Способ передачи модулированных волн, передающее устройство и приемное устройство

 

Изобретение относится к передатчикам, способам передачи и приемникам и касается в основном способа передачи модулированных волн с использованием импульсов большой длительности на множестве частот (31, 32, 33....3N) Преимущественно две соседние частоты отделены друг от друга на 1/T, где T - длительность полезных интервалов передачи. Изобретение применяется для передачи и приема радио-и телесигналов, в устройствах приема аналоговой и/или цифровой информации, в системах телефонной связи между АТС, в системах телефонной связи между радиотелефонами и станциями связи, в системах радиоэлектронной связи между наземными станциями и спутниками, в системах связи между спутниками, в системах акустической связи в воздухе и/или в воде и в местных сетях ЭВМ. Изобретение особенно целесообразно применять в высококачественных системах радиовещания, а также в телевидении с высокой разрешающей способностью и/или в цифровом телевидении. 3 с.п. и 15 з.п. ф-лы, 28 ил.

Изобретение касается способов передачи сигналов передатчика с высокими рабочими характеристиками. Изобретение касается также в большей степени приемника.

Известен способ передачи информации с применением модулированных волн, например электромагнитных волн.

При этом делаются попытки увеличения скорости передачи информации. Однако увеличение скорости передачи часто влечет за собой расширение полосы частот. Но в случае управляемых передач приходится сталкиваться с ограничением полосы пропускания канала, например, в коаксиальном кабеле или в световолокне, а в случае передачи сигналов по воздуху не хватает частот.

С другой стороны, в заявке на патент 8609622 (Франция), опубликованной под номером N 2601210, описан способ передачи с использованием символов А/f, t). Каждый символ соответствует определенной частоте при данном времени передачи.

Поскольку время передачи не фиксируется и устройство не имеет средств четкой синхронизации, то спектральная эффективность ограничивается на уровне примерно 0,7 бит (Гц.с) В дополнительной заявке 8613271 (Франция), опубликованной под номером 2604316, описано применение устройства расчета дискретного преобразования Фурье для демодуляции сигнала [1] Там же указывается на применение периода допуска между символами. Однако неортогональность используемых каналов ограничивает спектральную эффективность, которая в лучшем случае может составлять 1 бит (Гц.с) Устройство в соответствии с изобретением позволяет превысить в аналогичных условиях 5 бит (Гц.с).

Изобретение касается улучшения способов и средств передачи, описанных в патентах 8613937, 8613938, 8613939, 8613941, 8618351, 8618352.

В известных устройствах данного типа неоднократно делались попытки увеличить скорость передачи информации за счет сокращения времени передачи на каждую единицу информации (или увеличения количества символов).

Так, осуществляли генерирование расширенного спектра и при передаче отфильтровывали боковые лепестки, что приводило к искажению (самоискажению) сигнала. Спектр сигнала прямоугольной формы имеет несколько боковых лепестков.

В данном устройстве оригинально решена задача уменьшения или устранения самоискажения сигнала использованием длинных интервалов передачи для элементов информации, часто называемых символами, предназначенных для передачи. Чтобы достигнуть повышенной скорости передачи информации, одновременно передают какое-то множество элементов информации, используя ортогональные каналы. Элементом информации является, например, 6-битовое числовое слово. В основном через один канал передается один элемент информации. Ортогональность каналов при приеме позволяет осуществить разделение элементов информации различных каналов. Ортогональность различных каналов достигается путем выбора различных передаваемых частот, равномерно разнесенных на k/Т, где k натуральное целое число, а Т длительность полезного интервала передачи. Этот тип передачи предполагает при приеме синхронное выделение дискретных значений сигнала, что приводит к разделению каналов.

Основной целью изобретения является способ передачи модулированных волн, при котором одновременно применяется определенное множество частот, характеризующийся тем, что он включает в себя последовательные этапы передачи числовых слов за время T + T с промежутком между двумя частотами, равном 1/T, где T это полезный интервал передачи, а T интервал перехода.

Целью изобретения является также способ, характеризующийся тем, что T > 0.

Целью изобретения является также способ, характеризующийся тем, что передают синхронизирующие сигналы, позволяющие осуществить при приеме выделение дискретных значений сигнала во время полезных интервалов передачи длительностью Т, чтобы сделать ортогональными каналы, соответствующие различным частотам.

Целью изобретения является также способ, характеризующийся тем, что T больше T Целью изобретения является также способ, характеризующийся тем, что первая частота f0 равна k/2T, где k положительное или нулевое целое число.

Целью изобретения является также способ, характеризующийся тем, что во время интервалов перехода передачу прекращают.

Целью изобретения является также способ, характеризующийся тем, что он включает этапы определения повторяющихся видов схемы для полезного интервала длительностью T; передачи определенного повторяющегося вида схемы во время интервала передачи длительностью T и его продолжение во время интервала перехода T Целью изобретения является также способ, характеризующийся тем, что во время каждого полезного интервала передачи длительностью T по каждой частоте передается одно числовое слово.

Целью изобретения является также способ, характеризующийся тем, что во время каждого интервала передачи длительностью T передается пара (амплитуда, фаза) или (реальная часть, мнимая часть) на каждой частоте, причем эта пара эквивалентна передаваемой информации.

Целью изобретения является также передатчик, характеризующийся тем, что позволяет реализовать вышеуказанный способ.

Целью изобретения является также передатчик, характеризующийся тем, что он включает в себя моделирующее устройство, позволяющее передавать во время полезного интервала длительностью T одно числовое слово на каждой используемой частоте.

Целью изобретения является также передатчик, характеризующийся тем, что моделирующее устройство включает N модуляторов, где N число используемых частот, выходы N модуляторов соединены с входами сумматора.

Целью изобретения является также передатчик, характеризующийся тем, что сумматор включает в себя симметрический распределитель. Целью изобретения является также передатчик, характеризующийся тем, что моделирующее устройство включает в себя устройство вычисления обратимого преобразования Фурье.

Целью изобретения является также передатчик, характеризующийся тем, что устройство вычисления обратимого преобразования Фурье является цифровой схемой вычисления быстрого преобразования Фурье.

Целью изобретения является также передатчик, характеризующийся тем, что один из каналов передачи сориентирован на несущую нулевую частоту.

Целью изобретения является также передатчик, характеризующийся тем, что устройство модуляции работает на промежуточной частоте.

Целью изобретения является также передатчик, характеризующийся тем, что устройство модуляции является цифровым устройством, работающим на несущей частоте.

Целью изобретения является также передатчик, характеризующийся тем, что он включает в себя средства генерирования на определенных частотах сигналов калибрования амплитуды A и/или фазы.

Целью изобретения является также передатчик, характеризующийся тем, что он представляет из себя передатчик телевизионных сигналов.

Целью изобретения является также передатчик, характеризующийся тем, что он представляет собой передатчик радиосигналов.

Целью изобретения является также передатчик, характеризующийся тем, что он представляет собой передатчик числовых данных.

Целью изобретения является также приемник, включающий средства выделения дискретных значений сигнала, синхронные с сигналом, характеризующийся тем, что он включает средства демодуляции передаваемых модулированных волн, используя символы, переданные за время T + T на определенном множестве частот, причем две частоты находятся друг от друга на расстоянии 1/T, где T полезный интервал, а T интервал перехода, и тем, что он включает следующую систему, обеспечивающую синхронизацию приемника с принятым сигналом.

Целью изобретения является также приемник, характеризующийся тем, что он включает устройство автоматической регулировки усиления (АРУ), управляемое чувствительным элементом, определяющим среднее значение мощности хотя бы части сигнала.

Целью изобретения является также приемник, характеризующийся тем, что он включает средства декодирования пары (амплитуда, фаза) или (реальная часть, мнимая часть) для их преобразования в числовые слова.

Целью изобретения является также приемник, характеризующийся тем, что он включает устройство вычисления быстрого преобразования Фурье.

Целью изобретения является также приемник, характеризующийся тем, что он включает испытательное устройство, способное выдавать опорные значения амплитуды и/или фазы, исходя из сигналов калибрования.

Целью изобретения является также приемник, характеризующийся тем, что он включает выравнивающее устройство, компенсирующее помехи от передаваемого сигнала.

Целью изобретения является также приемник, характеризующийся тем, что он включает реортогональные средства с использованием интервала перехода длительностью T для придания ортогональности множеству каналов.

Целью изобретения является также приемник, характеризующийся тем, что он является приемником радиопередач.

Целью изобретения является также приемник, характеризующийся тем, что он является приемником телепередач.

Целью изобретения является также способ, характеризующийся тем, что модулированные волны являются электромагнитными волнами.

Целью изобретения является также способ, характеризующийся тем, что этап разделения N ортогональных каналов включает этап расчета быстрого преобразования Фурье.

Целью изобретения является также способ, характеризующийся тем, что он включает в себя этап восстановления телевизионного сигнала из принятых сигналов в N каналах.

На фиг. 1 показана схема, иллюстрирующая явление расширения спектра; на фиг.2 схема, иллюстрирующая передачу несущей частоты; на фиг.3 схема, объясняющая принцип действия устройства в соответствии с изобретением; на фиг.4 схема, объясняющая принцип действия устройства в соответствии с изобретением; на фиг.5 схема, объясняющая принцип действия устройства в соответствии с изобретением; на фиг.6 схема временных диаграмм, изображающих связь периодов или интервалов при передаче; на фиг.7 схема, иллюстрирующая пример кодирования, который может применен в изобретении; на фиг.8 общая схема передатчика в соответствии с изобретением; на фиг. 9 схема первого примера исполнения передатчика в соответствии с изобретением; на фиг.10 - схема второго примера исполнения передатчика в соответствии с изобретением; на фиг.11 схема третьего примера исполнения передатчика в соответствии с изобретением; на фиг.12 схема примера исполнения части передатчиков, изображенных на фиг. 9,10 или 11; на фиг.13 схема примера исполнения части передатчиков, изображенных на фиг.11; на фиг.14 схема первого примера исполнения части передатчиков в соответствии с изобретением; на фиг.15 схема второго примера исполнения части устройства, изображенного на фиг.13; на фиг.16 схема первого примера исполнения части устройства, изображенного на фиг.13; на фиг.17 схема второго примера исполнения части устройства, изображенного на фиг. 13; на фиг. 18 кривая, показывающая скорость передачи информации в зависимости от количества состояний кодирования при длительности полезного интервала T и данном количестве используемых каналов; на фиг.19 - кривая, показывающая пример аналогичного исполнения синхронизации передатчик - приемник; на фиг. 20 схема третьего примера исполнения части передатчиков в соответствии с изобретением; на фиг.21 схема примера исполнения приемника в соответствии с изобретением; на фиг. 22 схема примера исполнения телеприемника в соответствии с изобретением; на фиг.23 схема, иллюстрирующая пример выравнивания, который может быть применен в устройстве в соответствии с изобретением; на фиг.24 схема строения элементов, которая может быть применена в устройстве в соответствии с изобретением; на фиг. 25 схема примера исполнения части приемника в соответствии с изобретением; на фиг.26 - кривая, показывающая пример аналогичного исполнения синхронизации передатчик - приемник; на фиг.27 пример исполнения устройства, который может быть применен в устройстве в соответствии с изобретением; на фиг.28 кривая, иллюстрирующая скорость передачи информации, полученную в зависимости от количества состояний кодирования при длительности полезного интервала T и данном количестве применяемых каналов.

На фиг.1-28 для одних и тех же элементов даны одинаковые обозначение.

На фиг.1 изображена кривая 3, представляющая при приеме амплитуду А2 постоянного спектра волны, переданной за ограниченный интервал времени T. Кривая 3 имеет синусоидальную форму sin x/x. Кроме основного лепестка передача идет по боковым лепесткам, размеры которых сокращаются по мере удаления от центральной частоты f0. Амплитуда A проходит через ноль по двум симметричным точкам относительно частоты f0, обозначенным соответственно 50 и 51. Пути прохождения через нулевую амплитуду равномерно разделены на расстояние 1/T.

Расширение спектра зависит главным образом от длительности передаваемых импульсов. Импульсы малой длительности вызывают более широкое расширение по частоте. В устройствах известного типа расширение спектра при ограниченной полосе пропускания приводит к увеличению длительности реакции на дельта-функцию сигнала, приводя к "межимпульсным помехам". Количество передаваемой информации таким образом ограничивалось.

На фиг.2а изображена кривая 6, представляющая чисто синусоидальную частоту сигнала, переданного с момента 16.

Сигнал 6 может, например, соответствовать несущей частоте.

Кривая 6 представляет изменяющуюся по времени амплитуду.

На фиг. 2в изображена кривая 7, представляющая изменяющуюся по времени амплитуду волны 6, принятой приемником. Если приемник неподвижен относительно передатчика, принятая волна 7 имеет ту же частоту, что и передаваемая волна 6.

Однако амплитуда и фаза изменились. На фиг. 2в начало приема обозначено номером 17; разница возникает из-за времени распространения волн между передатчиком и приемником. Начиная с момента 18, сигнал 7 имеет ту же скорость, что и сигнал 6. Между моментами 17 и 18 образуется сигнал с различными помехами. Эти помехи происходят, главным образом, от искажений, вносимых приемо-передающей аппаратурой, от различных отраженных сигналов, а также от ограничения полосы пропускания передатчика. Если частота сигналов 6 и 7 сохраняется неизменной, то при приеме путем калибрования амплитуды и фазы можно получить переданную информацию. Некоторое изменение частоты, вызванное, например, эффектом Доплера вследствие перемещения приемника относительно передатчика может быть скомпенсировано соответствующим калиброванием.

Для осуществления калибрования все, что происходит между передатчиком и приемником, принимается за фильтр с устойчивой частотной характеристикой и длительностью, превышающей длительность T символов.

При передаче сигналов известного типа можно определить частотную характеристику фильтра. Таким образом, применяя обратное значение частотной характеристики, можно восстановить характеристику передаваемого сигнала.

На фиг.3 изображена схема, иллюстрирующая принцип действия предлагаемого устройства. Здесь же изображены первая кривая 31 и вторая кривая 32, построенные по частотам f0 и f0 + 1/T, где T длительность полезного интервала передачи. Амплитуда A кривой 31 проходит через точки 51 и 53.

Амплитуда A кривой 32 проходит через ноль в точках 52, 54.

Точка 52 соответствует максимальному значению амплитуды кривой 31 и нулевому значению амплитуды кривой 32. Точка 311 спектра при частоте f0 не подвержена влиянию сигнала, соответствующего кривой 32.

Таким же образом точка 53 соответствует максимальному значению амплитуды кривой 32 и нулевому значению кривой 31. В точке 53 при частоте f0 + 1/T сигнал относится только к кривой 32.

Выделением дискретных значений сигналов на частотах f0 и f0 + 1/T достигают полного разделения частот, соответствующих кривым 31 и 32. Можно применять независимые значения амплитуды, фазы или амплитуды/фазы на каждой из частот f0 и f0 + 1/T.

При независимом и раздельном кодировании при приеме можно распределить всю информацию между несколькими каналами.

В устройствах известного типа для увеличения скорости передачи информации уменьшали длительность импульсов и/или время для передачи каждой информации (или увеличивали число символов).

В устройстве в соответствии с изобретением, наоборот, для данной скорости передачи информации при ее распределении по нескольким каналам можно увеличивать длительность T импульсов и/или соответствующих полезных интервалов относительно каждой отдельной информации.

Общая скорость передачи информации складывается из отдельных скоростей каждой частоты. При увеличении длительности T полезных интервалов уменьшают расширение спектра и самоискажение сигнала. Таким образом, как показано на фиг.4, можно использовать большое число несущих частот 31: до 3N. При использовании N количества частот 31 происходит очень хорошее заполнение полосы пропускания В. На фиг.3 последовательные кривые разделены по частоте на 1/T. Таким образом, максимум спектра каждого канала соответствует прохождению через нулевую амплитуду спектров других каналов.

На фиг. 4 кривая 3i проходит через максимум на частоте, соответствующей точке 5 (i + 1), и через нулевую амплитуду на частотах, соответствующих точкам 5j, j i + 1. Для ясности на фиг.4 представлены только боковые лепестки кривой 31.

Каждый канал, соответствующий своей несущей частоте, передает информацию, независимую от других каналов. Общая скорость передачи информации складывается из скоростей N каналов.

Увеличение количества каналов без уменьшений скорости передачи увеличивает длительность T полезных интервалов.

Наоборот, увеличение количества каналов требует как при передаче, так и при приеме качественного и количественного увеличения материала.

Чтобы устройство в соответствии с изобретением правильно работало, совершенно необходимо, что при приеме полезная часть сигнала была устойчивой.

Для этого при приеме устраняют временные интервалы длительностью T, во время которых сигнал может быть неустойчивым. Это время соответствует главным образом импульсным характеристикам передатчика и приемника и многочисленным траекториям.

В последующем в данном описании интервалом перехода с длительностью T называется интервал, во время которого сигнал может оказаться неустойчивым. Сигнал преимущественно передается во время интервалов передачи длительностью T + T.

Таким образом, спектры каналов равномерно разнесены между собой на 1/T, а ширина главного лепестка составляет 2/(T + T ). При приеме используют только полезный интервал длительностью T, что позволяет воспроизвести спектр фиг. 4. На фиг.18 приведен пример скорости передачи информации в М бит/с в зависимости от числа возможных состояний (т.е. различных символов, которые возможно передать).

Абсциссой указано количество бит кодирования. Например, одно кодирование по 4 бит составляет 24 16 различных состояний.

Кривые приведены для интервала перехода, идентичного длительности T 8 мс.

Первая кривая обозначает скорость передачи при N 64 и T + T 16 мс.

Вторая кривая обозначает скорость передачи при N 128 и T + T 24 мс.

Третья кривая обозначает скорость передачи при N 256 и T + T 40 мс.

Четвертая кривая обозначает скорость передачи при N 512 и T + T 72 мс.

При постоянном интервале перехода факт увеличения полезной части сигнала приводит к явлению насыщения, ограничивающему скорость передачи, что на фиг. 18 не показано.

Кривые на фиг.18 соответствуют полосе пропускания В в пределах 8 МГц.

В зависимости от данной полосы пропускания от применения и условий распространения специалист определит оптимальное количество каналов N и полезный интервал передачи T.

В некоторых пределах скорость передачи может быть увеличена применением очень малого интервала перехода длительностью T по отношению к длительности T полезного интервала.

Рекомендуется применять обратное быстрое преобразование Фурье для модулирования каналов при передаче, а также быстрое преобразование Фурье для демодулирования каналов при приеме.

Применение алгоритма быстрого преобразования Фурье приводит к осуществлению расчетов по числу образцов, равному второй степени. При телепередаче, например, применяют 256, 512, 1024 или 2048 каналов. Однако не обязательно, чтобы информация передавалась по каждому каналу. При приеме на каждом полезном интервале измеряют преимущественно фазу и амплитуду каждой из частот 31-3N.

Для извлечения информации из сигнала применяют синхронное калибрование.

Амплитуда, представляющая информацию, постоянна по всему интервалу передачи длительностью T или T + T а фаза, также представляющая информацию, соответствует сдвигу фазы относительно опорного значения фазы.

Приемник, предназначенный для приема волн, переданных передатчиком в соответствии с изобретением, описан во французской заявке на изобретение, поданной заявителем одновременно с данной заявкой, и имеет следующий за ней номер.

Чтобы получить высокую скорость передачи информации, необходимо различать близкие амплитуды и фазы и иметь опорные значения амплитуды и фазы для каждого канала. Эти значения преимущественно снимают с опорных сигналов, периодически передаваемых передатчиком в направлении приемника. Частота повторения опорных сигналов зависит от стабильности условий распространения и местных гетеродинов.

В соответствии с первым вариантом исполнения периодически передают опорные сигналы, амплитуды и фазы на всех частотах 31 3N при временном интервале длительностью T или T + T Необходимо, однако, отметить, что частая посылка калибровочных сигналов снижает скорость передачи полезной информации.

В соответствии с преимущественным вариантом передают только несколько калибровочных сигналов, равномерно распределенных по частотам 31 3N, при этом коэффициенты других частот определяются расчетом, например, методом интерполяции.

В общем случае возможно распределение сигналов калибрования по времени и/или по различным каналам.

Можно, например, периодически передавать контрольные сигналы по различным каналам. Осуществляют, например, круговое переключение каналов, по которым передаются контрольные сигналы. Для всех каналов методом временной и частотной интерполяции определяют импульсную характеристику среды передачи сигналов. Таким образом определяется компенсационная матрица по амплитуде и по фазе на каждом канале.

Первостепенной задачей является компенсирование калибровкой изменений импульсной характеристики среды передачи, например, вследствие изменений (даже местных) атмосферных условий.

Импульсная характеристика среды определяется, например, расчетом преобразования Фурье для вносимых корректировок. По одному из примеров исполнения каждый восьмой канал служил для калибрования амплитуды A и фазы всех каналов 31 3N. В устройстве такого типа возможно либо осуществление калибрования на каждом полезном интервале передачи длительностью T, либо, как было сказано в предыдущем случае, предназначение определенных каналов передачи для калибрования. Синхронизация поддерживается применением устойчивой разверстки.

Количество каналов и/или периодов, предназначенных для калибрования, зависит от ошибки, которую хотят исправить, а также от помех, которые могут появиться при передаче информации. Калибрование должно, например, быть более частым, чтобы скомпенсировать смещение частот вследствие эффекта Допплера в случае перемещения передатчика относительно приемника в радиотелефонах и при связи между воздушными объектами. На первых и последних каналах могут быть помехи от фильтров приемника и передатчика. Обычно, как показано на фиг.5, первый и последний каналы для передачи информации не используются. Например, на первом и последнем каналах передачу не ведут и повторяют передачу второго канала на первом, а предпоследнего на последнем.

На фиг.6 показаны различные примеры временных диаграмм связи последовательных периодов передачи 8.

На фиг. 6а можно видеть полезные интервалы передачи 8. Между полезными интервалами передачи 8 находятся интервалы перехода 81, не уменьшающие передаваемую мощность. В интервалах перехода 81 передают, например, сигнал, переданный в конце соответствующего полезного интервала. Этот факт позволяет полнее использовать усилители передатчиков.

На фиг. 6в можно видеть последовательные полезные интервалы передачи 8, не разделенные интервалами перехода. Этот случай соответствует максимальной скорости передачи информации. Он является, однако, неустойчивым при помехах. Этот вариант может быть применен, например, для передачи информации по кабелю.

На фиг. 6с можно видеть последовательность полезных интервалов передачи 8, разделенных интервалами перехода 81, во время которых прекращают передачу модулированных волн. Таким образом экономится энергия. Выбор типа и длительности интервала перехода 81 зависит от применяемого материала, условий передачи и приема.

Например, если будет много мощных отраженных сигналов, то целесообразно использовать более длительные интервалы перехода.

Эта длительность определяется, например, исходя из расчета на худшие условий передачи. Например, чтобы обеспечить передачу в условиях отраженных сигналов, исходящих с расстояния 600 м, нужно применить интервал перехода 81, соответствующий времени распространения этого отраженного, например, электромагнитного сигнала и по всей вероятности времени, соответствующего времени затухания импульсного сигнала, например 4 мс.

На фиг.7 показан пример кодирования информации, который можно применить в предлагаемом устройстве. Этот тип кодирования был описан в следующих французских заявках на патент: 8613937, 8613938, 861939, 8613940, 8613941, 8618351, 8618352.

При этом типе кодирования каждое числовое слово связано с амплитудой или фазой. Пара (амплитуда, фаза) эквивалентна реальной и мнимой частям сигнала. В приведенном примере пары (амплитуда, фаза) 14 равномерно распределены по концентрическим кругам 150, 160, 170 и 180. В примере по фиг.7 есть 32 различных значения, что соответствует пятибитовому кодированию. Разумеется, кодирование по различному числу битов, например, 2, 3, 4 или 6 не выходит за рамки данного изобретения. Размер дисков по точкам 13, соответствующий тому же числовому слову, позволяет пренебречь некоторой неточностью.

При увеличении диаметра дисков 13 коэффициент погрешности будет меньше, но меньше будет и различных значений. В примере по фиг.7 круги 150, 160, 170 и 180 имеют диаметры 1, 2, 3 и 4, равные соответственно 2 V/2, 1, V2 и 2, при этом мощность передатчика приравнена к "1". В этом примере для уменьшения погрешностей при приеме диски 13 максимально удаляют. Так, точки 14 каждого последующего круга расположены на биссектрисе точек 14 предшествующего круга. Естественно, что фиг.7 приведена только в качестве примера.

Например, распределение точек 14 по прямоугольнику или спирали, например спирали Архимеда или логарифмической, не выходит за рамки данного изобретения.

Другой тип кодирования также может быть применен. Тип кодирования зависит от скорости передачи и вида передаваемой информации. Кодирование может быть числовым или аналоговым в зависимости от применения.

В устройстве в соответствии с изобретением можно производить анализ импульсной характеристики среды передачи. В зависимости от применения можно применять анализ в реальном времени или отсроченный анализ.

Анализ позволяет приспособить норму передачи к местным условиям, например к местной сети вычислительной машины, к телефонной сети или к радиорелейной линии.

Например, в местной сети можно производить анализ на каждой реконфигурации сети. Для устранения отражений в кабелях части интервала перехода (общей длительностью T) вводятся в момент наивысшего значения этих отражений.

В радиорелейных линиях применяют, например, счетно-решающее устройство, чтобы осуществить в реальном времени анализ импульсной характеристики среды и получить наивысшую скорость передачи информации в условиях помех. Например, счетно-решающее устройство уменьшает, когда это возможно, не превышая допустимого уровня погрешностей, длительность T интервала перехода. В варианте исполнения счетно-решающее устройство осуществляет выбор средства передачи из множества имеющихся средств.

На фиг. 8 можно видеть общую схему примера исполнения передатчика в соответствии с изобретением. Передатчик включает устройство кодирования 70 и модулятор 90.

Устройство кодирования 70 получает информацию для передачи от источников информации 73. Источниками информации могут быть, например, телекамера, микрофон, видеомагнитофон, телевизионная аппаратная студия, вычислительная машина, телефонная станция, устройство сбора информации, радиотелефон, телефон, источник информации, связанный с радаром, гидролокатор и/или датчик. Обычно между источниками информации 73 и устройством кодирования 70 передатчика находится устройство 700 обработки информации, позволяющее производить необходимые изменения. Это устройство обработки информации включает устройство известного типа уменьшения объема передачи информации исключением из нее избыточной информации. Устройство 700 имеет помеховое устройство известного типа, которое вырабатывает сигнал, содержащий передаваемую информацию, временное интегрирование которого соответствует "белому" шуму.

С одной стороны, устройство позволяет осуществлять передачу значительного объема информации, а с другой, передавать либо одновременно, либо при временном уплотнении информацию различного типа, то есть возможность одновременного подключения к устройству кодирования 70 многих источников информации 73. Устройство кодирования 70 осуществляет кодирование либо для получения наивысших рабочих характеристик, либо для соблюдения установленной нормы передачи.

Обработанная информация передается с устройства кодирования 70 на модулятор 90, который позволяет осуществить одновременное модулирование множества несущих, как это показано, например, на фиг.4. Модулированные сигналы усиливаются усилителем 77 и передаются через антенну 40 или через кабель 400. При необходимости перед передачей осуществляют модулирование высокочастотной несущей. При передаче по N независимым каналам можно осуществлять раздельное усиление сигналов.

На фиг. 9 можно видеть примерный вариант передатчика в соответствии с изобретением, включающего группу усилителей 77, расположенных между модулятором 90 и сумматором 76.

Преимущественно каждый усилитель соответствует своему каналу. Однако возможно, не выходя за рамки изобретения, установить на каждом канале несколько усилителей или, наоборот, к одному усилителю подвести несколько каналов на выходе модулятора 90. Применение множества усилителей 77 распространено, в частности, в транзисторных усилителях. Так, для получения необходимой мощности иногда применяют группу транзисторных усилительных модулей. На фиг.10 можно видеть первый пример исполнения передатчика в соответствии с данным изобретением. В приведенном примере передаваемый сигнал поступает с телекамеры 71, микрофона 72 и/или с других источников 73. Эти источники информации преимущественно связаны с устройством обработки информации 700.

Устройство кодирования 70 включает в себя схему формирования импульсов, соединенную с устройством числового преобразования и образования сложных сигналов.

Модулятор 90 включает группу из N модуляторов 91 9N, соединенных с сумматором 76.

Сумматор 76 включает в себя симметричный распределитель 760. Модулятор 90 соединен с усилителем 77, который в свою очередь подключен к передающей антенне 40 и/или к кабелю передачи сигналов 400.

Усилитель 77 может содержать блоки повышения частоты, необходимые для приведения частот к нормам передачи. Устройство формирования импульсов 74 формирует необходимую форму сигналов, поступивших с источников 71 73. Например, устройство формирования импульсов 74 производит мультиплексирование, т. е. уплотнение сигналов от различных источников, и формирует ряды чисел. Цепь формирования импульсов 74 включает в себя цепи выделения дискретных значений сигналов, цепи аналого-цифровых преобразователей и/или мультиплексоров. В случае цифрового устройства расчет формирователя импульсов 74 зависит в основном от желаемой скорости передачи информации. Например, цифровая телепередача с высокой разрешающей способностью и высококачественным звуком на нескольких языках потребует более значительного объема передачи информации, чем стереофоническая радиопередача, а тем более чем передача по радиотелефону.

Преимущественно осуществляют передачу пар (амплитуда, фаза), например, как показано на фиг. 7, или пар (реальная часть, мнимая часть). Устройство цифрового преобразования сложных сигналов 75 формирует из числовых слов, переданных устройством формирования импульсов, пары (амплитуда, фаза) или (реальная часть, мнимая часть) сигнала и распределяет их по различным модуляторам 91 9N. Сумматор 76 подает на вход усилителя 77 сложный сигнал, включающий в себя частоты 31 3N, необходимые для передачи. Эти частоты являются модулирующими. Таким образом, возможно либо на уровне модулятора 90, либо на уровне усилителя 70 повысить частоту передаваемых сигналов. Сложный сигнал передается антенной 40 или поступает на кабель 400. На фиг.11 можно видеть второй пример передатчика. Он включает в себя расположенные между выходом преобразователя 75 и входом усилителя 77 последовательно соединенные устройство перегруппировки сигналов 78, устройство расчета обратного преобразования Фурье 190, устройство преобразования сигнала из параллельной формы в последовательную 301 и устройство генерирования сигналов несущей частоты 302.

Модулирование передаваемого сложного сигнала может быть осуществлено расчетом обратного преобразования Фурье.

Обычно применяют счетно-решающее устройство 190, способное рассчитать обратное дискретное преобразование Фурье. Применяется цепь расчета обратного быстрого преобразования Фурье.

Алгоритм этого значения требует, чтобы количество каналов соответствовало степени 2. Однако совсем не обязательно чтобы информация передавалась по всем каналам.

Продемонстрируем возможность применения алгоритмов обратного дискретного преобразования Фурье для модулирования сигнала: пусть N частоты f0, f0 + 1/T, f0 + 2/T, f0 + 3/T, f0 + K/T, f0 + (N 1)/T модулируются по амплитуде и/или по фазе во временном интервале длительностью T. N несущие частоты будут следующими: Sk(t) Akexp(j(2(fo+k/T)t+k)) где k полное натуральное число от 0 до N-1; Ak амплитуда несущей частоты порядка К;
t время;
k фаза несущей порядка K;
Допустим, что опорное значения передаваемой фазы взято в начале временных интервалов T.

Сигналы Sk(t) и Sk'/t/ являются полностью независимыми и раздельными, если выполняется условие ортогональности
K K' Sk(t) Sk'(t) dt 0

условие ортогональности, таким образом, выполнено, если 4foT = 2I, где 1 целое число эквивалентно f0 1/2T.

Возьмем частоту f0 (N/2-1)/T (2-N)/2T.

Выберем дискретные значения сигналов Sk/t/ по дискретной частоте fe N/T B, где B полоса пропускания.


Модулированный сигнал X пишется

Зададим K' K + (N/2) + 1 для K, заключенного между 0 (N/2)-2, т.е. K', заключенного между (N/2)++ и N-1, и K'= K-(N/2)+1 для K, заключенного между N/2-1 и N-1, что соответствует K', заключенному между 0 и N/2.


Bk' Ak' + (N/2)-1;
k k' + (N/2) 1 для k' 0.N/2;
Bk' Ak' (N/2) 1 для k' N/2 + 1, N-1;
k' k'(N/2) 1
x(n) обратное дискретное преобразование Фурье
(TFD-1) от A (/N/2) -1 exp (j(N/2) -1,AN -1 exp
(j(N-1)), A0 exp (j0), A((N/2) 2 exp (j(N/2) 2)
При приеме можно также осуществить демодулирование сигнала при помощи дискретного преобразования Фурье.

Изобретение не ограничивается применением обратного преобразования Фурье для осуществления модуляции сигнала. Могут быть применены и другие алгоритмы, преобразующие частотные значения во временные значения.

Устройство преобразования сигналов из параллельной формы в последовательную 301 выдает последовательность числовых значений генератору сигналов 302. Обычно некоторые числовые значения при этом повторяются, чтобы образовать интервал перехода.

Во время интервалов перехода длительностью T передается конец полезного интервала длительностью T в соответствии с данным интервалом перехода.

В варианте исполнения (фиг.6с) устройство преобразования сигналов 301 выдает "0" за время T интервалов перехода. Устройство 301 включает в себя средства накопления информации и мультиплексоры.

Естественно другие варианты генерирования сигналов, как, например, генерирование гомодинных сигналов с использованием множества устройств расчета преобразования Фурье также могут быть применены, не выходя за рамки изобретения.

На фиг. 12 можно видеть пример исполнения преобразователя 75 числовых слов в сложные сигналы. Устройство 75 включает два преобразовательных блока 750, размещенных в устройствах накопления постоянной информации. Применяются постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), программируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ), стираемые программируемые запоминающие устройства, ППЗУ с электрическим стиранием и оперативные запоминающие устройства. Числовые слова, предназначенные для преобразования, соответствуют адресам в ячейках 750, причем значение амплитуды или реальной части сигнала хранятся в одной ячейке, а значение фазы или мнимой части сигнала во второй ячейке. Естественно, что обе ячейки не обязательно должны соответствовать двум блокам памяти. Так, можно использовать один блок памяти с достаточной емкостью или более двух блоков в зависимости от необходимой разрешающей способности и емкости применяемых цепей памяти.

На фиг.13 можно видеть устройство перегруппировки сигналов 78. Оно включает в себя запоминающее устройство 781, мультиплексор 782 и устройство задания последовательности сигналов 784. Запоминающее устройство 781 соединено с мультиплексором 782. Устройство задания последовательности сигналов 784 соединено через линию управления 785 с запоминающим устройством 781 и через линию управления 786 с мультиплексором 782.

Устройство перегруппировки сигналов 78 позволяет привести обрабатываемые данные к форме, соответствующей вычислительному устройству 190. Перегруппировка данных зависит, в частности, от модели, например, расчетных цепей быстрого преобразования Фурье. Устройство задания последовательности сигналов 784 позволяет перегруппировать порядок числовых слов и/или битов внутри обрабатываемых числовых слов цепью, не представленной на фиг.13. Это устройство 784 направляет адреса запоминающему устройству 781 через линию 785, а также управляющие сигналы. Оно также направляет управляющие сигналы мультиплексору 782 через линию 786, осуществляющую связь между различными позициями мультиплексора. Мультиплексор 782 может быть, например, трехпозиционного типа, что позволяет делать выбор между двумя блоками памяти и генератором нуля 787. Генератор нуля 787 позволяет генерировать нулевые значения, необходимые для генерирования сигнала обратным преобразователем Фурье. Эти нулевые значения хранятся в запоминающем устройстве 781. Они передаются либо от специальных соединений запоминающего устройства 781, соединенного с мультиплексором 782, либо адресацией, осуществляемой устройством задания последовательности 784 запоминающего устройства 781.

При необходимости устройство 78 включает в себя интерфейс 783, позволяющий привести выходные сигналы в соответствие с входными сигналами вычислительной цепи, например, дискретного преобразования Фурье.

На фиг. 16 можно видеть пример исполнения запоминающего устройства 781, изображенного на фиг 13.

Это устройство включает четыре блока памяти 7811, 7812, 7813, 7814. Каждый блок получает от устройства задания последовательности 784 команду на воспроизведение или запись L/E.

Одновременно два блока, например, 7811 и 7812 работают в режиме воспроизведения, а два других блока, например, 7813 и 7814 в режиме записи. Таким образом, поступающие сигналы могут быть записаны в блоке в порядке, необходимом для их воспроизведения. Одновременное воспроизведение второго блока памяти позволяет передавать числовые данные, необходимые вычислительной цепи.

На фиг.17 можно видеть второй пример исполнения запоминающего устройства 781. Оно включает в себя только два блока 7811 и 7812. Устройство задания последовательности 784 имеет в этом случае прямой доступ к памяти.

Таким образом, два блока памяти одновременно осуществляют воспроизведение и запись данных.

На фиг. 16 и 17 показана передача сигналов в квадратуре фазы I и Q при реальной и мнимой составляющей.

В устройстве можно применить модулирование сигнала на различных частотах. Например, при применении высокочастотных электромагнитных волн можно модулировать сигнал непосредственно на несущей, как показано на фиг.15, на промежуточной, как показано на фиг.14, или на опорной частоте.

Модулирование в основной полосе происходит обязательно по I и Q. И наоборот, на промежуточной или на несущей частотах можно осуществлять модулирование, основываясь на реальных сигналах, как показано на фиг.20.

На этой фигуре изображено устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь 3211, фильтр нижних частот 3209, смеситель 3201, фильтр 3022, смеситель 3204 и фильтр 3205, соединенные последовательно. Вторые входы смесителей 3201 и 3204 соединены с местными гетеродинами, которые на схеме не показаны.

На фиг.14 представлен второй пример исполнения устройства 302 генерирования передаваемого сигнала. Оно содержит первый смеситель 3201 и второй смеситель 3207, соединенные с сумматором 3023. Выход сумматора 3023 соединен с первым входом третьего смесителя 3204.

Второй вход смесителя 3207 соединен с выходом местного гетеродина 3305, вырабатывающим промежуточную частоту. Второй вход смесителя 3201 соединен с выходом местного гетеродина 3305 через устройство 3208, вызывающее фазовое смещение на /2 Таким образом, осуществляется частотное повышение составляющих I и Q в квадратуре фазы, при этом сигнал восстанавливается сумматором 3023.

Второй вход смесителя 3204 соединен с местным гетеродином 3306, частота колебаний которого выше, чем частота колебаний местного гетеродина 3305.

Обычно синхронность работы обоих гетеродинов 3305 и 3306 обеспечивается не представленным на схеме генератором развертки.

Местные гетеродины 3305 и 3304 достаточно стабильны, чтобы обеспечить соответствующее калибрование при приеме.

Обычно генератор развертки синхронизируется с устройством дискретизации сигнала.

В варианте исполнения устройство 302 является цифровым. В варианте исполнения, показанном на фиг. 14, устройство 302 является аналоговым. На его входе стоят аналого-цифровые преобразователи 3211 и 3212, которые соединены с первыми входами смесителя 3201, 3207 соответственно. Между выходом аналого-цифровых преобразователей 3211 и 3212 и входами смесителей 3201, 3207 устанавливают фильтры нижних частот 3209, 3210 соответственно. Фильтры 3209 и 3210 предназначены для устранения высокочастотных составляющих, генерируемых аналого- цифровыми преобразователями 3211 и 3212.

На выходах смесителей 3201, 3207 и 3204 необходимо установить фильтры соответственно 3022, 3206 и 3205, предназначенные для выборки необходимой части спектра на входе смесителей.

На фиг.15 можно видеть вариант исполнения устройства 302, включающего в себя один каскад повышения частоты. Это устройство имеет также первый смеситель 3201 и второй смеситель 3207.

Выходы смесителей 3201 и 3207 соединены с входами сумматора 3203 через полосно-пропускные фильтры 3022 и 3206.

В аналогичном примере на фиг.15 первый вход смесителей 3201 и 3207 соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей 3211 и 3212 через фильтры 3209 и 3219.

Передатчик в соответствии с изобретением передает сигналы кодирования, позволяющие осуществлять при приеме точную синхронизацию генераторов развертки приемника и передатчика. Таким образом, есть возможность иметь высокую разрешающую способность по времени и фазе.

В примере исполнения, приведенном на фиг.19, применяется аналогичная синхронизация. В этом примере передается пачка модулированных сигналов 300 по N каналам, спектр имеет прямоугольную форму с шириной по частоте f1, равной B, полоса пропускания и высота Am соответствуют средней амплитуде A2 сигнала в полосе B. Передают две частоты fAи fB с амплитудой AM, явно превышающей Am. Например, AM превышает Am на 12 дБ. Тогда при приеме, если известны частоты fA и fB, можно разделить fA и fB. Зная эти значения с одной стороны и их различия при приеме с другой стороны, получают опорное значение частоты, из которого можно определить опорное временное значение. При приеме разница fA fB определяется в результате биений этих частот в смесителе.

В примере исполнения устройства в соответствии с изобретением В равно 8МГц, а fA и fB разнесены относительно друг друга на 5МГц.

На фиг. 21 показан пример исполнения приемника в соответствии с изобретением. Приемник содержит приемную антенну 40, усилитель 603, смеситель 41, полосно-пропускной фильтр 42, усилитель с изменяющимся коэффициентом усиления 604, смеситель 4817, фильтр нижних частот 4818, аналого-цифровой преобразователь 4819, реортогональное устройство 482, демодулятор 48, местный гетеродин 250, устройство автоматического контроля усиления 605, местный гетеродин 491, следящую систему 49, цепь анализа 601, решающее устройство 602, устройство обработки 45, исполнительное устройство 46.

Антенна 40 соединена с входом усилителя 603. Выход усилителя 603 соединен с первым входом смесителя 41. Выход смесителя 41 соединен с входом полосно-пропускного фильтра 42. Выход этого фильтра соединен с входом смесителя 4817 и с входом цепи автоматического контроля усиления 605. Выход этого устройства соединен с входом устройства управления усилением усилителя 604. Выход усилителя 4817 соединен с входом фильтра низких частот 4818. Выход этого фильтра соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 4819. Его выход соединен с входом реортагонального устройства 482. Его выход соединен с входом демодулятора 48. Выход демодулятора соединен с входом цепи анализа 601 и с входом следящей системы 49. Выход анализа соединен с входом устройства обработки информации 45.

Выход этого устройства соединен с входом исполнительного устройства 46. Первый выход следящей системы 49 соединен с аналого-цифровым преобразователем 4819, с реортогональным устройством 482, с демодулятором 48, с цепью анализа 601 и с решающим устройством 602. Второй выход соединен с местным гетеродином 491. Третий выход соединен с местным гетеродином 250.

Антенна 40 принимает высокочастотный сигнал от приемника. Усилитель 603 усиливает сигнал, принятый антенной 40. Биения В4 сигнала, переданного местным гетеродином 250 в смеситель 41, понижает частоту принятого сигнала. Сигнал проходит через фильтр 42, который устраняет посторонние сигналы. В основном принимают фильтры поверхностных акустических волн.

Усилитель 604 осуществляет усиление сигнала промежуточной частоты под контролем цепи автоматической регулировки усиления 605. Эта цепь принимает сигнал с выхода усилителя 604. Интегрирование по достаточно длинному промежутку времени дает среднее значение амплитуды сигнала для образования сигнала управления усилителем 604, что позволяет оптимизировать принимаемый сигнал.

Смеситель 4817 обеспечивает биение сигналов, поступающих с местного гетеродина 491, и сигналов, усиленных усилителем 604. Он выдает сигнал низкочастотной несущей. Фильтр 4818 отбирает необходимую часть спектра. Аналого-цифровой преобразователь 4819 осуществляет выделение дискретных значений сигнала. Для получения значительной скорости передачи информации необходимо обязательно произвести полное разделение сигналов на различных каналах.

Реортогональная цепь 482 позволяет устранить перекрытные помехи, появляющиеся между каналами. Эти помехи могут возникнуть, например, от различных отраженных сигналов, которые задерживают часть сигнала. Такие сигналы поступают на приемник, в частности, во время приема следующего повторяющегося элемента схемы. Эта цепь 482 включает в себя цепь обнаружения изменений, происходящих в повторяющихся элементах.

Например, она содержит средства вычитания сигнала от отставшей части сигнала длительность Т. Поскольку обе выборки делались в одном и том же отрезке передачи длительность Т + T то их разница почти постоянна.

Это верно для каждого интервала передачи длительностью Т, уменьшенной на время поступления наиболее удаленных отраженных сигналов. Наоборот, быстрая флуктуация этой разницы указывает на то, что обе выборки не принадлежат одному и тому же интервалу передачи. Так, по разнице двух выборочных значений определяют момент изменения интервала передачи и затем синхронизацию этих интервалов, называемую также "пакетной синхронизацией". Сигналы от многочисленных отражений, часто приводящие к перекрестным помехам, либо устраняются, как это показано на фиг.6а, либо добавляются к повторяющемуся элементу, как видно из фиг.6с.

В первом случае длительность Т интервала перехода обычно выше длительности распространения многочисленных отраженных сигналов, которые нужно устранить путем, например, игнорирования принятых сигналов во время интервалов перехода 81 длительностью Т.

Во втором случае сигналы, принятые во время интервалов перехода, добавляют к началу соответствующего полезного интервала. Последняя операция требует наличия средств задержки, позволяющих осуществлять хранение предшествующих повторяющихся элементов до их обработки демодулятором 48.

Демодулятор 48 производит разделение сигналов, поступающих по разным каналам. В приведенном примере эта обработка цифровая. Применяется устройство расчета дискретного преобразования Фурье. Однако разделение аналоговым методом с использованием, например, блоков смесителя частот, отделенных на 1/Т, не выходит за рамки данного изобретения.

Демодулированные сигналы поступают, с одной стороны, в цепь анализа 601, и с другой стороны, в следящую систему 49. Цепь анализа 601 анализирует полученные сигналы, уравнивает и калибрует их, основываясь на контрольных и калибровочных сигналах, принятых с передатчика. Следящая система 49 осуществляет синхронизацию между различными каскадами приемника и между приемником и передатчиком. Она подает, в частности, на местные гетеродины 250 и 491 синхросигналы для придания устойчивости работы по времени. Она посылает также частоту для выделения дискретных значений сигнала аналого-цифровому преобразователю 4819, реортогональному устройству 482, демодулятору 48, цепи анализа 601 и устройству решения 602.

Нормализованные сигналы поступают с цепей анализа 601 на устройство решения 602.

Устройство решения 602 определяет, какая точка 14 (фиг.7) и таким образом какая пара (амплитуда, фаза) или (реальная часть, мнимая часть) присутствует в данный момент. Это устройство придает каждому числовому слову свою пару.

Приемник в соответствии с изобретением включает в себя и другие устройства, например устройство обработки информации 45. Оно осуществляет необходимую обработку сигнала. В телевизионном приемнике, например, оно воспроизводит изображение и звук из цифровых сигналов. При этом применяются алгоритмы разложения изобретения в той же степени, что и алгоритмы сжатия при передаче. Устройство обработки информации 45 соединено с исполнительным устройством 46, которое позволяет воспроизвести принятые сигналы. Тип исполнительного устройства в основном зависит от типа применяемого приемника. Например, для передачи телевизионного сигнала применяется, в частности, электроннолучевая трубка или плоский экран и громкоговоритель. Для передачи телефонных сигналов исполнительным устройством является, например, АТС или телефон.

Для передачи данных исполнительным устройством может быть счетно-решающее устройство, принимающее сигналы для обработки и хранения. На фиг.9 можно видеть пример исполнения приемника в соответствии с изобретением, содержащего для низкочастотных несущих цепь обработки реальной части и цепь обработки мнимой части сигнала в квадратуре фазы.

Устройство по фиг. 9 содержит антенну 40, усилитель 603, смеситель 41, полосно-пропускной фильтр 42, усилитель 604 с изменяемым коэффициентом усиления, цепь автоматической регулировки коэффициента усиления 605, смеситель 4817, смеситель 4814, фильтр частот 4818, фильтр нижних частот 4815, аналого-цифровой преобразователь 4816, аналого-цифровой преобразователь 4819, реортогональное устройство 4821, реортогональное устройство 4822, демодулятор 48, цепь анализа 601, цепь решения 602, устройство обработки информации 45, устройство визуализации 462, устройство звукофикации 461, следящую систему 49 и фазовращатель на /2 4813.

Антенна 40 соединена с входом усилителя 603. Выход усилителя 603 соединен с первым входом смесителя 41. Выход смесителя 41 соединен с полосно-пропускным фильтром 42. Выход этого фильтра соединен с входом устройства автоматической регулировки коэффициента усиления 605, с первым входом смесителя 4817 и с первым входом смесителя 4814. Выход устройства автоматической регулировки усиления 605 соединен с входом системы управления коэффициентом усиления усилителя 604. Выход смесителя 4817 соединен с входом фильтра 4818. Выход смесителя 4814 соединен с входом фильтра 4815. Выход фильтра 4818 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 4819. Выход фильтра низких частот 4815 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 4816. Выход аналого-цифрового преобразователя 4819 соединен с входом реортогонального устройства 4821. Выход аналого- цифрового преобразователя 4816 соединен с входом реортогонального устройства 4822. Выходы этих устройств соединены с входами демодулятора 48. Его выход соединен с входом цепи анализа 601 и следящей системы 49. Выход этого устройства соединен с входом устройства решения 602. Его выход соединен с входом устройства обработки информации 45. Выход этого устройства соединен с исполнительным устройством, например с устройством визуализации 462 и устройством звукофикации 461. Первый выход следящей системы 49 соединен с аналого-цифровыми преобразователями 4819 и 4816, с демодулятором 48, с цепью анализа 601 и с устройством решения. С этого выхода поступает частота дискретных значений. В примере исполнения, показанном на фиг. 9, частота биений поступает непосредственно с выходов следящей системы 49.

Высокочастотный выход соединен с вторым входом смесителя 41. Среднечастотный выход соединен с входом фазовращателя на /2 4813 и с вторым входом смесителя 4817. Выход фазовращателя соединен с вторым входом смесителя 4814. В устройстве по фиг.9 работает реальная и мнимая часть сигнала в квадратуре фазы. Таким образом, можно понизить частоты без снижения скорости передачи информации. Демодулятор 48 включает в себя устройство расчета преобразования Фурье, которое преимущественно является устройством расчета дискретного преобразования Фурье. Оно также является устройством расчета быстрого преобразования Фурье. Применение алгоритма быстрого преобразования Фурье вынуждает производить расчеты по числу выборок, равному степени 2. Во время телепередачи используют, например, 256, 512, 1024 или 2048 каналов. Однако не обязательно, чтобы информация передавалась по каждому каналу. Применение устройства расчета быстрого преобразования Фурье для демодулирования полученного сигнала позволяет применять стандартные цепи или систему стандартных цепей расчета быстрого преобразования Фурье. Возможны и другие варианты исполнения, как например гомодинное демодулирование.

На фиг. 23 показан пример исполнения устройства анализа 601. Это устройство содержит устройство разделения 586, уравнивающее устройство 587, устройство анализа контрольных сигналов 588 и устройство задания последовательности 585. Устройство разделения 586 получает сигналы для обработки. Его выходы соединены с уравнивающим устройством 587 и с устройством анализа контрольных сигналов 588. Выход этого устройства соединен с устройством выравнивания 587 и с устройством синхронизации 49. Устройство разделения 586 делит контрольные сигналы, которые он посылает на устройство анализа контрольных сигналов 588, от информационных сигналов, которые поступают на выравнивающее устройство 587. Обнаружение контрольных сигналов может быть осуществлено, например, по заранее определенному стандарту передачи. Устройство разделения 586 "знает", что на каждом интервале передачи один из 8 каналов зарезервирован для контрольных сигналов. По другому стандарту передачи контрольные сигналы могут соответствовать всем каналам, где на каждом интервале передачи для таких сигналов зарезервирован, например, один канал из 100.

Оба эти типа контрольных сигналов, служащие для выделения дискретных значений амплитуды или фазы принятого сигнала, могут смешиваться, чтобы иметь, например, один контрольный канал из 16 через каждые 64 интервала.

В первом примере исполнения приемник в соответствии с изобретением разработан так, чтобы следовать единому стандарту. В таком случае необходимо осуществить первую синхронизацию или получить синхросигнал с другого приемника.

Во втором примере исполнения приемник может принимать сигналы по нескольким стандартам. В этом случае нужно определить к какому стандарту относятся принятые сигналы. Поскольку передача по раздельным каналам позволяет осуществить уплотнение, то есть возможность оставить часть объема для служебной информации. Служебная информация может периодически включать в себя, например, данные о типе передачи. Стандарт передачи может также выбираться самим пользователем при выборе нужной программы. Он может, например, перейти от телепередачи к радиопередаче. Информация о стандарте передачи может храниться, например, в постоянной памяти /не представленной здесь/. Устройство разделения 586 может включать в себя мультиплексоры и кабельные логические устройства для выполнения команд, поступающих с устройства задания последовательности 585.

Значения контрольных сигналов должны быть известны приемнику. Например, контрольные сигналы могут быть псевдослучайными. Они генерируются в передатчике и в приемнике по одному и тому же алгоритму, что позволяет сравнивать принятый сигнал с переданным сигналом.

Контрольный сигнал анализа 588 определяет уровень принятого сигнала в каждом контрольном канале. Он определяет фазовый сдвиг и затухание. Исходя из этих значений устройство анализа и контроля 588 определяет те же величины в промежуточных каналах между контрольными каналами методом, например, интерполяции, которая может быть линейной интерполяцией.

Для получения высокой скорости передачи информации необходимо различать близкие значения амплитуд и фаз и располагать, таким образом, опорными значениями амплитуды и фазы для каждого канала. Эти значения определяются по опорным сигналам, периодически передаваемым передатчиком в направлении приемника. Частота повторения опорных сигналов зависит от стабильности условий распространения и местных гетеродинов. В первом варианте исполнения устройства периодически передают опорные сигналы амплитуды и фазы на всех частотах 31-3N с интервалом длительностью Т или Т+ T Однако необходимо отметить, что частая передача сигналов калибрования снижает скорость передачи полезной информации.

В преимущественном варианте исполнения устройства передают только несколько сигналов калибрования, равномерно распределенных по частотам 31-3N, при этом коэффициенты других частот определяются, например, интерполяцией.

В общем случае можно осуществлять распределение сигналов по времени и/или по различным каналам.

Можно, например, периодически передавать контрольные сигналы раз на другом канале. Осуществляют круговое переключение каналов, предназначенных для контрольных сигналов. Методом интерполяции для всех каналов определяют частотную характеристику среды передачи. Таким же образом определяется коррекционная матрица по амплитуде и для каждого канала.

Первостепенным является скомпенсирование калиброванием изменений частотной характеристики среды, например, вследствие изменения /даже местного/ атмосферных условий.

Частотную характеристику среды можно определить расчетом преобразования Фурье вносимых коррекцией.

В примере исполнения один канал из 8 служит для калибрования амплитуды А и фазы всех каналов 31-3N. В таком устройстве возможно либо осуществлять калибрование на каждом полезном интервале длительностью Т, либо, как в предыдущем случае, предназначить только определенные интервалы для калибрования. Синхронизация поддерживается использованием устойчивой развертки.

Устройство анализа и контроля включает в себя, например, запоминающее устройство и микропроцессоры быстрой обработки сигналов. Значения фазового сдвига и затуханий для каждого канала передаются на выравнивающее устройство или компенсатор 587.

Выравнивающее устройство подает на каждый канал сигналы усиления и фазового сдвига со значениями, обратными значениям, наведенным передачей. Так, амплитуды всех каналов при приеме после сравнивания цепью 587 пропорциональны амплитудам при передаче. Таким же образом, относительное фазовое смещение между каналами при приеме после обработки сигналов в выравнивающем устройстве равно относительному фазовому смещению при передаче.

В аналоговом варианте исполнения выравнивающее устройство 587 включает в себя изменяющиеся фазовращатели и изменяющиеся усилители. Аналоговые фазовращатели могут иметь цифровое управление. Можно, например, применять устройства переноса заряда о одним входом и с несколькими выходами. Каждый выход соответствует своему значению фазового сдвига. В цифровом варианте исполнения выравнивающего устройства 587 для корректировки амплитуды и фазы применяются умножение и сложение значений. Применяют кабельные, микропрограммируемые и программируемые логические устройства.

На фиг. 24 показана структура устройства известного типа, которую можно применить в реортогональном устройстве. Запоминающим устройством 481 может быть, например, двухпортовое устройство. Данные для хранения поступают через входной порт. Перегруппированные данные выходят через выходной порт.

Устройство задания последовательности 4842 выдает адреса записи и воспроизведения данных. В зависимости от типа построения системы данных можно воспроизвести полные слова или только части слов или индивидуальных битов. Запоминающее устройство 4811 содержит, например, интегрированные цепи оперативной памяти.

Устройство задания последовательности 4842 включает в себя, например, логические цепи и счетно-решающие устройства. В варианте исполнения при применении стандартных цепей можно заменить устройство задания последовательности 4842, например, микропроцессором обработки сигнала.

На фиг.25 показан второй пример исполнения реортогонального устройства. Устройство 482 содержит запоминающее устройство 4825, арифметический и логический блок 4826, мультиплексор 4823, а также устройство задания последовательности 4824.

Выход запоминающегося устройства соединен с входом арифметического и логического блока и с первым входом мультиплексора. Выход арифметического и логического блока соединен с вторым входом мультиплексора.

Устройство задания последовательности получает синхросигналы от приемника, например от следящей системы 49. Оно передает сигналы управления и синхронизации мультиплексору. Мультиплексор посылает адресные и синхросигналы запоминающему устройству. В устройстве на фиг.25 адресование памяти устройством задания последовательности позволяет осуществить перегруппировку числовых слов. Арифметический и логический блок осуществляет необходимое суммирование сигналов.

Переключение мультиплексора позволяет сделать выбор из двух типов перегруппировки в зависимости от нужного стандарта передачи и текущего значения фазы принимаемого сигнала.

С другой стороны для обработки сигнала можно использовать амплитудно-фазовый демодулятор, изображенный на фиг.22 французской заявки 8613937, поданной 7 октября 1986 г. Передатчик в соответствии с изобретением передает сигналы кодирования для более точного осуществления синхронизации при приеме разверток передатчика и приемника.

Таким образом можно иметь высокую временную и/или фазовую разрешающую способность.

В первом примере исполнения устройства в соответствии с изобретением применяют цифровую синхронизацию.

В примере исполнения на фиг.27 применяют аналоговую синхронизацию. В примере на фиг.26 передают серию 3000 модулированных сигналов по N каналам. Спектр имеет прямоугольную форму с шириной по частоте f1, равной В, полосой пропускания и высотой Am соответствующими средней амплитуде А2 сигнала. Внутри полосы В передают две частоты fA и fB с амплитудой AM, превышающей амплитуду Аm.

Таким образом при приеме, зная частоты fA и fB, можно отделить fA от fB. Зная сами частоты и разницу между ними при приеме, можно получить опорное значение по частоте, а из него вычислить опорное значение по времени. Разница fA fB при приеме определяется биением частот в смесителе.

В примере исполнения устройства в соответствии с изобретением В равно 8 МГц, а fA отделена от fB на 5 МГц.

На фиг. 14 показан пример аналогового исполнения следящей системы 49, показанной на фиг. 8 и 9. Устройство на фиг.14 предназначено для работы с сигналом, показанным на фиг.13. Следящая система включает в себя полосно-пропускной фильтр 702, смеситель 703, цепь фазовой синхронизации 704, цепь фазовой синхронизации с разделением частоты 709, цепь фазовой синхронизации с разделением частоты 710 и цепь фазовой синхронизации с разделением частоты 711. Эти цепи включают в себя, например, смеситель, фильтр низких частот, генератор, управляемый напряжением. На фиг. 27 цепь 704 включает в себя смеситель 705, фильтр низких частот 706, генератор, управляемый напряжением 707.

Вход устройства 49 соединен с входами фильтров 701 и 702. Выход фильтра 701 соединен с первым входом смесителя 703. Выход смесителя 703 соединен с первым входом смесителя 705. Выход этого смесителя соединен с входом фильтра низких частот 706. Выход генератора 707 соединен с входом цепи фазовой синхронизации 709, с входом цепи 710 и с входом цепи 711. Выход фильтра низких частот 706 соединен с входом генератора 707. Выход этого генератора соединен со вторым входом смесителя 705. Выходы цепей 709, 710, 711 являются выходами следящей системы 49 и обеспечивают подачу на нее необходимых частот. Фильтр 701 отбирает частоту В. Смеситель 703 обеспечивает биение частот fA и fB.

Цепь фазовой синхронизации 704 выдает значение разности частотами fA и fB. Разница между этими частотами при передаче, определяемая стандартом передачи, известна. Сравнение при приеме позволяет получить опорное значение частоты и фазы.

Цепи 709, 710, 711 обеспечивают подачу довольно устойчивых опорных значений частоты и фазы, необходимых для работы устройства в соответствии с изобретением.

Эти цепи подают опорные значения частоты соответственно на местный гетеродин 250 и на местный гетеродин 491 /фиг. 21/, а также дискретный тактовый сигнал на цифровые устройства /фиг. 8 и 9/.

Частоты колебаний зависят от регулировки гетеродинов. Изобретение применяется в аналого-цифровых устройствах приема информации, в системах связи между ЭВМ, в системах связи между АТС, в системах радиотелефонной связи между наземными станциями и спутниками, в акустических системах связи в воздухе и/или в воде, в местных сетях ЭВМ и при приеме радио и телевизионных сигналов.

Изобретение касается типа модуляций, которые могут применяться при любой передаче и сборе информации. Оно применяется в устройствах, использующих любые типы волн, в частности акустические электромагнитные волны.

Устройство в соответствии с изобретением используются, в частности, в радио и телепередачах, в устройствах передачи аналоговой и цифровой информации, в системах связи между ЭВМ, в системах связи между радиотелефонами и станциями связи, в системах радиоэлектронной связи между наземными станциями и спутниками, в системах связи между двумя спутниками, в системах акустической связи в воздухе и/или в воде, в местных сетях ЭВМ, в радарах.

Изобретение особенно целесообразно применять для передачи и приема высококачественного радиосигнала, а также телевизионного сигнала с высокой разрешающей способностью и/или в цифровом телевидении.


Формула изобретения

1. Способ передачи модулированных волн с высокой спектральной эффективностью, использующий одновременно множество ортогональных частот, согласно которому передают символы длительностью T+T с интервалом между частотами 1/Т, где Т полезный интервал передачи, а T - интервал перехода для поглощения неустойчивых сигналов, возникающих вследствие отраженных сигналов, в котором в каждом временном интервале передачи длительностью T+T передают пару амплитуда фаза или реальная часть мнимая часть на каждой частоте, причем указанная пара эквивалентна передаваемой информации, отличающийся тем, что количество возможных пар превышает 4, а передаваемые символы формируют из периодически передаваемых опорных сигналов, позволяющих при приеме уравнивать канал передачи, и передают синхронизирующие сигналы, позволяющие осуществлять при приеме обработку сигнала в полезные интервалы передачи длительностью Т с целью определения ортогональности каналов, соответствующих различным частотам.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение T/T не превышает 1/8.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что первая ортогональная частота выбирается, исходя из соотношения k/T, где k целое положительное число.

4. Способ по одному из пп. 1 3, отличающийся тем, что определяют повторяющиеся фрагменты полезного интервала передачи длительностью Т, производят передачу упомянутого повторяющегося фрагмента в течение интервала передачи длительностью Т и его когерентного продолжения путем копирования конца полезного интервала цифрового сигнала за время интервала перехода длительностью T.
5. Способ по любому из пп.1 3, отличающийся тем, что во время интервалов перехода передачу прекращают.

6. Способ по одному из пп.1 5, отличающийся тем, что во время каждого полезного интервала передачи длительностью Т передают один символ на всех частотах или на части упомянутых частот.

7. Передающее устройство для осуществления способа по любому из пп.1 6, отличающееся тем, что оно содержит модулятор, позволяющий одновременно модулировать в течение полезного интервала передачи множество несущих ортогональных частот, каждая из которых передает либо символ, выбранный среди большого числа пар амплитуда, фаза, либо символ, представляющий собой опорный сигнал, позволяющий обеспечить выравнивание канала передачи.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что упомянутый модулятор содержит устройство расчета обратного преобразования Фурье в цифровой форме для более чем 1024 выборок с временем обработки не более 100 мс.

9. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что модулятор выполнен с возможностью работы на промежуточной частоте.

10. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что модулятор выполнен в виде цифрового модулятора с возможностью работы на несущей частоте.

11. Приемное устройство для приема переданных с высокой спектральной эффективностью электромагнитных волн в соответствии со способом по одному из пп. 1 6, содержащее средства синхронного преобразования и выделения дискретных значений сигнала, отличающееся тем, что приемное устройство дополнительно содержит средства демодуляции передачи модулированных электромагнитных волн, использующих символы, переданные во временном интервале длительностью T+T на множестве ортогональных частот, при этом две частоты передачи отстоят друг от друга на величину 1/Т, где Т представляет собой полезный интервал передачи, а T - интервал перехода, следящую систему, включенную между средствами демодуляции и средствами преобразования и выделения дискретных значений и обеспечивающую синхронизацию данного приемного устройства с принятым сигналом с использованием интервала перехода T, а также средства контроля, включенные между средствами демодуляции и устройством синхронизации и использующие опорные сигналы для осуществления выравнивания канала.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что оно содержит блок автоматической регулировки усиления АРУ, связанный с выходом усилителя и управляемый устройством определения средней мощности по меньшей мере некоторой части сигнала.

13. Устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что устройство демодуляции содержит по меньшей мере одно устройство вычисления быстрого преобразования Фурье для более чем 1024 выборок, требующее времени обработки не более 100 мс.

14. Устройство по любому из пп.11 13, отличающееся тем, что приемное устройство содержит средства декодирования, связанные с одной стороны со средствами контроля, а с другой стороны с исполнительным устройством, и предназначенное для декодирования пар амплитуда фаза и пар действительная часть мнимая часть для их преобразования в цифровые слова.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что упомянутые средства контроля содержат устройство выравнивания, компенсирующее помехи сигнала, возникающие в результате передачи и, в частности, в результате многочисленных траекторий распространения этого сигнала, вследствие различных отражений.

16. Устройство по одному из пп.11 15, отличающееся тем, что оно содержит средства реортогональности, установленные между средствами преобразования и выделения дискретных значений и средствами демодуляции и использующие интервал перехода T для ортогональности множества каналов.

17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутые средства реортогональности содержат контур определения изменения повторяющегося фрагмента.

18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что упомянутый контур определения изменения повторяющегося фрагмента содержит средства вычитания из сигнала некоторого сигнала, задержанного на время Т, и средства, определяющие степень постоянства этой разности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике приема дискретных сообщений и предназначено для демодуляции синхронных сигналов с относительной фазовой модуляцией (ОФМ)

Изобретение относится к области приема цифровых сигналов, передаваемых методом относительной фазовой модуляции (ОФМ), и может быть использовано при построении аппаратуры передачи цифровой информации

Изобретение относится к области радиосвязи, предназначено для использования в системах передачи дискретных (двоичных) сообщений каналам связи с рассеянием энергии принимаемых сигналов во времени и по частоте, например в декаметровом канале связи

Изобретение относится к области обмена дискретной информацией с применением систем связи с амплитудными, фазовыми, частотными видами модуляции несущей частоты и различными комбинациями этих видов модуляции, используемых с различными видами линий связи

Изобретение относится к способу и устройству для определения качества сигнала, в частности для определения информации о надежности бита для фазомодулированных сигналов

Изобретение относится к области приема радиосигналов с абсолютной фазой манипуляцией /ФМн/ на 180o и может быть использовано в спутниковых, радиорелейных цифровых системах связи, передаче дискретной информации по проводным каналам и др

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в устройствах контроля и анализа шумоподобных ФМН-сигналов, служит для повышения помехоустойчивости при воздействии узкополосных помех

Изобретение относится к фазовому детектору такта для синхронной передачи данных в приемнике системы связи, в которой для получения фазового критерия такта из принимаемого сигнала образуют два соседних главных значения отсчета на длительность символа Т, а также дополнительное, лежащее посредине между этими двумя значениями промежуточное значение отсчета

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в линиях цифровой радиосвязи

Изобретение относится к системам цифровой связи, использующим прямое исправление ошибок, в частности, к способу и устройству для декодирования принимаемых когерентных сигналов, модулированных методом многоуровневой фазовой манипуляции (МФМ) с дифференциальным кодированием символов, с помощью метрики мягкого решения

Изобретение относится к радиосвязи и мотет использоваться в системах передачи дискретной информации со сверточным кодированием по каналам связи с рассеянием энергии принимаемых сигналов (каналы с памятью), подверженных замираниям и действию аддитивных помех
Наверх