UA77621C2 - Method for transmitting digital data analog communication facilities - Google Patents

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до області передачі даних, зокрема до передачі цифрової інформації аналоговим каналом, а саме до передачі радіо- і телевізійних сигналів, сигналів супутникового і мобільного зв'язку, а також до провідникових систем зв'язку і т.д.

Для передачі дискретних даних аналоговими каналами застосовують модуляцію несучого гармонічного сигналу корисним цифровим сигналом. При цьому викладена у фундаментальних літературних джерелах вимога щодо значного перевищення частоти несучої над найбільш високочастотною складовою модулюючого сигналу у разі дискретних модулюючих сигналів виражається в тому, що для надійного відтворення корисного сигналу на приймальній стороні в тривалість біта повинні укладатися щонайменше декілька періодів коливань несучої.

В даний час при бездротовій передачі цифрової інформації прийняте відношення частоти несучої до частоти модулюючого сигналу становить від 10000:1 до 1000:1.

Наприклад, сучасний стандарт передачі даних ІЄЕЕЕ 802.114 передбачає передачу даних в частотному діапазоні 2500 або 5000Мгц. Максимально можлива ідеальна швидкість передачі даних складає 54Мб/с, що відповідає вказаному відношенню 46:1. Проте, слід зазначити, що дане співвідношення навіть за твердженням фірми-виробника добитися вкрай складно. Реальні ж значення швидкості передачі даних складають 1Мбіт/сек, що відповідає відношенню 2500:1.

Наприклад, з опису винаходу до патенту РФ 2211530 С2 |дата публікації 27.08.2003, МПК": НОЗМ 11/00, НО4І. 27/19) відомий спосіб передачі інформації, який полягає в тому, що на передавальній стороні перетворюють першу послідовність цифрових відліків у перший аналоговий сигнал шляхом перемножування з сигналом заданої функції відліків; передають сформований аналоговий сигнал по лінії зв'язку; на приймальній стороні приймають переданий аналоговий сигнал з лінії зв'язку; відновлюють з прийнятого аналогового сигналу першу послідовність цифрових відліків, який відрізняється тим, що на передавальній стороні перетворюють другу с 29 послідовність цифрових відліків у другий аналоговий сигнал шляхом перемножування з сигналом згаданої Ге) заданої функції відліків, при цьому моменти тактування відліків для другої послідовності цифрових відліків розташовують між моментами тактування відлікв для першої послідовності цифрових відліків; перший аналоговий сигнал отримують шляхом перетворення цифрових відліків, значення яких рівні різниці цифрових відліків згаданої першої послідовності і значень другого аналогового сигналу в моменти тактування відліків - для згаданої першої послідовності; підсумовують перший і другий аналогові сигнали, після чого і передають са сформований сумарний аналоговий сигнал лінією зв'язку; на приймальній стороні відновлюють цифрові відліки згаданої першої послідовності шляхом дискретизації прийнятого аналогового сигналу тактовою частотою; ї-о відновлені цифрові відліки згаданої першої послідовності перетворюють у перший аналоговий сигнал за Їч« допомогою сигналу згаданої наперед заданої функції відліків; віднімають відновлений перший аналоговий сигнал від прийнятого аналогового сигналу; відновлюють цифрові відліки згаданої другої послідовності з отриманого - різницевого аналогового сигналу. Згідно з даними публікації, інформаційна місткість передаваного аналоговим каналом сигналу і відповідно швидкість передачі та прийому дискретної інформації з використанням телефонної лінії може бути збільшена майже в два рази в порівнянні із стандартною обробкою сигналу. « дю На даний час найбільш передовою технологією передачі цифрових даних абонентськими телефонними -о лініями на звичайних мідних проводах є технологія ХОБІ. Зокрема, асиметрична цифрова абонентська лінія с (АОЗІ) забезпечує швидкість передачі даних у напрямку абонента 8Мбіт/с, а в зворотному напрямку 1,5Мбіт/с. :з» Разом загальна пропускна спроможність складає 9,5Мбіт/с. У повномасштабному варіанті АОБІ. за технологією

ОМТ увесь діапазон частот від 0 до 1104кГц розділяється на 256 несучих частот з кроком 4,3125кГц. Таким чином, середня пропускна спроможність одного частотного каналу шириною близько 4кГц складає приблизно -1 395 лише З7кбіт/с, що відповідає вказаній вище кількості коливань несучої на один біт інформації близько 15:1.

Задачею винаходу є розробка способу передачі цифрових даних аналоговими каналами, в якому шляхом - І зміни одного або декількох параметрів несучої частоти корисним цифровим сигналом, який має бітову частоту, б» що перевищує частоту несучої, досягається значне збільшення інформаційної місткості сигналу несучої.

Поставлена задача вирішена в способі передачі цифрових даних аналоговими каналами, при якому один або ко 50 кілька параметрів гармонічного коливання модулюють передаваною цифровою послідовністю, модульований щ аналоговий сигнал передають аналоговим каналом зв'язку, приймають і шляхом демодуляції отримують початкову цифрову послідовність, в якому згідно з винаходом модуляцію здійснюють шляхом зміни одного або декількох параметрів первинного гармонічного коливання - амплітуди, частоти, фази, поляризації - за законом ря бітової послідовності, яка має частоту слідування, що перевищує частоту первинного гармонічного коливання, передачі сформованого таким чином сигналу несучої аналоговим каналом передачі даних, причому

ГФ) демодуляцію сигналу, прийнятого з каналу передачі даних, здійснюють шляхом порівняння миттєвих значень т прийнятого сигналу з немодульованим сигналом, визначення положень і максимальних значень відхилень сигналу, виділення бітової послідовності шляхом компарування модульованих параметрів сигналу відносно емпірично визначеного порогового рівня. бо У формі здійснення винаходу методом амплітудної модуляції з гетеродинуванням частоти модуляцію здійснюють шляхом перемноження первинного гармонічного коливання з бітовою послідовністю, перемноження отриманого сигналу з сигналом гетеродина, частота якого близька до частоти первинного гармонічного сигналу, виділення смуговим фільтром модульованої несучої, що має різницеву частоту. При цьому сигнал, прийнятий з каналу передачі даних, попередньо обробляють фільтром, що має АЧХ, зворотну АЧХ смугового фільтру при бо модуляції.

Як немодульований сигнал для вилучення несучої із сигналу, переданого каналом зв'язку, у разі амплітудної модуляції з гетеродинуванням використовують сигнал, що має різницеву частоту, а у разі решти видів модуляції може бути використаний сигнал, що має частоту первинного гармонічного коливання.

Принципово можливі форми виконання винаходу, що стосуються амплітудної і/або частотної і/або фазової модуляції і/або зміни поляризації сигналу. Наведена в даному описі форма виконання винаходу стосується використання амплітудної модуляції гармонічного несучого сигналу, як найбільш наочної для розуміння. Проте вона не є вичерпною і такою, що обмежує об'єм домагань. При цьому виді модуляції є проста можливість перенесення частоти передаваної аналоговим каналом несучої у низькочастотну область спектру шляхом /о Гетеродинувания, що спрощує вимоги до каналу і до засобів апаратної реалізації способу.

У описуваній формі здійснення винаходу за основу був узятий гармонічний сигнал з частотою 200кГц (Фіг.1).

На негативну і позитивну напівхвилі періоду гармонічного сигналу з дотриманням полярності була накладена оброблена МК2-кодом випадкова бітова послідовність із швидкістю 400Кбіт/с. При цьому амплітуда імпульсів перевищувала амплітуду гармонічного сигналу в 1000 разів (Фіг.2).

Після цього на отриманий сигнал (Фіг.3) був накладений гармонічний сигнал гетеродина з частотою 16б0кГц, внаслідок чого були отримані дві складові спектру сигналу на сумарній (З6бОкГц) і різницевій (40кГц) частотах

ІФіг.4).

Була здійснена фільтрація сигналу фільтром Гауса на частоті 40кГц при смузі пропускання 1095 на рівні сигналу З дБ (Фіг.5).

Після передачі сформованого таким чином несучого сигналу (Фіг.б) аналоговим каналом зв'язку отриманий сигнал був підданий зворотній фільтрації для підняття високих частот з використанням фільтру, що має амплітудно-частотну характеристику (АЧХ), зворотну АЧХ смугового фільтру (Фіг./(а)). Потім з отриманого сигналу шляхом віднімання гармонічного сигналу, що має частоту несучої, була видалена складова несучої.

Після цього були визначені положення і максимальні значення змін сигналу (Фіг.7(6)). На Фіг.7 крива (в) сч в Відповідає сигналу Фіг.2 і наведена для наочності та полегшення розуміння обробки сигналу.

Після придушення низьких частот були визначені абсолютні значення змін амплітуд і виділена передана і) випадкова бітова послідовність шляхом компарування відносно емпірично визначеного відносного рівня 0,2 (Фіг.8(а)). На цій епюрі крива (б) також відповідає сигналу Фіг.2 і наведена для наочності та полегшення розуміння обробки сигналу. «- зо При передачі на несучій, що має частоту 40кГц, була передана, прийнята і декодована випадкова бітова послідовність з бітовою швидкістю 400Кбіт/сек, що відповідає значенню вказаного вище відношення 1:10. с

Кількість помилок: 0. Ге

У згаданому вище варіанті АОБІ за технологією ЮОМТ середня пропускна спроможність одного частотного каналу шириною близько 4кГцЦ складає приблизно З37кбіт/с. В той же час, запропонований спосіб передачі ї- цифрової інформації (описана форма здійснення винаходу) на частоті 40кГц при ширині частотного каналу 1090 М (4кКГц) забезпечує пропускну спроможність 40Окбіт/с, що на порядок вище.

Запропонований спосіб передачі цифрової інформації має по порівнянню технологією АЮ також такі переваги. По-перше, в основі АОБІ лежить квадратурна модуляція (ОАМ), при якій модулюється амплітуда і фаза несучої. В основі описаної форми здійснення винаходу лежить амплітудна модуляція, яка в порівнянні зі «

Всіма іншими способами модуляції займає найменшу смугу частот. Це забезпечує, зокрема, зменшення з с міжканальної інтерференції при багатоканальному зв'язку. . По-друге, в основі описаної форми здійснення винаходу лежить двопозиційна амплітудна модуляція. Таким и?» чином, нормована відстань між точками сузір'я на комплексній площині, яка характеризує перешкодостійкість, дорівнює 1. В той же час, 16-позиційна квадратурна модуляція САМ має відстань, рівну 0,47.

Таким чином, шляхом відповідної винаходу обробки сигналу досягається значне зменшення співвідношення -І між частотами несучого і модулюючого сигналів до значення 1:11 або менше, що означає збільшення інформаційної місткості передаваного аналоговим каналом сигналу, внаслідок чого досягається збільшена - швидкість передачі даних. б Вказані перетворення сигналів з метою попереднього визначення параметрів складових пристрою для здійснення способу були промодельовані також на комп'ютері з використанням програми МАТІАВ 7.0. де Експериментальні дані з прийнятним відхиленням відповідали результатам моделювання.

Claims (4)

- Формула винаходу

1. Спосіб передачі цифрової інформації аналоговим каналом, при якому один або кілька параметрів (Ф) гармонічного коливання модулюють передаваною цифровою послідовністю, модульований аналоговий сигнал ГІ передають аналоговим каналом зв'язку, приймають і шляхом демодуляції отримують початкову цифрову послідовність, який відрізняється тим, що модуляцію здійснюють шляхом зміни одного або декількох параметрів бо первинного гармонічного коливання - амплітуди, частоти, фази, поляризації - за законом бітової послідовності, яка має частоту слідування, що перевищує частоту первинного гармонічного коливання, передачі сформованого таким чином сигналу несучої аналоговим каналом передачі даних, а також тим, що демодуляцію сигналу, прийнятого з каналу передачі даних, здійснюють шляхом порівняння миттєвих значень прийнятого сигналу з немодульованим сигналом, визначення положень і максимальних значень відхилень сигналу, виділення бітової 65 послідовності шляхом компарування модульованих параметрів сигналу відносно емпірично визначеного порогового рівня.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що амплітудну модуляцію здійснюють шляхом перемноження первинного гармонічного коливання з бітовою послідовністю, перемноження отриманого сигналу з сигналом гетеродина, частота якого близька до частоти первинного гармонічного сигналу, виділення смуговим фільтром модульованої несучої, що має різницеву частоту.

З. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що сигнал, прийнятий з каналу передачі даних, попередньо обробляють фільтром, що має АЧХ, зворотну АЧХ смугового фільтра при модуляції.

4. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що як немодульований сигнал у разі амплітудної модуляції використовують сигнал, що має різницеву частоту. с щі 6) «- с (Се) у і -

- . и? -і -і (о) іме) - іме) 60 б5