PL151648B1 - Sposób i układ do transmisji danych z dużą szybkością - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 151 648

POLSKA

Patent dodatkowy do patentu nr

Zgłoszono: 84 12 11 (P. 250894)

Pierwszeństwo

Int. Cl.⁵ H04L 27/10

URZĄD

PATENTOWY

RP

Zgłoszenie ogłoszono: 86 06 17

Opis patentowy opublikowano: 1991 03 29

Twórcy wynalazku: Adam Dering, Czesław Frąc, Stanisław Kosicki, Jan Rowiński, Tadeusz Werner

Uprawniony z patentu: Zakłady Radiowe „Unitra-Radmor“,

Gdynia (Polska)

Sposób i układ do transmisji danych z dużą szybkością

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do transmisji danych z dużą szybkością.

Wynalazek jest przeznaczony do nadawania i detekcji szybkich danych cyfrowych, w tym cyfrowo zakodowanej mowy w wąskich kanałach radiotelefonicznych w odstępach 25 kHz. Wynalazek znajduje zastosowanie przy transmisji cyfrowej mowy, zwłaszcza przy wykorzystaniu istniejących radiotelefonów, pracujących w odstępie 25 kHz. Wynalazek umożliwia szyfrowanie informacji przesyłanej w innych kanałach łączności, dlatego może też być wykorzystany do przesyłania zaszyfrowanej mowy lub szybkich danych poprzez linie łączności przewodowe, w których istnieje ograniczenie pasma częstotliwości.

Dla transmisji danych i cyfrowej transmisji mowy w kanałach radiotelefonicznych wykorzystuje się obecnie metody pracujące w oparciu o modulację duobinarną i duobinarną zmodyfikowaną. Są to metody polegające na korelacyjnym kodowaniu binarnych danych wejściowych, a następnie filtrowaniu sygnału filtrem dolnoprzepustowym o odpowiednio dobranej charakterystyce. Można także generować sygnały duobinarne przy pomocy filtru cyfrowego zapewniającego jednocześnie kodowanie i filtrację sygnału. Ukształtowany sygnał wyjściowy podaje się bezpośrednio na modulator częstotliwości w nadajniku. Odbiór może być synchroniczny w układzie kwadraturo wym, wtedy potrzebny jest dodatkowo układ regulacji fazy nośnej lub niesynchroniczny, gdzie sygnał do dalszej obróbki pobiera się wprost z dyskryminatora częstotliwości odbiornika FM. Układ jest wtedy prostszy, lecz sygnał o gorszych właściwościach.

Nowsze i bardziej efektywne są metody modulacji GMSK i TFM, charakteryzujące się bardziej skupionym widmem. Umożliwia to budowanie systemów pracujących z większymi, na przykład 16kb/s, prędkościami przepływu danych w kanałach radiotelefonicznych o odstępie 25 kHz. Zastosowanie modulacji TFM pozwala spełnić wymaganie na promieniowanie mocy niepożądanej w sąsiednim kanale przy pracy z prędkością 16 kb/s. Jest to warunek konieczny dla prawidłowej współpracy systemów analogowych i cyfrowych. Wadą tych sposobów jest to, że nie zapewniają one optymalnych parametrów transmisji takich jak szybkość, czułość, zajmowane

151 648 pasmo i stopień komplikacji układowej. Poprawa jednego parametru odbywa się w nich kosztem drugiego.

Znanym rozwiązaniem wykorzystującym radiotelefon do transmisji danych jest urządzenie do transmisji danych produkcji RFN opisane w „Funkschau nr 19 z 1983 r. s. 56, które umożliwia przesyłanie mowy analogowej lub danych cyfrowych. Urządzenie to jest w zasadzie typowym radiotelefonem o nowoczesnych rozwiązaniach analogowych poszczególnych bloków. Posiada ono dodatkowe wejście i wyjście m. cz. dla przesyłania danych. Po stronie odbiorczej sygnały analogowe z dyskryminatora przechodzą do stopnia wyjściowego m. cz., skąd wychodzą już jako dane. Urządzenie to nie posiada bloków obróbki danych takich jak układu minimalizacji pasma, zegara, układów kodowania i dekodowania synchronicznego. Nie umożliwia ono również zmiany rodzaju modulacji i szybkości danych, nie przesyła też mowy cyfrowej. Szybkość danych ograniczona jest pasmem kanału 300-3000 Hz, a więc do około 2400 b/s. Konieczne jest też przełączenie rodzaju transmisji mowa-dane.

Sposób, według wynalazku, transmisji danych z dużą szybkością poprzez wąskopasmowe kanały łączności i wykorzystujący zmodyfikowaną modulację częstotliwości typu GTFM, charakteryzuje się tym, że w oparciu o kilka kolejnych bitów danych wejściowych, wytwarza się w przetworniku, taki przebieg napięcia analogowego, którego widmo odpowiada pasmu funkcji przenoszenia Χ.(ω), następnie moduluje się tym przebiegiem, wykorzystując układ dopasowujący, częstotliwość nośną sygnału. Po stronie odbiorczej, w detektorze przebieg napięciowy poddaje się zdekodowaniu w oparciu o detekcję niekoherentną, polegającą na przyporządkowaniu wartościom tego napięcia odpowiednich bitów 0 lub 1. W ten sposób uzyskuje się na wyjściu układu impulsowy przebieg zawierający informację o przesyłanych danych lub stanowiący bezpośrednio dane wejściowe.

Układ, według wynalazku, do transmisji danych z dużą szybkością, zawierający typowy radiotelefon składający się po stronie nadawczej z kaskadowo połączonych modulatora kąta, powielacza i stopnia mocy, a po stronie odbiorczej z kaskadowo połączonych dyskryminatora, wzmacniacza p. cz. i wzmacniacza w. cz., w którym wejście jest wejściem modulatora kąta, a wyjście jest wyjściem dyskryminatora oraz dołączone do niego w torze wejściowym mikrotelefon ze wzmacniaczem, a w torze wyjściowym głośnik ze wzmacniaczem, charakteryzuje się tym, że w torze nadawczym z wyjściem szyfratora, połączonego kaskadowo z koderem delta, przyłączonym do wzmacniacza, połączone jest wejście układu cyfrowego rodzaju modulacji, którego wyjście jest połączone z wejściem układu dopasowującego, wyjście którego jest połączone z wejściem radiotelefonu. Wejście sterujące układu cyfrowego rodzaju modulacji połączone jest z wyjściem zegara, z którym są również połączone wejście sterujące kodera delta i szyfratora. W torze odbiorczym do wyjścia dyskryminatora w radiotelefonie przyłączone jest wejście korektora, którego wyjście jest połączone z wejściem detektora niekoherentnego, wyjście którego jest z kolei połączone z wejściem deszyfratora. Z wyjściem korektora jest również połączone wejście regeneratora zegara, z wyjściem którego połączone są wejścia sterujące detektora niekoherentnego, deszyfratora i dekodera delta, połączonych ze sobą kaskadowo i dołączonych do wzmacniacza.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia przesyłanie szybkich danych cyfrowych, w tym mowy zakodowanej cyfrowo o szybkości do 16kb/s w wąskich kanałach łączności do 25 kHz, a zwłaszcza w kanałach radiotelefonicznych z wykorzystaniem istniejących radiotelefonów z modulacją fazy i powielaniem. Zastosowany sposób modulacji umożliwia ograniczenie widma transmitowanego sygnału do takiej wartości, która spełnia wymagania na zakłócenia sąsiednio kanałowe i międzykanałowe w istniejących sieciach radiotelefonicznych z odstępem 25 kHz. Zastosowanie detekcji niekoherentnej, która jest niewrażliwa na fazę sygnału w. cz., lecz na znak odchyłki częstotliwości eliminuje bardzo kłopotliwą i trudną w realizacji stabilizację dewiacji i częstotliwości środkowej-kanałowej. Upraszcza to radykalnie układ modulatora w nadajniku. Jednocześnie uproszczone zostają bardzo poważnie układy odbiorcze, gdyż odpada konieczność regeneracji nośnej. Stopień skomplikowania urządzenia nadawczo-odbiorczego zależy tu jedynie od wymagań systemowych takich jak rodzaj szyfrowania, zasięgi. Nie jest również konieczna konstrukcja specjalnego nowego radiotelefonu, bo istnieje możliwość wykorzystania istniejącego sprzętu, gdyż rozwiązanie według wynalazku może być stosowane uniwersalnie do różnych radiotelefonów. Jest

151 648 3 ono możliwe do zastosowania również przy transmisji przewodowej, przy której możliwe jest przesłanie cyfrowo zakodowanej mowy w kanałach o paśmie nie większym niż 3 kHz.

Ponadto rozwiązanie według wynalazku umożliwia bez rozbudowy układowej wybranie odpowiedniego rodzaju modulacji i szybkości transmisji zależnie od parametrów kanału łączności, co daje użytkownikowi możliwość optymalizacji łączności.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania pokazanym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony schemat blokowy dla zilustrowania sposobu według wynalazku, natomiast fig. 2-schemat blokowy układu do transmisji danych z dużą szybkością.

Sposób, według wynalazku, polega na tym, że wejściowe przebiegi impulsowe stanowiące dane są przetwarzane w przetworniku P, o odpowiedniej charakterystyce na analogowy przebieg wyjściowy o możliwie wąskim paśmie, którego widmo odpowiada pasmu funkcji przenoszenia Λ (ω). Przebieg jest dopasowywany, w układzie dopasowującym U do rodzaju sygnału i jego modulacji zastosowanych w kanale łączności Ł. Przebieg ten jest przesyłany i przetwarzany w kanale łączności Ł, zgodnie z zastosowanym rodzajem sygnału i jego modulacji, dając na wyjściu sygnał odpowiadający sygnałowi wejściowemu kanału. Po odpowiedniej korekcji, polegającej na wyrównaniu charakterystyki częstotliwościowej kanału łączności Ł i dostosowaniu jej, w układzie korektora K, do właściwości detektora danych D, sygnał ten poddawany jest zdekodowaniu w oparciu o detekcję niekoherentną w detektorze danych D, uwzględniającym charakterystykę przetwornika P. Na wyjściu układu otrzymuje się impulsowy przebieg zawierający informację o przesłanych danych lub stanowiący bezpośrednio dane wejściowe.

Układ, według wynalazku, zawiera tor nadawczy, w skład którego wchodzą połączone kaskadowo mikrotelefon Mk, wzmacniacz 1, koder delta 2 i szyfrator 4. Na wejściu szyfratora 4 zamiast kodera delta przyłączone może być inne źródło danych 3, natcmiast wyjście F szyfratora 4 jest połączone, poprzez układ cyfrowy rodzaju modulacji 5 i układ dopasowujący 7, z wejściem M typowego radiotelefonu, którym jest wejście modulatora kąta 8, którego wyjście jest, poprzez powielacz 9, połączone z wejściem stopnia mocy 10. Wejście sterujące kodera delta 2, szyfratora 4 i układu cyfrowego rodzaju modulacji 5 połączone są z wyjściem zegara 6. W torze odbiorczym radiotelefonu znajdują się kaskadowo połączone wzmacniacz w. cz. 11, wzmacniacz p. cz. 12 i dyskryminator 13. Wyjściem D radiotelefonu jest wyjście dyskryminatora 13, które jest połączone z torem odbiorczym zewnętrznym składającym się z kaskadowo połączonych korektora 14, detektora niekoherentnego 16, deszyfratora 17, dekodera delta 18, wzmacniacza 19 i głośnika G. Na wyjściu deszyfratora 17 w węźle W przyłączone jest wyjście danych. Wyjście K korektora 14 połączone jest ponadto z wejściem regeneratora zegara 15, wyjście którego jest połączone z wejściami sterującymi detektora niekoherentnego 16, deszyfratora 17 i dekodera delta 18.

Sygnał z mikrofonu Mk po wzmocnieniu we wzmacniaczu 1, podawany jest na koder delta 2, który zamienia, w takt zegara 6, napięcie analogowe na odpowiadający mu ciąg zer i jedynek, który stanowi dane dla szyfratora 4. Szyfrator 4 przetwarza synchronicznie z zegarem 6 ciąg cyfrowy na pseudo przypadkowy ciąg zer i jedynek. Kolejne bity tego ciągu stanowią adres dla układu cyfrowego rodzaju modulacji 5, który wytwarza odpowiadający tym bitom przebieg napięcia analogowego o takim kształcie by widmo było jak najwęższe. Przebieg taki po odpowiednim skorygowaniu zależnie od charakterystyki radiotelefonu w układzie dopasowującym 7 może już sterować modulator kąta 8. Dalej następuje typowa transmisja, a więc powielanie, w powielaczu 9, wzmocnienia mocy w stopniu mocy 10 i wypromieniowanie przez antenę radiotelefonu. Sygnał odebrany z anteny jest wzmacniany we wzmacniaczu w. cz. 11 i p. cz. 12, podlega przemianie częstotliwości w dyskryminatorze 13, na wyjściu którego uzyskuje się przebieg analogowy podobny do przebiegu na wejściu układu dopasowującego 7. Przebieg ten musi być poddany pewnej korekcji w korektorze 14, by wyeliminować ewentualne zniekształcenia wywołane ograniczonym pasmem kanału.

Z przebiegu tego odtwarzany jest sygnał taki jak w zegarze 6, który taktuje działanie detektora niekoherentnego 16. Detektor niekoherentny 16 próbkuje w takt sygnału regeneratora zegara 15 sygnał analogowy z wyjścia korektora 14, analizując czy wartość tego sygnału jest równa zero, plus czy minus. Na tej podstawie, przy czym możliwe są różne algorytmy, podejmuje się decyzję czy wytworzyć wartość zero czy jeden. W ten sposób na wyjściu detektora niekoherentnego 16 powstaje

151 648 ciąg danych odpowiadający ciągowi w punkcie F nadajnika. Detektor niekoherentny 16 analizuje tylko chwilową odchyłkę częstotliwości /0, + 1,-1/ nie jest więc wrażliwy na dewiację i częstotliwość środkową, które są krytycznymi wielkościami przy detekcji koherentnej. Ciąg cyfrowy z detektora 16 ulega deszyfrowaniu, tworząc na wyjściu deszyfratora 17 dane, które albo mogą być przesłane do innego urządzenia lub też, jak w przykładzie, sterują dekoder delta 18, zamieniający ciąg zer i jedynek na napięcia analogowe mowy, które po wzmocnieniu we wzmacniaczu 19 napędza głośnik G.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób transmisji danych z dużą szybkością, poprzez wąskopasmowe kanały łączności i wykorzystujący zmodyfikowaną modulację częstotliwości typu GTFM, znamienny tym, że w oparciu o kilka kolejnych bitów danych wejściowych, wytwarza się w przetworniku (P), taki przebieg napięcia analogowego, którego widmo odpowiada pasmu funkcji przenoszenia Jt (ω), następnie moduluje się tym przebiegiem, wykorzystując układ dopasowujący (U), częstotliwość nośną sygnału, po czym po stronie odbiorczej, w detektorze (D), przebieg napięciowy poddaje się zdekodowaniu w oparciu o detekcję niekoherentną, polegającą na przyporządkowaniu wartościom tego napięcia odpowiednich bitów 0 lub 1, uzyskując na wyjściu układu impulsowy przebieg zawierający informację o przesyłanych danych lub stanowiący bezpośrednio dane wejściowe.
2. 2. Układ do transmisji danych z dużą szybkością, zawierający typowy radiotelefon składający się po stronie nadawczej z kaskadowo połączonych modulatora kąta, powielacza i stopnia mocy, a po stronie odbiorczej z kaskadowo połączonych dyskryminatora, wzmacniacza p. cz. i wzmacniacza w. cz., w którym wejście jest wejściem modulatora kąta, a wyjście jest wyjściem dyskryminatora, oraz dołączone do niego w torze wejściowym mikrotelefon ze wzmacniaczem, a w torze wyjściowym głośnika ze wzmacniaczem, znamienny tym, że w torze nadawczym z wyjściem (F) szyfratora (4), połączonego kaskadowo z koderem delta (2), przyłączonym do wzmacniacza (1), połączone jest wejście układu cyfrowego rodzaju modulacji (5), którego wyjście połączone jest z wejściem układu dopasowującego (7), wyjście którego jest połączone z wejściem (M) radiotelefonu, z kolei wejście sterujące układu cyfrowego rodzaju modulacji (5) połączone jest z wyjściem zegara (6), z którym są również połączone wejścia sterujące kodera delta (2) i szyfratora (4), natomiast w torze odbiorczym do wyjścia (D) dyskryminatora (13) w radiotelefonie przyłączone jest wejście korektora (14), którego wyjście (K) jest połączone z wejściem detektora niekoherentnego (16), wyjście (N) którego jest z kolei połączone z wejściem deszyfratora (17), przy czym z wyjściem (K) korektora (14) jest również połączone wejście regeneratora zegara (15), z wyjściem którego połączone są wejścia sterujące detektora niekoherentnego (16), deszyfratora (17) i dekodera delta (18), połączonych ze sobą kaskadowo i dołączonych do wzmacniacza (19).

   Fig.1

   Fig.2