RU2822443C1 - Способ модуляции параметров сигнала - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к системам беспроводной связи, а именно к технологии цифровой связи, и может быть использовано для передачи цифровой информации по каналам связи. Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости системы и упрощение схемы модуляции радиосигналов. Способ модуляции параметров сигнала заключается в том, что цифровые сигналы излучают с помощью передатчика через n параллельных выходных каскадов, на каждый из которых от синтезатора частот поступает одна из n частот для излучения сообщений из множества В цифровых сообщений. Излучение происходит через антенный блок, содержащий n антенн, каждый из которых подключен к источнику цифровой информации. Передатчик снабжен генератором частот и связанными с ним фазосдвигающими устройствами. Выходной регистр источника цифровой информации условно разбивают на ряд последовательно соединенных между собой К n-разрядных блоков, каждый из которых соединен с соответствующим фазосдвигающим устройством. Информация с n-разрядных блоков поступает на антенный блок, каждый выходной каскад которого излучает сигналы на заданной частоте, поступающей на него с генератора частот через соответствующее фазосдвигающее устройство. Таким образом обеспечиваются одинаковые начальные фазы для всех частот каждого К n-разрядного блока. Каждый блок К_i содержит число разрядов, определяемых как N/n, где N - разрядность выходного регистра, a n - число частот генератора, совпадающее с числом разрядов каждого К_i блока. Все К_i n-разрядные блоки имеют одинаковую амплитуду выходных импульсов, а все одноименные разряды каждого К_i блока соединены между собой, обеспечивая суммирование фаз выходных сигналов каждого из них на одной из частот, соответствующей определенному разряду выходного регистра. Алфавит передаваемых сообщений формируется как множество В=mⁿ, где m - возможное число фаз, получаемых в каждом из n выходных каскадов в результате сложения начальных фаз сигналов одноименных разрядов каждого К_i блока на любой из n частот. 1 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к системам беспроводной связи, а именно, к технике цифровой связи, и может быть использовано для передачи дискретной информации по радиоканалам связи.

Известно достаточно много способов физического кодирования цифровой информации. Наиболее эффективной в настоящее время считается многопозиционная манипуляция несущей, которая существует в виде двух основных видов: фазовая PSK и квадратурно-амплитудная QAM. При этом используется и излучается в эфир одна несущая частота.

Устройства, реализующие данные способы описаны в ряде источников, в частности, см. Скляр, Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение / Digital Communications: Fundamentals and Applications. - 2 изд. -M.: «Вильяме», 2007. - С. 1104. - ISBN 0-13-084788-7.

Недостатком этих устройств и реализуемых в них способов кодирования является ограничения по скорости передачи данных, связанные со сложностью приема сигналов, подвергнутых многопозиционной манипуляции при достаточно больших значениях параметра т.

Наиболее близким по технической сущности является принятый в качестве прототипа способ пространственного кодирования и передачи цифровой информации, заключающийся в том, что цифровые сигналы излучают в виде радиоволн через антенный блок, на который поступает соответственно одна из n частот от синтезатора частот, которые модулируются независимо друг от друга, а затем суммируются в суммирующем устройстве. Этот суммарный по всем частотам сигнал и является выходным сигналом устройства, поступающим на антенну, обеспечивая число В=2ⁿ комбинаций сигналов, излучаемых в эфир, где n - число частот синтезатора (см. патент РФ №2757486, МПК Н03М 13/00, опубл.2021 г.).

Недостатком известного способа является относительно сложная схема передатчика и, соответственно, приемника, поскольку при больших значениях алфавита передаваемых сообщений увеличивается позиционность модуляции за счет большого количества значений амплитуд и начальных фаз кодируемых сигналов, а это, в свою очередь, влечет за собой и существенное снижение помехоустойчивости сигнала, которая зависит не только от отношения сигнал/шум, но и от конфигурации используемого «созвездия».

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение помехоустойчивости системы и упрощение схемы модуляции радиосигналов.

Решение поставленной технической задачей достигается тем, что в способе модуляции сигнала, заключающемся в том, что цифровые сигналы излучают с помощью передатчика в виде радиоволн через n выходных каскадов, на каждый из которых от синтезатора частот поступает одна из n частот для излучения в эфир сообщений из множества В цифровых сообщений через антенный блок, содержащий n антенн, и каждый из которых подключен к источнику цифровой информации, согласно изобретению передатчик дополнительно снабжают генератором частот и связанными с ним фазосдвигающими устройствами, выходной регистр источника цифровой информации условно разбивают на ряд последовательно соединенных между собой К n-разрядных блоков, каждый из которых соединен с соответствующим фазосдвигающим устройством, причем информация с упомянутых блоков поступает на антенный блок, каждый выходной каскад которого излучает сигналы на заданной частоте, поступающей на него с генератора частот через соответствующее фазосдвигающее устройство, обеспечивающего для всех частот каждого К_i n-разрядного блока одинаковые начальные фазы, при этом каждый блок K_i содержит число разрядов, определяемых как N/n, где N - разрядность выходного регистра, a n - число частот генератора, совпадающее с числом разрядов каждого K_i блока, а также с числом n выходных каскадов передатчика, причем все K_j n-разрядные блоки имеют одинаковую амплитуду выходных импульсов, все одноименные разряды каждого K_i блока соединены между собой, обеспечивая суммирование фаз выходных сигналов каждого из них на одной из частот, соответствующей определенному разряду выходного регистра, при этом алфавит передаваемых сообщений формируется как множество В=mⁿ, где m - возможное число фаз, получаемых в каждом из n выходных каскадов в результате сложения начальных фаз сигналов одноименных разрядов каждого K_i блока на любой из n частот.

В изобретении в качестве информационного параметра используется только фазы сигналов - всего (2^к-1) значений начальных фаз. Контроль амплитуд сигналов для предлагаемого вида модуляции не требуется, что, очевидно, повышает помехоустойчивость системы и упрощает схему модулятора.

Способ модуляции параметров сигнала поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема фазо-частотного модулятора, поясняющая принцип фазо-частотной модуляции с использованием несущих частот, количество которых для примера принято равным четырем, а именно, f1…14.

На чертеже приняты следующие обозначения:

1В - амплитуды выходных сигналов с каждого из блоков K1, К2, К3;

ϕ=π/3, ϕ=2π/3, ϕ=7π/6 - начальные фазы сигналов на выходе блоков K1, К2, К3 соответственно;

l^1, 2¹, 3¹, 4¹- порядковые номера разрядов в каждом из K1, К2, К3 блоков выходного регистра передающего устройства;

f1, f2, f3, f4 - частоты, поступающие на выходные каскады передатчика с фазосдвигающих устройств соответствующих блоков.

Способ модуляции параметров сигнала предполагает, что цифровые сигналы с помощью передатчика излучают в виде радиоволн через n параллельных выходных каскадов антенного блока, на каждый из которых от генератора частот поступает одна из n частот для излучения в эфир через антенный блок, содержащий n антенн, цифровых сообщений из некоего множества В. Каждый из выходных каскадов подключен к источнику цифровой информации, точнее, к его выходному регистру.

Выходной регистр источника, содержащий цифровую информацию, подлежащую излучению в эфир, условно разбивают на ряд последовательно соединенных между собой n-разрядных блоков, например, K1, К2, К3. Затем информация поступает на антенный блок передатчика, каждый выходной каскад которого излучает сигналы на заданной, согласно некоторому алгоритму, частоте. Количество n-разрядных блоков К определяется по формуле К=N/n, где N - разрядность выходного регистра, а n - число частот синтезатора, совпадающее с числом разрядов каждого из K_i n-разрядных блоков, а также с числом n выходных каскадов передатчика.

Все разряды l¹ _…4¹ каждого из К блоков имеют одинаковую амплитуду выходных импульсов, но различные начальные фазы ϕ_i, а все одноименные разряды каждого из К_i блоков соединены между собой. Таким образом обеспечивается суммирование фаз выходных сигналов каждого из n разрядов на одной из частот. Множество В сигналов, которое формируется таким образом определяется по формуле В=mⁿ, где m - возможное число начальных фаз, получаемых в каждом из n выходных каскадов в результате сложения сигналов одноименных разрядов каждого K_i блока на любой из n частот.

Введение в схему фазосдвигающих устройств для каждого K_i блока фиксированных начальных фаз излучаемых сигналов повышает помехоустойчивость системы передачи сообщений.

Способ реализуется устройством, в состав которого входит выходной регистр 1 передатчик содержащий, например, 12-и разрядное двоичное число, и условно разделенный на три самостоятельных блока K1, K2, K3, каждый из которых имеет собственную начальную фазу ϕ₁ выходных сигналов, а также три фазосдвигающих устройства ФЗУ1…ФЗУ3 по числу блоков K1, К2, К3. В состав устройства входят также блок 2 выходных каскадов, содержащих четыре параллельных каналами генератор 3 частот, генерирующий четыре различные частоты f1…f4, имеющие одинаковые начальные фазы.

Способ модуляции параметров сигнала заключается в том, что цифровые сигналы с каждого из поразрядно объединенных К блоков суммируются в выходных каскадах, что позволяет для каждого числа, подлежащего передаче, получить уникальный фазо-частотный код, и в дальнейшем излучаются на соответствующих частотах. На каждой из частот излучается сигнал, имеющий начальную фазу, равную сумме начальных фаз всех трех блоков К.

Устройство реализует способ следующим образом.

При поступлении цифровой информации в выходной регистр 1 первые 16 бит записываются в любой из разрядов 11…41 первого блока К1, имеющего амплитуду выходных импульсов, например, 1В и начальную фазу, например, ϕ=π/3. Числа с большим числом битов будут записываться последовательно во второй блок К2, а затем и в третий блок К3, которые также имеют амплитуды выходных импульсов 1В, но отличные от первого выходного блока начальные фазы, например, ϕ=2π/3 и ϕ=7π/6, соответственно.

Фаза каждого поступившего с того или иного разряда 1¹…4¹ выходного регистра того или иного блока К_i "автоматически" суммируется с фазой одноименного бита одного или двух других блоков. Это позволяет для каждого числа из множества В (алфавита) передаваемых сообщений создать уникальный фазо-частотный код, соответствующий передаваемому числу.

Таким образом, каждый из четырех разрядов 1¹…4¹ каждого из блоков K1, К2, К3 может быть связан с любой из четырех частот f1…f4.

Согласно правилам Комбинаторики (см., например, Комбинаторика, Виленкин Н.Я., Виленкин А.Н., Виленкин П.А., 2006), при количестве выходных каскадов n и количестве фаз в каждом из них т, можно составить множество В=mⁿ различных комбинаций выходных сигналов.

В нашем случае рассмотрен пример, когда используется четыре частоты f1…f4 и три значения фаз разрядных сигналов выходного регистра передатчика. В качестве примера приняты следующие значения начальных фаз 3-х блоков: 60° 120° 210° (соответственно ϕ=π/3, ϕ=2π/3 и ϕ=7π/6).

В этом случае возможное число суммарных фаз на выходе каждого выходного каскада равно восьми, а их численные значения приведены в таблице.

Таким образом, сигнал может принимать 8 состояний: 00 (отсутствие сигнала) и 8 начальных фаз: 0°, 30°, 60°, 120°, 180°, 210°, 330°, 270°. Минимальное фазовое расстояние между сигнальными точками составляет 30°, что позволяет уверенно идентифицировать фазу каждого из принимаемых сигналов.

Следовательно, в нашем случае число возможных комбинаций (алфавит сообщений) В=8⁴=2¹². Это значит, что предлагаемая схема позволяет передать за один такт любое из 4096 значений кода.

При помощи предложенной схемы, используя четыре частоты, 8 фаз и не используя амплитуду сигнала в качестве информационного параметра, можно значительно повысить помехоустойчивость системы передачи сигналов. В то же время кратное снижение количества фаз передаваемых сигналов, а также исключение амплитуд, как информационного параметра, позволяет существенно повысить качество радиообмена и упростить схемы модуляции и последующей демодуляции радиосигнала.

Таким образом, изобретение позволяет повысить помехоустойчивость системы, а также упростить схемы модуляции радиосигнала.

Claims (1)

1. Способ модуляции параметров сигнала, заключающийся в том, что цифровые сигналы излучают с помощью передатчика в виде радиоволн через n параллельных выходных каскадов, на каждый из которых от синтезатора частот поступает одна из n частот для излучения в эфир сообщений из множества В цифровых сообщений через антенный блок, содержащий n антенн, и каждый из которых подключен к источнику цифровой информации, отличающийся тем, что передатчик дополнительно снабжают генератором частот и связанными с ним фазосдвигающими устройствами, выходной регистр источника цифровой информации условно разбивают на ряд последовательно соединенных между собой К n-разрядных блоков, каждый из которых соединен с соответствующим фазосдвигающим устройством, причем информация с упомянутых блоков поступает на антенный блок, каждый выходной каскад которого излучает сигналы на заданной частоте, поступающей на него с генератора частот через соответствующее фазосдвигающее устройство, обеспечивающего для всех частот каждого К n-разрядного блока одинаковые начальные фазы, при этом каждый блок K_i содержит число разрядов, определяемых как N/n, где N - разрядность выходного регистра, a n - число частот генератора, совпадающее с числом разрядов каждого K_i блока, а также с числом n выходных каскадов передатчика, причем все K_i n-разрядные блоки имеют одинаковую амплитуду выходных импульсов, все одноименные разряды каждого K_i блока соединены между собой, обеспечивая суммирование фаз выходных сигналов каждого из них на одной из частот, соответствующей определенному разряду выходного регистра, при этом алфавит передаваемых сообщений формируется как множество В=mⁿ, где m - возможное число фаз, получаемых в каждом из n выходных каскадов в результате сложения начальных фаз сигналов одноименных разрядов каждого К_i блока на любой из n частот.

Images