Устройство для передачи частотно-манипулированных сигналов

 

Использование: в радиотехнике. Сущность изобретения: устройство содержит генератор 1 тактовой частоты, делители 2,8,9 частоты, генератор 3 числовой последовательности, двоичный коммутатор 4, генератор 5 функций Уолша, ключ 6, источник 7 постоянного напряжения, перемножители 10, 14, инвертор 11, управляющую линию 12 задержки, переключатель 13. 1 табл., 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиосвязи, радиолокации, радиотелеметрии, радиоуправлении для формирования частотно-манипулированных сигналов.

Известно устройство для предачи частотно-манипулированных сигналов,содержащее генератор тактовой частоты, делитель частоты, генератор тактовой частоты, делитель частоты, генератор числовой последовательности, двоичный коммутатор. генератор функции Уолша, ключевую схему и источник постоянного напряжения [1].

Однако известное устойство обладает низкой скоростью передачи информации при заданной полосе пропускания канала.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для передачи частотно-манипулированных сигналов, содержащее генератор числовой последовательности, двоичный коммутатор, генератор функций Уолша, ключ, источник постоянного напряжения, второй делитель частоты, третий делитель частоты, перемножитель и управляемый инвертор, причем выход генератора тактовой частоты соединен с входом первого делителя частоты, первым информационным входом двоичного коммутатора и тактовым входом генератора числовой последовательности, выход которого соединен с управляющим входом двоичного коммутатора, выход первого делителя частоты соединен с вторым информационным входом двоичного коммутатора, выход которого соединен с тактовым входом генератора функций Уолша, входы второго и третьего делителей частоты подключены к выходу двоичного коммутатора, а выходы - соответственно к первому и второму входам перемножителя, выход которого соединен с выходом генератора функций Уолша, выход управляемого инвертора соединен с вторым входом ключа, первый вход которого соединен с выходом источника постоянного напряжения, выход ключа является выходом устройства [2].

Однако известное устройство обладает низкой скоростью передачи информации при заданной полосе пропускания канала.

Целью изобретения является повышение скорости передачи информации при заданной полосе пропускания канала.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор тактовой частоты, первый делитель частоты, генераторо числовой последовательности, двоичный коммутатор, генератор функций Уолша, ключ, источник постояного напряжения, третий делитель частоты, первый перемножитель и управляемый инвертор, причем выход генератора тактовой частоты соединен с входом первого делителя частоты, первым информационным входом двоичного коммутатора и тактовым входом генератора числовой последовательности, выход которого соединен с управляющим входом двоичного коммутатора, выход первого делителя частоты соединен с вторым информационным входом двоичного коммутатора, выход которого соединен с тактовым входом генератора функций Уолша, входы второго и третьего делителей частоты подключены к выходу двоичного коммутатора, а выходы - соответственно к первому и второму входам первого перемножителя, выход которого соединен с управляющим входом управляемого инвертора, информационный вход которого соединен с выходом генератора функций Уолша, первый вход ключа соединен с выходом источника постоянного напряжения, выход ключа является выходом устройства, введены управляемая линия задержки, переключатель и второй перемножитель, причем выход второго делителя частот соединен с первым входом переключателя и информационным входом управляемой линии задержки, управляющий вход линии задержки подключен к выходу генератора числовой последовательности, выход управляемой линии задержки подключен к второму входу переключателя, выход переключателя соединен с первым входом второго перемножителя, второй вход которого подключен к выходу управляемого инвертора, а выход второго перемножителя соединен с вторым входом ключа.

На фиг.1 педставлена структрурная схема устройства для передачи частотно-манипулированных сигналов; на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования выходного сигнала S¹(6,Θ) в предлагаемом устройстве; на фиг.3 - вид сигналов на выходе педлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 тактовой частоты, первый делитель 2 частоты, генератор 3 числовой последовательности, двоичный коммутатор 4, генератор 5 функций Уолша, ключ 6, источник 7 постоянного напряжения, второй делитель 8 частоты, третий делитель 9 частоты, первый перемножитель 10, управляемый инвертор 11, управляемую линию 12 задержки, переключатель 13, второй перемножитель 14.

Устройство для передачи частотно-манипулированных сигналов работает следующим образом.

Генератор 3 числовой последовательности формирует (фиг.2б) информационные символы "1" или "0", подлежащие передаче. На двоичный коммутатор 4, управляемый числовой последовательностью с выхода генератора 3 числовой последовательности, подаются импульсы непосредственно с генератора 1 тактовой частоты (фиг.2 а) или с выхода делителя 2 частоты (фиг.2в), имеющего коэффициент деления, равный двум. Если на управляющий вход двоичного коммутатора 4 поступает "1", то он пропускает на тактовый вход генератора 5 функций Уолша сигнал тактовой частоты, а если на управляющий вход двоичного коммуатора 4 поступает "0", то он пропускает на тактовый вход генератора 5 функций Уолша сигнал с выхода делителя 2 частоты. Таким образом, при передаче информацимонного символа "1" на выходе генератора функций Уолша (фиг.2 д) формируются два периода функции Уолша в течение времени Т, а при передаче информационного символа "0" на выходе генератора 5 функций Уолша формируется один период функции Уолша в течение времени Т (где Т - длительность "1" или "0").

Импульсы с выхода двоичного коммутатора 4 (фиг.2 г) поступают также на входы второго и третьего делителей 8 и 9 частоты. Так как коэффициент деления делителя 9 частоты равен 2^n-1, то в течение первого полупериода формирования функции Уолша на выходе делителя 9 (фиг.2ж) частоты формируется "1", а в течение второго полупериода - "0". Коэффициент деления делителя 8 частоты равен двум, в результате чего в течение периода формирования функции Уолша на выходе делителя 8 частоты (фиг.2е) формируется последовательность "1" и "0", причем длительность этих "1" и "0" равна длительности элемента функции Уолша. В результате на выходе перемножителя 10 (фиг.2з) формируется "1" только в течение первого полупериода функции Уолша в моменты формирования нечетных элементов фунции Уолша.

При наличии "0" на упраляющем входе управляемого инвертора 11 в нем осуществляется инверсия элементов функции Уолша, поступающей на его инфоромационный вход, а при наличии "1" на управляющем входе управляемого инвертора 11 инверсия элементов не осуществляется. Таким образом, за время формирования периода функции Уолша на выходе управляемого инветора 11 (фиг.2 и) формируется сигнал S (i,Θ) , форма которого отличается от формы сигнала Уолша Wal (i,Θ).

Сигнал с выхода второго делителя 8 частоты поступает на информационный вход управляемой линии 12 задержки. При поступлении на управляющий вход линии 12 задержки "1" с выхода генератора 3 числовой последовательности в линии 12 задержки осуществляется задержка сигнала на величину Δt, равную длительности элемента функции Уолша при формировании двух периодов функции Уолша в течение времени Т. При поступлении на управляющий вход линии 12 задержки осуществляется задержка сигнала на величину 2Δt, равную длительности элемента функции Уолша при формировании одного периода функции Уолша в течение времени Т.

Управление переключателем 13 осуществляется до начала работы устройства для передачи частотно-манипулированных сигналов. Это может быть осуществлено различными способами, в частном случае вручную оператором перед началом работы устройства.

Если на выходе управляемого инвертора 11 формируется сигнал S(i,Θ) с порядковым номером 0, ...,2^n-1-1, то перед началом работы устройства оператор устанавливает переключатель в левое (первое) положение (т.е. осуществляет коммутацию выхода переключателя 13 с его первым входом, иначе говоря соединяет первый вход перемножителя 14 с выходом делителя 8 частоты).

Если на выходе управляемого инвертора 11 формируется сигнало S(i,Θ) с порядковым номером 2^n-1,...,2ⁿ-1, то перед началом работы устройства оператор устанавливает переключатель в правое (второе) положение (т.е. осуществляет коммутацию выхода переключателя 13 с его вторым входом, иначе говоря соединяет первый вход перемножителя 14 с выходом управляемой линии 12 задержки). На фиг. 1 переключатель 13 установлен так, как описано во втором случае.

Если на выходе управляемого инвертора 11 формируется сигнал S(i,Θ) с порядковым номером 0,...2^n-1-1 (например, для N = 8 сигнал с одним из порядковых номеров 0, 1, 2, 3), то перед началом работы устройства выход переключателя 13 коммутируется с его первым входом. В результате импульсы с выхода делителя 8 частоты (фиг.2е) поступают на первый вход перемножителя 14, на выходе которого формируют только нечетные элементы сигнала S(i,Θ), поступающего на второй вход перемножителя 14.

Если на выходе управляемого инвертора 11 формируется сигнал S(i,Θ) с порядковым номером 2^n-1,...2ⁿ-1 (например, для N = 8 сигнал с одним из порядковых номеров 4, 5, 6, 7), то перед началом работы устройства выход переключателя 13 коммутируется с его вторым входом. В результате импульсы с выхода линии 12 задержки (фиг.2и) поступают на первый вход перемножителя 14, на выходе которого формируют только четные импульсы сигнала S(i,Θ), поступающего на второй вход перемножителя 14.

В результате на выходе перемножителя 14 формируется сигнал S'(i,Θ), поступающий на вход ключевой схемы 6, выход которой является выходом устройства. Источник 7 постоянного напряжения и ключ 6 выполняют функции усилителя сигналов S'(i,Θ) до уровня, необходимого для излучения.

На диаграммах фиг.2 показано временное состояние выходов генератора 1 тактовой частоты (а), генератора 3 числовой последовательности (б), делителя 2 частоты (в), двоичного коммутатора 4 (г), генератора 5 функций Уолша, на котором формируется сигнал Wal (6,Θ) (д), делителя 8 частоты (е), делителя 9 частоты (ж), перемножителя 10 (з), выхода управляемого инвертора 11, на котором формируется сигнал S(6,Θ) (и), управляемой линии 12 задержки (й), перемножителя 14, на котором формируется выходной сигнал S'(6,Θ) (к).

На фиг.3 представлена форма сигналов S(i,Θ), формируемых прототипом, на фиг.4 представлена форма сигналов S'(i,Θ), формируемых предлагаемым устройством в случае, если модулирующий сигнал является одинаковым для всех сигналов обоих устройств.

Известно, что скорость передачи информации и длительность двоичного символа Т, подлежащего передаче, связаны соотношением R = 1/Т (1) (cм. Варакин Л.Е. Теория систем сигналов. М.: Советское радио, 1978, с. 54, соотношение 2.12). Длительность двоичного символа Т в предлагаемом устройстве равна периоду функции Уолша (в случае передачи "0") или двум периодам функции Уолша (в случае передачи "1"). Однако при заданной полосе пропускания канала длительность Т определяется шириной спектра модулированного сигнала W_μэфф ≅ W_канала, (2) где W канала - заданая полоса пропускания канала. Чем меньше эффективная ширина спектра модулированного сигнала, тем за меньшее время Т можно его передать в заданной полосе пропускания канала, следовательно, тем выше скорость передачи информации.

Система выходных сигналов, формируемая предлагаемым устройством, как и система выходных сигналов, формируемая прототипом, является ортогональной, в чем легко убедиться путем перемножения двух сигналов, входящих в одну систему. При этом, если все спектры сигналов, входящих в систему, имеют одинаковую ширину и занимают одну и ту же полосу частот, то F_cист = F (F_сист - ширина полосы частот, занимаемая системой сигналов; F - ширина спектра одиночного сигнала). При различной ширине спектров F_сист = F _макс - максимальной ширине спектра (см.Варакин Л.Е. Теория систем сигналов. - М.: Советсткое радио, 1978, с.11).

В устройстве, принятом в качестве прототипа, формируются выходные сигналы S (i, Θ). Известно, что чем больше блоков имеет сигнал (блок - последовательность одинаковых элементов), тем больше эффективная ширина спектра сигнала W_μэфф (см. Варакин Л.Е. Теория систем сигналов. - М.: Советское радио, 1978. с.208). Выходные сигналы, формируемые прототиипом, имеют количество блоков μ = или μ = , и значение наибольшей эффективной ширины спектра выходного сигнала с учетом μ = определяется согласно выражению W_{μ эфф} = (3) где Δt - длительность элемента сигнала; μ- число блоков; N - число элементов.

В предлагаемом устройстве все выходные сигналы S'(i,Θ) имеют одинаковое количество блоков μ = (4) и значение наибольшей эффективной ширины спектра выходного сигнала определяет- ся из соотношения (3) с учетом μ = (фиг.4).

С учетом соотношений (1), (3), (4) были рассчитаны скорости передачи аналога, прототипа и предлагаемого устройства при фиксированной полосе пропускания канала и различном числе элементов N выходных сигналов, представленные в таблице.

Расчеты показывают, что использование предлагаемого устройства для передачи частотно-манипулированных сигналов дает возможность увеличить скорость передачи информации при заданной полосе пропускания канала в 1,19 раза для N = 4, в 1,09 раза для N = 8 и т.д.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЧАСТОТНО-МАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ, содержащее генератор тактовой частоты, выход которого соединен с входами первого делителя частоты и генератора числовой последовательности и первым информационным входом двоичного коммутатора, второй информационный вход которого соединен с выходом первого делителя частоты, выход генератора числовой последовательности соединен с управляющим входом двоичного коммутатора, выход которого соединен с входами генератора функции Уолша, второго и третьего делителей частоты, выходы последних соединены с соответствующими входами первого перемножителя, выход которого соединен с управляющим входом управляемого инвертора, информационный вход которого соединен с выходом генератора функции Уолша, а также источник постоянного напряжения, выход которого соединен с первым входом ключа, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные управляемая линия задержки, переключатель и второй перемножитель, причем выход первого делителя частоты соединен с информационным входом управляемой линии задержки и другим входом переключателя, выход управляемого инвертора - с вторым входом второго перемножителя, выход которого соединен с вторым входом ключа, управляющий вход управляемой линии задержки соединен с выходом генератора числовой последовательности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5