Система передачи дискретной информации многопозиционными частотно-манипулированными сигналами
Изобретение относится к электросвязи и может быть и использовано в системах телемеханики для передачи и приема данных. Цель изобретения - упрощение системы и повышение ее помехоустойчивости. Цель достигается тем, что при использовании любого числа М передаваемых частот приемная сторона системы содержит только один фильтринтегратор и один амплитудный детектор, а также тем, что регистрирующий импульс выдается в моменты, соответствующие значающим моментам передаваемых сигналов, для чего в систему введены устройство подсчета максимумов и блок синхронизации. 2 з.п. флы, 4 табл.. 8 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ННОЕ ПАТЕНТНОЕ
CCP
СР) с
АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Г: .ВАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ
) 4939430/24
) 27.05.91
) 30.08.93. Бюл. ЬЬ 32
) Киевский политехнический институт
2) А.И.Ролик и В.В.Гетьман
6) Авторское свидетельство СССР .650089, кл. G 08 С 19/12, 1979.
Авторское свидетельство СССР
490153, кл, 6 08 С 19/28, 1975, ) СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНОЙ
НФОРМАЦИИ МНОГОПОЗИЦИОННЫИ ЧАСТОТНО-МАНИПУЛИРОВАНРЫМИ
ИГНАЛАМИ
Изобретение относится к электросвязи может быть использовано в системах теле-! еханики для передачи и приема данных.
Цель изобретения — упрощение систеы и повышение помехоустойчивости.
На фиг. 1 приведена структурная схема истемы; на фиг. 2 — функциональная схема одулятора; на фиг. 3 — функциональная хема устройства подсчета максимумов; на иг. 4 — функциональная схема блока синхонизации; на фиг. 5 приведены временные иаграммы, поясняющие работу модулятоа; на фиг. 6 — графики выходных напряжеий амплитудного детектора; на фиг. 6 роиллюстрирована работа устройства подчета максимумов; на фиг. 8 временными иаграммами пояснена работа блока синхонизации, Система содержит на передающей стооне источник 1.информации, модулятор 2, ыходной усилитель 3, канал 4 связи, на риемной сгороне входной усилитель 5, !
„„Я ÄÄ 1837406 А1 (s:)s Н 04 (27/10, G 08 С 19/16 (57) Изобретение относится к электросвязи и может быть и использовано в системах телемеханики для передачи и приема данных.
Цель изобретения — упрощение системы и повышение ее помехоустойчивости. Цель достигается тем, что при использовании любого числа M передаваемых частот приемная сторона системы содержит только один фильтринтегратор и один амплитудный детектор, а . также тем, что регистрирующий импульс выдается в моменты, соответствующие значаю- щим моментам передаваемых сигналов, для чего в систему введены устройство подсчета максимумов и блок синхронизации. 2 з.п. флы, 4 табл., 8 ил. фильтр-интегратор 6, амплитудный детек- Я тор 7, устройство 8 подсчета максимумов, выходной регистр 9 и блок 10 синхронизации.
Модулятор 2 (фиг. 2) содержит элемент .
И 11, счетчик 12, регистр 13, преобразователь 14 кода, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 15, сумматор 16, тактовый генератор 17, счетчик 18.
Устройство 8 подсчета максимумов (фиг.. СО
3) содержит компаратор 19, элемент И-НЕ (д)
20; инвертор 21, элемент НЕ 22, счетчики 23 и 24, ЦАП 25, формирователи 26 и 30 импуль- р сов, счетчик 27, дешифратор 28, тактовый генератор 29; а Блок 10 синхронизации (фиг. 4) содержитдва вентиля 31 и 32. два компаратора 33 и 34, два счетчика 35 и 36, элемент ИЛИ 37,,ф формирователь 38. юЪ
Система работает следующим образом.
Предлагаемая информация от источника 1 информации поступает на модулятор 2
1837406 в параллельном M-разрядном двоичйом коде и по синхроимпульсу записывается в регистр 13. В модуляторе 2 каждой входной
M-разрядной кодовой комбинации ставится в соответствие выходной сигнал определенной частоты fi i = 1-М, где М - 2, следующим образом..Очередная передаваемая кодовая комбинаци, записанная в регистре
13, поступает на адресные входы преобразователя 14 кода и определяет номер соответствующей частоты, которую необходимо передать в канал связи, Счетчик 18 с входной разрядностью 1 по тактовым импульсам генератора 17 осуществляет опрос адресного поля, определенного выходным кодом регистра 13, на выходе преобразователя 14 кода формируется изменяющийся по тактовым импульсам генератора 17 код, который после преобразования в аналоговую форму
ЦАП 15 и вычитания постоянной составляющей сумматором 16 представляет собой синусоидальный сигнал требуемой частоты.
Полный период каждой частоты должен быть сформирован на один цикл опроса адресных входов преобразователя 14 кода счетчиком 1.8, поэтому ввиду того, что частота тактового генератора 17 постоянна, а периоды разных частот различны, в модуляторе введена связь выходов преобразователя 14 кода с входами предварительной установки счетчика 18, управляющая длительностью цикла работы счетчика следующим образом.
При появлении на выходе преобразователя 14 кода кодовой комбинации, соответствующей последнему такту аппроксимации периода любой из частот, одновременно (in только в этом случаев) появляется сигнал высокого уровня на (n+ 1)-м выходе преобразователя 14 кода — признак завершения формирования полного перйода частоты, Этим сигналом (по его переднему фронту) счетчик 18 обнуляется (возврат в начало периода). Если синхроимпульс отсутствует (необходимо продолжать формировать сигнал этой же частоты), то счетчик
18 снова начинает опрашивать то же адресное поле (определенное входным кодом сдвигового регистра 13), что и в предыдущем цикле. Поскольку значения синусоидального сигнала в начале и в конце периода равны (целесообразно принять нулевое значение), то при этом никаких скачков напряжения на выходе ЦАП нет. Если же в описанный момент синхроимпульс присутствовал на первом входе логического элемента И 11, то не выходе регистра 13 появляется следующая передаваемая кодовая комбинация, адресное поле преобразо- вателя 14 кода, опрашиваемое счетчиком
18, изменяется соответствующим образом.
Начинается формирование периода определенной выходным кодом регистра 13 новой частоты, В конце периода снова появляется сигнал высокого уровня на (n+1)-M выходе преобразователя 14 кода.
Синхронизация сигналов на входах элементов И 11 осуществляется следующим образом. В конце тактового интервала
10 источник 1 информации после установления на шине данных (информационные входы регистра 13) нового слова выдает синхроимпульс (первый вход элемента И 11) и не снимает его до тех пор, пока не будет закончено
15 формирование периода ранее передаваемой частоты. По окончании формирования импульс с (п+1)-го выхода преобразователя
14 кода поступает на второй вход элемента
И 11. По выходному импульсу элемента И 11
20 новая кодовая комбинация записывается в регистр 13 и одновременно источником информации (через вход обратной связи) снимается синхроимпульс с нулевого входа элемента И 11.
Счетчик 12, работающий в режиме счетного триггера, служит для внесения в передаваемые сигналы информации об их. значащих моментах. Для этого информация в преобразователе 14 кода записана таким
30 образом, что при наличии на его адресном входе, подключенном к выходу счетчика 12, сигнала низкого уровня с начала значающего интервала происходит формирование выходного кода, соответствующего сигнала
35 sinWt, где \И определяется частотой такто2_#_ 1г. ваго генератора fi, как W —, где t—
2с разрядность счетчика 12, а при наличии сиг4 нала высокого уровня с начала значающего интервала формируется код, соответствующий сигналу sin(Wt+a).
Конкретно преобразователь 14 кода может быть запрограммирован, напримео, следующим образом.
Пусть при M = 8, m = 3, n = 6, hf = 1/Т=
100 Гц, где Л f — разнесение между соседними частотными позициями, используется пятиразрядный счетчик 12 (t = 5). При этом значения формируемых частот, их периоды приведены в табл. 1. При этом формировании сигнала с частотой f> используются все
32 адреса с выхода счетчика 12, для которого в этом случае необходима тактовая часто5 та генератора 17.
f„= ft *32 = 3200 (Гц) (1) с периодом
Ттг = 1/ тг = 3,125 * 10 (c).
В табл, 1 также приведено количество
N<>i тактовых импульсов генератора 17, ко1837406
45
50 та1ь в режиме вычитания, что приводит к уменьшению сигнала обратной связи. Как только входной сигнал превысит сигнал об55 торыми формируется один период сигнала с частотой fi, i = 2,М. определенное как гати! = 1/f * Ттг. (2)
В табл. 2 приведены значения в относи.тельных единицах от -1 до 1 синусоидальых сигналов частот f>, f4 и fa.
При программировании преобразовауеля 14 кода необходимо участя, что выходое напряжение ЦАП 15 в общем случае определяется как
0вых цдп = k(2 Ап+ 2" An-1+ ... + 2 А2
+ 1.А1), (3) де Ai, j - 1,n — значения логического уровня а и-м входе
ЦАП 15, Al 6 (О; 1};
Uon
Uon опорное напряжение и
)an.
B данном случае при п = 6 и при 0ОП = 1 ыражение (3) имеет вид
0вых ЦАп = — (32 A6 + 16 A5 + ... + 1
64
E А1). (4)
В табл. 3 сведены полученные по выраению (4) входные коды ЦАП 15, обеспечиающие появление на его выходе ребуемых значений синусоидального сигала, например, частоты f1(см. табл. 2), Покольку 0 0»< цдп 1, то это апряжение нормируется согласно выражеию
0я+1
0вых цйп = (5)
Для того, чтобы убрать постоянную со-! тавляющую на выходе ЦАП 15, его выход одключен к сумматору 16.
По данным табл. 3 строится таблица рограммирования преобразователя 14 коа, фрагмент которой (адресное поле для ормирования сигнала частотой f<) привеен в табл. 4, Для случае i = 1 бит 17 признака конца ериода может не учитываться, так как пеиод формирования сигнала этой частоты овпадает с периодом работы счетчика 18, днако для пояснения принципа програмирования в общем случае бит В7 в табл. 4 оказан
Временные диаграммы, поясняющие аботу модулятора 2, приведены на фиг. 5.
Выходной сигнал модулятора усиливатся усилителем 3 и по каналу 4 связи постуает на входной усилитель 5, где роисходит усиление частотных сигналов, оторые затем поступают на фильтр-интегатор 6. Приемник в заявляемой системе спользует ортогональные частотные сигалы, у которых при длительности единичого элемента, равной Т, разнос Ж между
40 любыми двумя соседними позициями частоты равен 1/Т. Для приема таких сигналов (Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. — 2-е изд., перераб. и доп, — M.:
Сов.радио, 1970, с. 728) коммутируемый фильтр-интегратор является согласованным фильтром. Огибающая О,l - 2, М,-сигнала с выхода фильтра-интегратора 6 (сигнал на выходе амплитудного детектора
7), настроенного на первую позицию частоты 1 при поступлении на его вход частоты К
i - 2, М, (Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. — 2-е изд., перераб. и доп. =, M.: Сов,радио, 1970, 728 с) описывается выражением (По выражению (6) на фиг. 6 построены выходные сигналы амплитудного детектора 7 при воздействии на вход фильтра с резонансной частотой f1 сигналов с частотой К i = 1, 8.
Легко видеть, что количество максимумов выходного сигнала Мыак связано с номером частотной позиции i соотношением
i = Йбеакс + 1 (7)
Для определения номера частотной позиции по выражению (7) приемник системы содержит устройство 8 подсчета максимумов, работающее следующим образом.
Основу устройства составляет аналогоцифровой преобразователь, выполненный
Ilo известной схеме (см„например, Гнатек
Ю.P. Справочник по цифроаналоговым и аналого-цифровым преобразователям: Пер. с англ. Под ред. 10.А,Рюжина. — M Радио и связь, 1982, с, 318).
Счетчики 23 и 24 осуществляют преоб* разование тактовых импульсов генератора
29 в двоичный код. Этот код подается на
ЦАП 25, где преобразуется в аналоговый сигнал, который компаратором 19 сравнивается с входным аналоговым сигналом, поступающим с амплитудного детектора 7.
Если входной сигнал мечьше сигнала обратной связи с выхода ЦАП 25, -.о счетчик
23 по выходному управляющему сигналу (нОп} компаратора 19, поданному через логические элемента 20, 21 и 22, начинает раборатной связи, первый счетчик 23 по сигналу компаратора 19 начинает работать в режиме суммирования, увеличивая тем самым сигнал обратной. связи, Логические элементы 20, 21 и 22 предназначены для преобразования выходных сигналов компаратора 19 в соответствую1837406
35 сный вход определенного уровня на выходе 40
55 щие кодовые комбинации, управляющие работой счетчиков 23 и 24.
Изменение сигнала на выходе компаратора 19 определяет смену знака производной входного сигнала. Переход выходного сигнала.компаратора 19 от уровня логической "1" к "0" соответствует моменту максимума, поэтому по каждому заднему фронту выходного сигнала компаратора 19 запускается первый формирователь 26 импульсов, выдающий сигнал о присутствии в данный момент времени максимума во входном сигнале. Выходные импульсы формирователя
26 подсчитываются третьим счетчиком 27, Выходной код третьего счетчика 27 преобразуется дешифратором 28 и поступает на выходной регистр 9, куда он записывается в конце значащего интервала по переднему фронту синхроимпульса с выхода блока 10 синхронизации. Через определенное время, необходимое для срабатывания выходного регистра 9 и определяемое длительностью синхроимпульса, появляется сигнал высокого уровня на выходе второго формирователя 30 импульсов, которым счетчик 27 обнуляется, синхроимпульсом также обнуляются счетчики 23 и 24. Устройство инициализировано для работы на сле дующем значащем интервале.
Временные диаграммы, поясняющие работу устройства подсчета максимумов. приведены на фиг. 7, Блок 10 синхронизации определяет моменты изменения фазы входных частотных сигналов на 180 следующим образом.
Положительная полуволна синусоидального сигнала поступает через вентиль
31 на положительный вход компаратора 33, после превышения ею поданного на инверкомпаратора формируется передний фронт импульса (фиг. 8), после уменьшения до указанного уровня Ul сигнала полуволны происходит формирование отрицательного фронта импульса. Таким образом; по приходе каждой положительной полуволны на выходе компаратора 33 формируется импульс.
Аналогично по приходе отрицательной полуволны появляется импульс положительной полярности на выходе компаратора
34. Очевидно, что при отсутствии манипуляции фазы частотного сигнала на 180 выходные импульсы компараторов 33 и 34 чередуются во времени (фиг. 8). В этом случае счетчики 35 и 36, подсчитав один импульс с выходов компараторов 33 и 34 соответственно. обнуляются выходным сигналом компараторов 34 и 33 соответственно. B таком режиме сигнал высокого уровня на выходах 02 счетчиков не может появить5
25 ся. Если произошла манипуляция фазы на
180, что соответствует значащему моменту сигнала, то на вход одного из счетчиков поступают два импульса при остутствии обнуления, на выходе логического элемента ИЛИ
37 появляется сигнал высокого уровня, по которому формирователем 38 формируется синхроимпульс (фиг. 8).
Заявляемая система более проста по сравнению с прототипом, поскольку содержит не M фильтров-интеграторов и М амплитудных детекторов, а один фильтр-интегратор и один амплитудный детектор, а также обладает более высокой помехоустойчивостью, поскольку для синхронизации используется фазовая манипуляция сигналов, в отличие от прототипа, где значащие моменты сигналов определялись при превышении выходными сигналами амплитудных детекторов фиксированных уровней. что приводило к неэффективному использованию энергии сигнала и низкой помехоустойчивости.
Основным источником получения положительного экономического эффекта является снижение затрат на производство системы путем ее упрощения. Более высокая помехоустойчивость заявляемой системы позволяет более эффективно использовать арендуемые каналы связи, что также дает определенные положительный эффект.
Формула изобретения
1. Система передачи дискретной информации многопозиционными частотно-манипулированными сигналами, содержащая на передающей сторону последовательно соединенные источник информации, модулятор и выходной усилитель, при этом выход модулятора соединен с входом обратной связи источника информации, выход усилителя соединен c каналом связи. на приемной стороне входной усилитель, фильтр-,интегратор, амплитудный детектор и выходной регистр, отличающаяся тем, что, с целью упрощения и повышения помехоустойчивости, в нее введены на применой стороне блок синхронизации и блок подсчета количества максимальных значений, вход входного усилителя подключен к выходу канала связи, к его выходу подключены пос„едовательно соединенные фильтр-интегратор, амплитудный детектор» блок подсчета максимального значения и выходной регистр, выход входного усилителя соединен с входом блока синхронизации, выход которого подключен к второму входу фильтра-интегратора, к соответствующимй входам блока подсчета количества максимальный значений и выход- . ного регистра.
1О
1837406
Та блица 1
2. Система поп. 1, отл ичающаяся ем, что модулятор содержит элемент И, два четчика, регистр, преобразователь кода, ифроаналоговый преобразователь, суммаор. тактовый генератор, первый вход элеента И соединен с выходом инхронизации источника информации, выод элемента И подключен к входу обратной вязи источника информации и к тактовому ходу первого счетчика, информационными ходами модулятора являются информацинные входы регистра, к тактовому входу оторого подсоединен выход элемента И, аждый из М выходов регистра подключен к оответствующему входу преобразователя ода, к входам которого также подключены
ыходы второго счетчика, выходы преобраователя кода подключены к входам цифроналогового преобразователя, выход оторого подключен к первому входу суммаора, второй вход которого является входом напряжения постоянного уровня. выход умматора является выходом модулятора, :выход тактового генератора подключен к счетному входу второго счетчика, выходы оторого соединены с соответствующими ходами преобразователя кода, М+1-й выход которого соединен с входом обнуления второго счетчика и с. вторым входом элемента И.
3. Система поп.1.отл и чаю щаяся тем, что блок подсчета максимального значения сигнала содержит компаратор, инвер.тор, два элемента И-НЕ, три счетчика, 5 цифроаналоговый преобразователь, два формирователя импульсов, дешифратор и тактовый генератор. причем входом блока является первый вход компаратора, выход которого подключен к первому входу перво10 го элемента И-НЕ, и через инвертор — к первому входу второго элемента И-НЕ, вы. ход которых подключен к счетным входам первого счетчика, выход переноса котброго соединен с соответстсующими счетными
f5 входами второго счетчика, а разрядные выходы первого и второго счетчиков подклю-. чены к входам цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к второму входу компаратора, вы20 ход которого подключен через первый формирователь импульсов к счетному входу третьего счетчика, разрядные выходы которого соединены,с информационными входами дешифратора, выходы
25 которого являются выходами блока, к вторым входам элементов И-НЕ подключен вход генератора, входы обнуления всех счетчиков соединены через второй формирователь импульсов с входом син30 хронизации блока.
1837406
1 абли ца2
20
30
Продолжение табл.2
; .синтезируемого сиг» нала
Такт Значение
Требуемое значение выходного напряжения
Цдл 15, отн,ед.
Т аблица 3
0оот ветст вуаций входной коЦДП 15 д6 д5 д4 д3 дг д!
1
1
О
О
О
О
О
0
О .О
О
О
О
1
О
О
О
О
О.
О
О
О
1
3
5
7
9
11
12
13
14
16 !
18
19
21
22
23
24
26
27
28
29
0
0,195
0,383
0,555
0,707
0,831
0,924
0,980 .!
0,980
0,924
0,831
О, 707
0,555
О 383
0,195
-О, 195
-0,383
-0,555. .-0,707
-0,831
-0,924
-0,980
-1
-0,980
-О, 924
-0,831
-0,707
-0,555
-0,383
-О, 195
0,5
0,598
0,692
0,777
0,853
0,9!5
0,962
0,990
0,990
0,962
0,915
0,853
0,777
0,692
0,598
0,5
0,403
О 309
0,223
0,146
0,0845
0,0380
0,01
О
0,01
О, 038
0,0845
0,146
0,223
0,309
0,403
1 1
1 1
1 1
0 О
О 1
1 1
О О
О 1
1 О
1. 1
1 1
1 1
1 1
1 0
0 1
О О
1 1
О 1
0 О
1 О
0 О
1 О
1 О
О 1
0 0
О О
0 О
О О
О 0
О 1
1 О
1 О
О О
1 О
О О
1 1
О О
О 1 1 1
1 1
1 О
1. О
1 1
1 О
1 0
1 1
1 l
О 1
0 О
1 1
О О
О
1 О
О .1
0 1
1 О
О 1
О О
О 1
1 О
О 1
О 1
1 О
1 1
1 О
1837406
Т аблица 4 выходной код преобразователя 14 (входной код для мАП) Примечания
А2 до ("1
А7 Ав
А6
АЭ
А5
АЗ
Аl в6 е5 в4 вз в2 е! le7
12 13 14 15 16 17 18
9 10
А1А2АЗдвоичный номер частоты
f(О О
1 О
О О О
0 1 1
1 О
1 О
0 О О
0 О О
О О О
1 О О
О О
О 0
О О
1 О
О О
1 О
О
1 О
1 0
О О
1 1 О
О О 0
О 1 1
1 О 1
1.. 1 1
1 1 1
1 О
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
О О О
О 0 О
0 О О
0 О О
0 О 0
О О .а
О О 1 . О
О 1 1 О
О О, О 1
0 1 О 1
О О 1 1
О 1 1 1
О О
О .О
О 0
0 0
О О
О О
Формирование сигнал
О О
1 О
О 1
О 1
О О
О О
1 О
0 О
1 О
1 О
О О
1 О
О О
sin2lrЕ t (ЛО=О) 1 1 1
1 1 1
1 1 . 1
1 1 1
0 О О
О О О
О 0 О
0 О О
О 0 О
О О О
О О О
0 О О
1 О 0
О О
О О
О О
0 О
О О
О О
О О
О О
О 0
О О
О О
О О
О О
О О l
1 О 1
О 1 1
1 1 1
0 О О
1 О О
0 1 О
1 1 О
0 О 1
1 О 1
О 1
1 1
О, О О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О а О
О
Бит Е7признак конца периода Формйруемой синусоиды
Формирование сигнала
sin(27f<.t+ H
)(Ao--1) 0 О
О О
1 О
1 О
1 0
О О
l О
О 1
1 1 1
1 1 1
l 1 1
1 1 1
1 1 „1
1 l т1
1 1 1
1 1
О О О
О О О
О 0 О
О О О
О 0 О
О О О
О О О
О О О
О О О
1 О О
0 1 О
1,1. О
О О 1
1 О 1
О 1 1
1 1
Т
Така Адресный код преобразователя 14
2 0
3 О
4 О
5 О
6 0
7 О
° °
28 0
29 О
30 О
31 О
О 1
1 1
3 1
4 1
5 1
7
8 1
° ° ° ° ° ° °
24 1
25 1
26 1
27 1
28 1.
29 1
39
31 1
О О
О 1
1 0
1 0 1 0
О 1
0 1
0 О
О О
О О
О О
О 0
О О
° ° 1 1
1-:; 1
1 1. 1
1 1
1 0,1 О
1 О 1
0 О 1
0 0 0
О 0 О
О О, О
1 О 1
0 О 1
1 О 1
О .О
0 1 О
С О 1
0 .,О О
О 0. О с ° ° ° ° ° ° ° °
1 1 1
1 1 l
1 0
О 1, .I
0 О О
1 1 О
0 1 1
О О О
1837406
1837406
1N"
1837406
1837406.Составитель А.Ролик
Техред М.Моргентал
Корректор С.Лисина
Редактор
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 2871. Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР—
113035 Москва Ж-35 Ра шская наб. 4/5
