RU2143780C1

RU2143780C1 - Transmitter of phase-keyed signals

Info

Publication number: RU2143780C1
Application number: RU99101600A
Authority: RU
Inventors: И.Г. Безгинов; Г.Ф. Провоторов; Г.С. Нахмансон; Е.И. Елфимов
Original assignee: Государственное унитарное предприятие Воронежский научно-исследовательский институт связи
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 1999-12-27

Abstract

FIELD: digital information transmission, in particular, radio channels for communication with mobile and stationary objects. SUBSTANCE: device has information source, phase modulator, balance modulator, control unit, pseudorandom sequence generator, synchronization unit, carrier frequency oscillator, n electronic gates, direct current source and adder. EFFECT: decreased power losses, increased efficiency. 4 dwg

Description

Устройство относится к области передачи дискретной информации и может быть использовано в радиоканалах для осуществления передачи информации при связи как с движущимся, так и неподвижными объектами. The device relates to the field of transmission of discrete information and can be used in radio channels for the transmission of information in communication with both moving and stationary objects.

Известны передающие устройства фазоманипулированных сигналов (см. Л.Е. Варакин "Системы связи с шумоподобными сигналами" М., "Р. и С." 1985 г. стр. 18 рис. 1.9a), в котором информация поступает на вход широтно-импульсного модулятора, с выхода которого ШИМ сигнал подается на вход фазового модулятора. На второй вход фазового модулятора подается ФМ ШПС, формируемый генератором ФМ. Фазоманипулированный сигнал с выхода фазового модулятора, содержащий информацию, поступает на вход модулятора, в котором осуществляется балансная модуляция колебания с несущей частотой от ГНЧ. Затем усиленный по мощности в усилителе мощности сигнал через антенну излучается в пространство. Transmitting devices for phase-shifted signals are known (see L.E. Varakin, “Communication Systems with Noise-Like Signals,” M., “R. and C.” 1985, p. 18, Fig. 1.9a), in which information is input to the latitudinal pulse modulator, the output of which the PWM signal is fed to the input of the phase modulator. At the second input of the phase modulator is fed FM ShPS formed by the FM generator. The phase-manipulated signal from the output of the phase modulator, containing information, is fed to the input of the modulator, in which balanced modulation of the oscillation with the carrier frequency from the LFO is carried out. Then, the signal amplified in power in the power amplifier through the antenna is radiated into space.

Известны также передающие устройства (там же стр. 19 рис. 1.11a и стр. 20 рис. 1.12a) для цифровых систем связи. Transmitters are also known (ibid., P. 19, fig. 1.11a and p. 20, fig. 1.12a) for digital communication systems.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является передающее устройство цифровой системы связи с фазоманипулированным ШПС, приведенное в книге Л.Е.Варакина " Системы связи с шумоподобными сигналами", М., "Р. и С". 1985 г. стр. 16 рис. 1.7a, принятое за прототип. The closest in technical essence to the claimed object is a transmitting device of a digital communication system with a phase-shift keyed ShSS, given in the book of L.E. Varakin "Communication systems with noise-like signals", M., "R. and C." 1985 p. 16 p. 1.7a adopted as a prototype.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где введены следующие обозначения:
1 - источник информации,
2 - фазовый модулятор,
3 - балансный модулятор,
4 - усилитель мощности,
5 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП),
6 - синхронизатор,
7 - генератор несущей частоты (ГНЧ).In FIG. 1 shows a functional diagram of a prototype device, where the following notation is introduced:
1 - source of information,
2 - phase modulator,
3 - balanced modulator,
4 - power amplifier
5 - pseudo-random sequence generator (GPSP),
6 - synchronizer,
7 - carrier frequency generator (LFO).

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи: источник информации 1 последовательно соединен с фазовым модулятором 2, балансным модулятором 3 и усилителем мощности 4, синхронизатор 6 через генератор ПСП 5 соединен со вторым входом фазового модулятора 2, а ко второму входу балансного модулятора 3. The prototype device has the following functional relationships: the information source 1 is connected in series with the phase modulator 2, the balanced modulator 3 and the power amplifier 4, the synchronizer 6 through the generator PSP 5 is connected to the second input of the phase modulator 2, and to the second input of the balanced modulator 3.

Работает устройство-прототип следующим образом. The device prototype works as follows.

От источника информации 1 последовательность двоичных единиц 1 и 0 со скоростью R = 1/T поступает на вход фазового модулятора 2, где T - длительность одного информационного символа. На второй вход фазового модулятора 2 поступает фазоманипулированный сигнал (ПСП) от генератора псевдослучайной последовательности 5. Фазоманипулированный сигнал имеет длительность T и представляет собой последовательность видеоимпульсов 1 и 0 длительность τ_o= T/N, где N-число импульсов. Обычно считают, что база ФМ сигнала примерно равна числу импульсов, т. е. β ≈ N. Работой генератора ПСП 5 управляет синхронизатор 6, который формирует необходимые сигналы управления и частоты. Последовательность ШПС в виде ФМ сигналов, переносящая информационные символы, поступает в балансный модулятор 3, в котором осуществляется балансная модуляция колебания с несущей частотой ФМ сигналом. Колебание с несущей частотой создается генератором несущей частоты 7. Усилитель мощности 4 усиливает фазоманипулированный сигнал, а затем через антенну излучается в пространство.From the information source 1, a sequence of binary units 1 and 0 with a speed of R = 1 / T is fed to the input of the phase modulator 2, where T is the duration of one information symbol. The second input of the phase modulator 2 receives phase-shift keyed signal (CAP) from the generator 5. The phase-shift keyed pseudorandom sequence signal has a duration T and is a sequence of 1 and 0 videopulses duration τ _o = T / N, where N-number of pulses. It is generally believed that the base of the FM signal is approximately equal to the number of pulses, i.e., β ≈ N. The operation of the PSP 5 generator is controlled by a synchronizer 6, which generates the necessary control signals and frequencies. The sequence of SHPS in the form of FM signals, carrying information symbols, enters the balanced modulator 3, in which the balanced modulation of the oscillation with the carrier frequency of the FM signal is carried out. The oscillation with the carrier frequency is created by the carrier frequency generator 7. The power amplifier 4 amplifies the phase-shifted signal, and then is emitted through the antenna into space.

Недостатком передающих устройств, приведенных к качестве аналогов и устройства-прототипа, является проблема снижения и мощности потерь в электропреобразовательных приборах. The disadvantage of transmitting devices, reduced to the quality of analogues and prototype devices, is the problem of reducing and power losses in electro-converting devices.

Проблема снижения мощности потерь решается различными путями, например использованием усилителей с квантованием входного сигнала, обеспечением бигармонического и ключевого режимов работы. Из указанных режимов работы особо следует выделить широко используемый энергетический эффективный ключевой режим работы электропреобразовательных приборов (транзисторов, тиристоров). Однако современные устройства, использующие ключевые режимы работы, имеют существенные недостатки. Основной из них состоит в широком спектре гармоник выходных колебаний. Применение пассивных фильтрующих элементов для фильтрации гармоник до требуемого уровня приводит к ухудшению технико-экономических и особенно массогабаритных показателей устройств. Для обеспечения высокой энергетической эффективности, улучшения массогабаритных показателей путем сокращения или исключения фильтрующих устройств при сохранении высоких требований к спектральному составу выходных колебаний следует применить формирователи гармонических колебаний (ФГК), выходное напряжение в которых имеет ступенчатую форму (см. фиг. 2). The problem of reducing power losses is solved in various ways, for example, using amplifiers with quantization of the input signal, ensuring biharmonic and key modes of operation. Of these operating modes, the widely used energy-efficient key mode of operation of electro-conversion devices (transistors, thyristors) should be highlighted. However, modern devices that use key modes of operation have significant drawbacks. The main one consists in a wide range of harmonics of the output oscillations. The use of passive filtering elements for filtering harmonics to the required level leads to a deterioration in the technical, economic and especially overall dimensions of the devices. To ensure high energy efficiency, improve overall dimensions by reducing or eliminating filtering devices while maintaining high requirements for the spectral composition of the output oscillations, harmonic oscillation generators (FGCs) should be used, in which the output voltage has a step shape (see Fig. 2).

Для снижения мощности потерь в устройство-прототип, содержащее последовательно соединенные источник информации, фазовый модулятор, балансный модулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты, второй вход фазового модулятора через генератор ПСП соединен с выходом синхронизатора, введены блок управления, вход которого соединен с выходом балансного модулятора, n - выходов блока управления соединены соответственно с управляющими входами n - ключей, два выхода источника постоянного тока соединены соответственно с двумя сигнальными входами каждого из n - ключей, выход которого из которых соединен соответственно с n входами сумматора, выход которого подключен к антенне. To reduce the power loss in a prototype device containing a series-connected information source, phase modulator, balanced modulator, the second input of which is connected to the output of the carrier frequency generator, the second input of the phase modulator through the PSP generator is connected to the synchronizer output, a control unit is introduced, the input of which is connected with the output of the balanced modulator, n - outputs of the control unit are connected respectively to the control inputs of n - keys, two outputs of the DC source are connected respectively with two signal inputs of each of n - keys, the output of which is connected respectively to the n inputs of the adder, the output of which is connected to the antenna.

На фиг. 3 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:
1 - источник информации,
2 - фазовый модулятор,
3 - балансный модулятор,
4 - блок управления,
5 - генератор ПСП,
6 - синхронизатор,
7 - генератор несущей частоты,
8₁ - 8_n - электронные ключи,
9 - источник постоянного тока,
10 - сумматор.In FIG. 3 shows a functional diagram of the proposed device, where it is indicated:
1 - source of information,
2 - phase modulator,
3 - balanced modulator,
4 - control unit
5 - generator PSP,
6 - synchronizer,
7 - carrier frequency generator,
8 ₁ - 8 _n - electronic keys,
9 - a constant current source,
10 - adder.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи: последовательно соединенные источник информации 1, фазовый модулятор 2, балансный модулятор 3 и блок управления 4, n выходов которого соединены соответственно с управляющими входами n электронных ключей 8₁ - 8_n, выходы каждого из которых соединены соответственно с n-входами сумматора 10, а выход этого сумматора подключен к антенне. Второй вход фазового модулятора 2 через генератор ПСП 5 соединен к выходу синхронизатора 6, а второй вход балансного модулятора 3 соединен с выходом генератора несущей частоты 7.The proposed device has the following functional relationships: a series-connected information source 1, a phase modulator 2, a balanced modulator 3 and a control unit 4, n outputs of which are connected respectively to the control inputs of n electronic keys 8 ₁ - 8 _n , the outputs of each of which are connected respectively to n the inputs of the adder 10, and the output of this adder is connected to the antenna. The second input of the phase modulator 2 through the PSP generator 5 is connected to the output of the synchronizer 6, and the second input of the balanced modulator 3 is connected to the output of the carrier frequency generator 7.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. От источника информации 1 последовательность двоичных единиц 1 и 0 со скоростью R = 1/T поступает на вход фазового модулятора 2, где T - длительность одного информационного символа. На второй вход фазового модулятора 2 поступает фазоманипулированный сигнал от генератора псевдослучайной последовательности 5. Фазоманипулированный сигнал, поступающий от генератора 5, имеет длительность T и представляет собой последовательность видеоимпульсов 1 и 0 длительностью τ = T/N, где N - число видеоимпульсов. Обычно считают, что база ФМ сигнала примерно равна числу импульсов, т.е. β ≈ N. Работой генератора ПСП 5 управляет синхронизатор 6, который формирует необходимые сигналы управления и частоты. Последовательность ШПС в виде ФМ сигнала, переносящая информационные символы, поступают в балансный модулятор 3, в котором осуществляется балансная модуляция колебания с несущей частотой ФМ сигналом. Колебания с несущей частотой создаются генератором несущей частоты 7. Сигнал с выхода балансного модулятора (ШПС) подается на вход блока управления 4, где производится квантование его по уровню и формирование прямоугольных импульсов, аналогичных на фиг. 2, которые затем подаются по n - выходам на управляющие входы n ключей 8₁ - 8_n соответственно. На сигнальные входы этих ключей подается двухполярное напряжение постоянного тока от источника 9. В результате на выходах электронных ключей 8₁ - 8_n будет сигнал прямоугольной формы с равными амплитудами A₁ = A₂ = A₃ = ... A_n и, равными амплитуде источника постоянного напряжения 9. Эти сигналы затем поступают на сумматор 10, где происходит их суммирование и на выходе этого сумматора образуется ступенчатое напряжение (см. фиг. 2), которое поступает в антенну и излучается в пространство.The proposed device operates as follows. From the information source 1, a sequence of binary units 1 and 0 with a speed of R = 1 / T is fed to the input of the phase modulator 2, where T is the duration of one information symbol. A phase-manipulated signal from the pseudo-random sequence generator 5 is received at the second input of the phase modulator 2. The phase-manipulated signal coming from the generator 5 has a duration T and is a sequence of video pulses 1 and 0 of duration τ = T / N, where N is the number of video pulses. It is generally believed that the base of the FM signal is approximately equal to the number of pulses, i.e. β ≈ N. The operation of the PSP 5 generator is controlled by a synchronizer 6, which generates the necessary control signals and frequencies. The sequence of the NPS in the form of an FM signal carrying information symbols is supplied to a balanced modulator 3, in which balanced oscillation modulation with a carrier frequency of the FM signal is carried out. Oscillations with the carrier frequency are created by the carrier frequency generator 7. The signal from the output of the balanced modulator (SHPS) is fed to the input of the control unit 4, where it is quantized by level and the formation of rectangular pulses similar to FIG. 2, which are then fed via n - outputs to the control inputs of n keys 8 ₁ - 8 _n, respectively. The bipolar DC voltage from source 9 is supplied to the signal inputs of these keys. As a result, the outputs of the electronic keys 8 ₁ - 8 _n will have a square wave with equal amplitudes A ₁ = A ₂ = A ₃ = ... A _n and equal to the amplitude source of constant voltage 9. These signals are then fed to the adder 10, where they are summed and a step voltage is generated at the output of this adder (see Fig. 2), which enters the antenna and radiates into space.

При формировании ступенчатого напряжения (СН) в предлагаемом устройстве реализуется принцип квантования входного сигнала по уровню. Повышение КПД в таких формирователях происходит благодаря тому, что при усилении сигнала прямоугольной или трапецеидальной формы с амплитудой, равной напряжению источника питания, падение напряжение на активных приборах в открытом состоянии будет мало, а КПД формирователя близок к 100%. Причем с ростом числа уровней квантования увеличивается КПД формирователя, поскольку в этом случае возрастает отношение длительности импульса к длительности фронта или имеет место усиление прямоугольных импульсов с более плоской вершиной (В.Ф.Дмитриев, Н.Б.Петяшин, М.А.Сивере "Высокоэффективные формирователи гармонических колебаний" М., "Радио и связь" 1988 г. стр. 11). When forming a step voltage (SN) in the proposed device, the principle of quantization of the input signal by level is implemented. The increase in efficiency in such shapers is due to the fact that when amplifying a rectangular or trapezoidal signal with an amplitude equal to the voltage of the power source, the voltage drop on the active devices in the open state will be small, and the shaper efficiency is close to 100%. Moreover, with an increase in the number of quantization levels, the shaper efficiency increases, since in this case the ratio of the pulse duration to the front duration increases or there is an amplification of rectangular pulses with a flatter apex (V.F.Dmitriev, N.B. Petyashin, M.A. Sivere " Highly efficient shapers of harmonic oscillations "M.," Radio and Communication "1988, p. 11).

В том время как КПД современных передатчиков достигает до десятков процентов (С.Л.Дробов, С.И.Бычков "Радиопередающие устройства", "Сов. радио", М. - 1969 г. стр. 12). Так, например, при угле отсечки θ = 90^o, КПД каскада η = 0,79ξ, а при θ = 650^o η = 0,9ξ, где ξ - коэффициент использования анодного напряжения (Передающие устройства. Под ред. Б. П.Терентьева. Изд. "Связь", М. 1972 г. стр. 19).While the efficiency of modern transmitters reaches up to tens of percent (S.L.Drobov, S.I. Bychkov "Radio Transmitting Devices", "Sov. Radio", M. - 1969 p. 12). So, for example, at a cutoff angle of θ = 90 ^o , the efficiency of the cascade is η = 0.79ξ, and at θ = 650 ^o η = 0.9ξ, where ξ is the coefficient of utilization of the anode voltage (Transmitting devices. Ed. B. P. Terentyeva, Svyaz Publishing House, Moscow, 1972, p. 19).

Один из возможных вариантов реализации блоков 8 (электронные ключи) приведен на фиг. 4, где обозначено:
12 - фазоинвертор,
11 и 14 - электронные ключи,
13 - схема "ИЛИ".One possible embodiment of blocks 8 (electronic keys) is shown in FIG. 4, where indicated:
12 - phase inverter,
11 and 14 are electronic keys,
13 is an OR diagram.

При поступлении от блока управления 4 отрицательного управляющего импульса работают инвертор 12 и ключ 14, а при поступлении положительного импульса - работает ключ 11. Upon receipt of a negative control impulse from the control unit 4, the inverter 12 and key 14 operate, and upon receipt of a positive impulse, the key 11 works.

Реализация остальных блоков и углов не вызывает никаких затруднений, т. к. все они общеизвестны и широко опубликованы в технической литературе. The implementation of the remaining blocks and angles does not cause any difficulties, since they are all well-known and widely published in the technical literature.

Claims

A phase-shifted signal transmitting device comprising a series-connected information source, a phase modulator and a balanced modulator, the second input of which is connected to the output of the carrier frequency generator, and the second input of the phase modulator through the pseudo-random sequence generator is connected to the synchronizer output, characterized in that the control unit is input which is connected to the output of the balanced modulator, n electronic keys, an adder and a constant current source, and the outputs of the control unit connected to the control inputs of n electronic keys, the outputs of which are connected to n inputs of the adder, the output of which is the output of the device, the other two inputs of each of the electronic keys are connected to two poles of the DC source.