrettävä, että se on tehty vain esimerkkinä ja havainnollistuksena eikä sitä tule ymmärtää rajoittavana, esillä olevan keksinnön hengen ja 35 puitteen määrittäessä yksinomaan mukana seuraavat patentti vaatimukset.

Claims (6)

8 84955

1. Digitaalinen tietoliikennejärjestelmä binääristen informaatiosymbolien lähettämiseksi, joissa on ensimmäinen informaatiosymboli ja toinen informaatiosymboli ja jotka 5 lähetetään lähetysympäristön kautta, joka muodostuu aina kin kahdesta lähetystiestä, jolla kummallakin on olennaisesti eri välitysaikansa, joka järjestelmä parantaa bitti-virhetaajuutta informaatiosymbolien välityksessä ja johon järjestelmään kuuluu: 10. lähetyslaitteisto, joka aikaansaa ja lähettää väli- tysympäristön kautta vaiheavainnussignaalin, joka ennalta määrätyssä aikavälissä lähetettyjä binäärisiä informaatio-signaaleja vastaavasti siirtää jokaisessa aikavälin puoliskossa informaatiosignaalin vaihetta AΘ-/2 : n verran, kun 15 kysymyksessä on ensimmäinen informaatiosymboli, ja -Δθ/2:η verran, kun kysymyksessä on toinen informaatio-symboli; vastaanottolaitteisto (1), joka vastaanottaa lähetetyn signaalin sen kuljettua välitysympäristön kautta; 20 sekä demodulointilaitteisto (2, 3), joka viivästyttää % aikavälin verran yhtä niistä kahdesta signaalista, jotka saadaan jakamalla vastaanottolaitteistolla vastaanotettu signaali, ja sitten kertoo viivästetyn signaalin toisella 25 näistä kahdesta signaalista ja suodattaa tuloksena olevan kerrotun signaalin, siten että saadaan alkuperäinen binäärinen informaatiosignaali, tunnettu siitä, että vaihetta siirretään nousevan kosinikäyrän muodon mukaisesti.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen digitaalinen tieto- 30 liikennejärjestelmä, tunnettu siitä, että vähintään kahden lähetystien muodostama lähetysympäristö käsittää monitei-sen etenemisympäristön.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen digitaalinen tietoliikennejärjestelmä, tunnettu siitä, että moniteinen ete- 35 nemisympäristö on moniteinen huojuntakanava.

4. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen digiaalinen tietoliikennejärjestelmä, tunnettu siitä, että li 9 84955 kunkin % aikavälin vaihesiirto on "72.

5. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen digitaalinen tietoliikennejärjestelmä, tunnettu siitä, että kunkin ¼ aikavälin vaihesiirto on Ttj4.

6. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen digitaalinen tietoliikennejärjestelmä, tunnettu siitä, että kunkin \ aikavälin vaihesiirto on 110? 10 15 20 25 30 35 10 84955