Система связи с двухпараметрической дельта-модуляцией

 

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи. Его использование в системах передачи информации с дельта-модуляцией позволяет повысить помехоустойчивость. Система связи содержит на передающей стороне вычитатель 1, интегратор 2, тактовый генератор 3 и фильтр 6 нижних частот (ФНЧ); на приемной стороне - блок 18 синхронизации, интегратор 22 и ФНЧ 23, а также канал 15 связи. Благодаря введению на передающей стороне квантователя 4, амплитудно-импульсных модуляторов (АИМ) 5 и 13, детектора 7 огибающей, формирователя 8 информационной импульсной последовательности, амплитудного ограничителя 9, амплитудного селектора 10, делителя 11 частоты, преобразователя 12 полярности, ключевого элемента 14 и двухполупериодного выпрямителя 24, а на приемной стороне - амплитудного ограничителя 16, амплитудного селектора 17, АИМ 19, ФНЧ 20, делителя частоты 21 и двухполупериодного выпрямителя 25 позволяет передавать дополнительную информацию об огибающей, используемую для компандирования. 3 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и может быть использовано в системах передачи информации с дельта-модуляцией (ДМ).

Известно устройство связи с двухпараметрической ДМ, в котором бит ДМ информации передается пачкой более узких импульсов с дополнительной частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ) внутри пачки. Недостатком его является низкая устойчивость, т. к. устройство содержит два интегратора и представляет собой систему с астатизмом 2-го порядка.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому устройству следует считать устройство для передачи и приема информации в котором бит ДМ информации передается импульсом с дополнительной односторонней широтно-импульсной модуляцией (ОШИМ).

В устройстве-прототипе реализуется более точный закон компандирования, при котором величина ступеньки квантования пропорциональна значению ошибки рассогласования, между исходным передаваемым сигналом и сигналом аппроксимации. При этом по каналу связи на приемную сторону передается дополнительная информация о величине этой ошибки путем ОШИМ импульсом ДМ последовательности (путем "заужения" ДМ импульсов).

Однако, устройство-прототип обладает низкой помехоустойчивостью.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости.

Блок-схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1, для которого приняты следующие обозначения: 1 - вычитатель; 2, 22 - интеграторы, 3 - тактовый генератор, 4 - квантователь, 5, 13, 19 - амплитудно-импульсные модуляторы (АИМ), 6, 20, 23 - фильтры нижних частот, 7 - детектор огибающей (ДО).

8 - формирователь информационной импульсной последовательности (ФИИП), 9, 16 - амплитудные ограничители (АО), 10, 17 - амплитудные селекторы (АС),
11, 21 - делители частоты,
12 - преобразователь полярности (ПП),
14 - ключевой элемент
15 - канал связи,
18 - блок синхронизации,
24, 25 - двухполупериодные выпрямители (ДПВ),
Блок-схема устройства имеет следующие функциональные связи: на передающей стороне последовательно соединенные вычитатель 1, квантователь 4, ФИИП 8, ПП 12, АИМ 13, АО 9, АИМ 5 и интегратор 2, последовательно соединенные тактовый генератор 3, делитель 11, АС10, ДПВ 24, и ФНЧ 6, последовательно соединенные ДО 7 и элемент 14, при этом выход ФНЧ 6 подключен ко второму входу АИМ 5, выход элемента 14 соединен со вторым входом АИМ 13, первый вход вычитателя 1 объединен со входом ДО 7 и является входом устройства, выход интегратора 2 соединен со вторым входом вычитателя 1, управляющий вход элемента 14 подключен к выходу делителя 11, выход тактового генератора 3 соединен с тактовым входом ФИИП 8, выход АИМ 13 объединен с тактовым входом АС 10 и подключен ко входу канала связи 15, на приемной стороне последовательно соединенные АО 16, АИМ 19, интегратор 22, ФНЧ 23, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные блок синхронизации 18, делитель 21, АС 17, ДПВ 25, ФНЧ 20, выход которого подключен ко второму входу АИМ 19, тактовый вход АС 17 объединен со входами АО 16 и блока синхронизации 18 и соединен с выходом канала связи 15.

Устройство работает следующим образом.

На передающей стороне входной аналоговый сигнал сравнивается в вычитателе 1 с аппроксимирующим сигналом с интегратора 2 и подается на квантователь 4 на два уровня. Последний принимает решение о знаке разности: если входной сигнал больше аппроксимирующего сигнала - импульс (лог. "1"), если меньше - пауза (лог. "0"). С выхода квантователя 4 на ФИИП 8 поступает последовательность прямоугольных импульсов, которая затем "привязывается" к тактовым импульсам с генератора 3, следующим с частотой дискретизации входного аналогового сигнала. Сформированная таким образом информационная ДМ последовательность однополярных импульсов поступает на ПП 12, где преобразуется в биполярную, причем "1" соответствует положительные импульсы, а "0" - отрицательные. С выхода ПП 12 ДМ сигнал подается на АИМ 13, на другой вход которого поступает модулирующий сигнал. Этот сигнал формируется с помощью ДО 7 из входного аналогового сигнала, приходящего со входа устройства, и поступает через элемент 14 на АИМ 13 в моменты времени, определяемые частотой импульсов с делителя 11, осуществляющего деление с коэффициентом n тактовых импульсов с генератора 3. Таким образом, в АИМ 13 производится амплитудная модуляция каждого n-го импульса информационной ДМ последовательности. При этом, коэффициент n определяет частоту дискретизации огибающей с ДО 7, а элемент 14 представляет собой, по существу, дискретизатор огибающей. Сформированный в АИМ 13 сигнал двухпараметрической дельта-модуляции (ДМ-АИМ) поступает с выхода этого блока в канал связи 15 и в цепь обратной связи, представляющую собой "местный" демодулятор и формирующую сигнал аппроксимации. Это осуществляется следующим образом.

Сигнал двухпараметрической ДМ-АИМ с выхода АИМ 13 подается на АО 9, где производится его двухстороннее ограничение по амплитуде (снятие амплитудной модуляции). Полученный таким образом "чистый" ДМ сигнал поступает на АИМ 5, где осуществляется его компандирование с помощью управляющего сигнала, подающегося на второй вход этого блока. Сам управляющий сигнал формируется с помощью АС 10, ДПВ 24 и ФНЧ 6. При этом, АС 10, представляющий, по существу, стробируемый импульсами с делителя 11 ключ, выделяет из двухпараметрического ДМ-АИМ сигнала, поступающего на него, с выхода АИМ 13, только импульсы с АИМ. Эти импульсы подаются затем через ДПВ 24 на ФНЧ 6, который производит по ним восстановление (интерполяцию) огибающей входного аналогового сигнала, т. е. выполняет функцию интегратора. Подвергнутый компандированию в АИМ 5 ДМ сигнал поступает с выхода этого блока на интегратор 2, где осуществляется его демодуляция с переменной ступенькой квантования. Этим самым производится "отслеживание" динамического диапазона входного аналогового сигнала. Сформированный таким образом аппроксимирующий сигнал подается на вычитатель 1.

На приемной стороне работа устройства происходит аналогично цепи обратной связи передающей стороны, которая была описана ранее. Некоторым отличием служит только наличие блока синхронизации 18, вырабатывающего тактовые импульсы, синхронные с принимаемым из канала связи 15 сигналом, и представляющего, по сути, систему фазовой автоподстройки частоты (ФАП), и ФНЧ 23, осуществляющего фильтрацию и "сглаживание" сигнала с интегратора 22.

Работа предлагаемого устройства поясняется временными диаграммами 1. . . 4, приведенными на фиг. 2.

Законы компандирования на передающей и приемной сторонах идентичны, т. к. соответствующие им блоки одинаковы.

Таким образом, с помощью модуляции второго параметра ДМ сигнала (амплитуды) производится передача по каналу связи на приемную сторону дополнительной информации от огибающей входного аналогового сигнала, которая затем используется для осуществления компандирования.

Устройство реализуется на основе блоков, широко известных из технической литературы.

Техническая эффективность предлагаемого устройства в сравнении с прототипом заключается в более высокой помехоустойчивости. Это можно показать на следующем примере.

В системах связи с ДМ длительность информационных импульсов τ_и, обычно, равна периоду Т тактовой частоты ( τ_u = Т). При этом, ширина полосы канала связи Δ f определяется тактовой частотой f_т ДМ cигнала и принимается, как правило, равной ширине главного лепестка спектра (Δf = f_т= ).

В устройстве-прототипе за счет дополнительной (ОШИМ ДМ сигнала происходит уменьшение длительности информационных импульсов и, следовательно, расширение спектра передаваемого ДМ сигнала. При коэффициенте глубины модуляции ОШИМ m = 0,5 (укорочение длительности импульсов ДМ до половины), ширина требуемой полосы пропускания канала связи для прототипа составит:
Δf₁= = = 2f_т.

В предлагаемом устройстве длительность информационных импульсов ДМ сигнала не изменяется τ_u = сonst) и ширина полосы канала будет равна:
₌ .

При этом, за счет АИМ в спектре ДМ сигнала появляются дополнительные верхняя и нижняя боковые составляющие частоты огибающей входного сигнала (+ Ω и- Ω), относительно тактовой частоты f_т, которая выполняет в данном случае роль несущей частоты. Это иллюстрируется на фиг. 3. Однако, верхняя боковая составляющая (+Ω ) не попадает в полосу канала связи и на приемную сторону не передается. Таким образом, в предлагаемом устройстве происходит передача на приемную сторону дополнительной информации об огибающей входного сигнала на нижней боковой составляющей (- Ω ) cпектра АИМ сигнала (так называемая однополосная передача спектра АИМ сигнала) в полосе канала связи с ДМ (фиг. 3).

При воздействии в канале связи помехи в виде "белого" гауссковского шума со спектральной плотностью мощности N_o мощность помехи в прототипе можно определить по формуле:
P_ш1= N₀Δf₁= 2N₀f_т.

В предлагаемом устройстве мощность помехи будет равна:
P_ш2= N₀Δf₂= N₀f_т.

Тогда относительный выигрыш в помехоустойчивости предлагаемого устройства в сравнении с прототипом составит:
σ = = 2 (раза). (56) Авторское свидетельство СССР N 1223369, кл. Н 03 М 3/02, 1984.

Авторское свидетельство СССР N 1311031, кл. Н 03 М 3/02, 1985.

Формула изобретения

СИСТЕМА СВЯЗИ С ДВУХПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ДЕЛЬТА-МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащая на передающей стороне вычитатель, первый вход которого является входом системы, тактовый генератор, фильтр нижних частот и интегратор, выход которого соединен с вторым входом вычитателя, на приемной стороне - блок синхронизации, интегратор, выход которого подключен к входу первого фильтра нижних частот, выход которого является выходом системы, выход передающей стороны через канал связи соединен с входом приемной стороны, отличающаяся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости системы, на передающей стороне введены делитель частоты, квантователь, формирователь информационной импульсной последовательности, преобразователь полярности, первый и второй амплитудно-импульсные модуляторы, амплитудный ограничитель, амплитудный селектор, двухполупериодный выпрямитель, ключевой элемент и детектор огибающей, вход и выход которого подключены соответственно к входу системы и информационному входу ключевого элемента, выход вычитателя через квантователь соединен с информационным входом формирователя информационной импульсной последовательности, выход которого через преобразователь полярности подключен к первому входу первого амплитудно-импульсного модулятора, выход тактового генератора соединен с тактовым входом формирователя информационной импульсной последовательности и входом делителя частоты, выход которого подключен к тактовому входу амплитудного селектора и управляющему входу ключевого элемента, выход которого соединен с вторым входом первого амплитудно-импульсного модулятора, выход которого подключен непосредственно и через амплитудный ограничитель соответственно к информационному входу амплитудного селектора и первому входу второго амплитудно-импульсного модулятора и является выходом передающей стороны, выход амплитудного селектора через последовательно соединенные двухполупериодный выпрямитель и фильтр нижних частот подключен к второму входу второго амплитудно-импульсного модулятора, выход которого соединен с входом интегратора, на приемной стороне введены амплитудный ограничитель, амплитудно-импульсный модулятор, двухполупериодный выпрямитель, второй фильтр нижних частот, делитель частоты и амплитудный селектор, информационный вход которого объединен с входами блока синхронизации и амплитудного ограничителя и является входом приемной стороны, выход амплитудного ограничителя соединен с первым входом амплитудно-импульсного модулятора, выход которого подключен к входу интегратора, выход блока синхронизации через делитель частоты соединен с тактовым входом амплитудного селектора, выход которого через последовательно соединенные двухполупериодный выпрямитель и второй фильтр нижних частот подключен к второму входу амплитудно-импульсного модулятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4