Способ модуляции и структурная схема передачи информационных сигналов

 

Изобретение относится к модуляции, передаче и приему информационных сигналов. Способ модуляции для передачи информационных сигналов в длинноволновом диапазоне заключается в том, что информационными сигналами модулируют первую несущую частоту методом квадратурной двухполосной модуляции, выделяют сигнал с одной боковой полосой и неподавленной несущей, осуществляют преобразование этого сигнала в сигнал промежуточной частоты с одной или двумя боковыми полосами и преобразуют сигнал промежуточной частоты в длинноволновый диапазон путем смешения с частотой гетеродина, который излучают. Схема передачи информационных сигналов и приемник информационных сигналов предназначены соответственно для передачи и приема упомянутых сигналов. Достигаемый технический результат - повышение кпд и понижение вероятности искажения сигналов помехами. 3 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение касается способа модуляции и структурной схемы передачи информационных сигналов и приемника для приема промодулированных и переданных этим способом информационных сигналов.

Например, принципиально известна двухполосная модуляция (с двумя боковыми полосами). Двухполосная модуляция встречается на различных участках каналов связи для модулирования поднесущей подобно разностному сигналу в стереофонических передачах, подобно сигналу радиоинформационных систем (Radio Daten System) для передачи дополнительной информации на программы в УКВ-радиовещании и сигнала цветности в передачах цветного телевидения. Благодаря международной публикации WO 85/05748 уже приобрела известность модуляция (PSK) путем фазовой манипуляции вспомогательной несущей для АМ-совместимой радиотрансляции.

Такая двухполосная модуляция интегрируется специально в такие каналы связи, у которых ширина полосы сигнала играет второстепенную роль.

Необходимую для демодуляции промодулированного сигнала с двумя боковыми полосами несущую генерируют, например, при стереофонических передачах, путем одновременной передачи опорной частоты в 19 кГц для получения несущей 38 кГц в ЧМ-сигнале (частотно-модулированном) мультиплексном сигнале. Для того, чтобы регенерировать несущую сигнала с двумя идентичными боковыми полосами, другие способы применяют петлю Коста (Costa's Loop). В качестве примера можно привести микросхему SAA6579T демодулятора радиоинформационной системы (RDS).

В настоящем случае передачи сигнала радиоинформационной системы (квадратурной двухполосной модуляции с 2 идентичными боковыми полосами) (RDS QDSB) в диапазоне длинных волн имеются ограничения по ширине полосы (RDS QDSB = 4,8 кГц). Излучение радиосигнала при квадратурной двухполосной модуляции (RDS QDSB) с такой полосой в диапазоне длинных и самых длинных волн (9. . . 148,5 кГц) привело бы к помехам в соседних каналах уже скоординированных передатчиков.

Это обстоятельство и обуславливает связанные с ним недостатки двухполосной передачи, такие как: 1) необходимость двойной ширины полосы пропускания радиосигнала (RF-сигнала), 2) распределение излучаемой энергии поровну между двумя боковыми полосами, даже в том случае, когда необходимость существует только в одной боковой полосе, 3) двойная ширина полосы селективности в необходимых приемниках увеличивает вероятность искажения сигнала помехами.

В общих чертах проблематика при аналоговой или цифровой передаче информации по радио заключается в ширине полосы, необходимой для продукта модуляции. Это означает, что в международных и национальных масштабах следует стремиться к оптимальному использованию естественных ресурсов, в частности к использованию полезной полосы частот для "связи".

С целью сужения полосы применяется уже известный способ модуляции с одной боковой полосой (SSB), например, для цифровых сигналов, промодулированных квадратурной амплитудной модуляцией или фазовой манипуляцией (QAM или PSK) согласно международной публикации WO 85/04541. При этом исходят из того обстоятельства, что при двухполосной модуляции относительно фиктивной несущей радиосигнала формируются две боковые полосы с одинаковым информационным содержанием, в то время как для регенерации содержания необходима только одна боковая полоса, для чего в этом уже известном способе необходимы специальные схемы декодирования принятых сигналов.

Поэтому в основе изобретения лежит задача разработки такого способа и такой структурной схемы передачи информационных сигналов через передатчики с большим радиусом уверенного радиоприема, которые позволили бы максимально избежать указанных недостатков.

Способ, структурная схема и приемник в соответствии с изобретением должны позволить реализовать эту задачу быстро и с наименьшими затратами, без разработки новых микросхем (чипов), и обеспечить возможность сразу их использовать в оконечной аппаратуре.

Эта задача решается с помощью признаков, раскрытых в пункте 1 формулы изобретения и касающихся передачи в радиоинформационной системе сигнала с одной полосой, и признаков, раскрытых в пункте 6 формулы изобретения и касающихся структурной схемы.

Другие развивающие изобретение признаки содержатся в отличительной части пунктов 2-5 формул изобретения.

Преимущество решения в соответствии с изобретением состоит в том числе и в том, что аналоговая однополосная модуляция (SSB) может быть перенесена также на цифровую двухполосную модуляцию (двухполосная модуляция = 2 фазовым манипуляциям DSB = 2PSK). Типичным случаем применения двухполосной модуляции (DSB), а если быть точнее, то квадратурной двухполосной модуляции (QDSB), является сигнал радиоинформационной системы (RDS), как показано на Фиг. 1.

Так, например, с помощью фильтрации можно выделить избирательно нижнюю или верхнюю боковую полосу сигнала радиоинформационной системы (RDS). Полученная таким образом цифровая однополосная модуляция путем смешивания с соответствующей частотой гетеродина может быть перенесена в нужный спектр передачи, как показано на Фиг. 2.

Передача одной боковой полосы на или без неподавленной несущей зависит от применяемого способа демодуляции. Допускаются оба варианта (см. Фиг. 1), из чего следует, что по сравнению с квадратурной двухполосной передачей (QDSB) будет занята только половина ширины полосы.

Кроме того, улучшается коэффициент полезного действия передатчика и, следовательно, при том же радиусе уверенного радиоприема снизятся энергетические и эксплуатационные затраты. Сужение полосы позволяет уменьшить ширину полосы селективности (избирательности) на приемной стороне, понижая тем самым вероятность искажения сигналов помехами. Приемник с такими преимуществами раскрыт в пунктах с 7 по 9 формулы изобретения, Более подробное описание изобретения приводится ниже на примере отдельных воплощений, представленных на чертежах.

Фиг. 1 изображает передачу модулированного в радиоинформационной системе сигнала с одной боковой полосой; Фиг. 2 - принципиальную схему реализации способа, соответствующего изобретению, и Фиг. 3 - принципиальную схему приемника.

В описании и на чертежах использованы следующие сокращения: ARI - Информация по авторадио RDS - Радиоинформационная система (Radio Daten System) SSB - Модуляция с одной боковой полосой (single side band)
DSB - Модуляция с двумя боковыми полосами (double side band)
QDSB - Квадратурная двухполосная модуляция
USB - Верхняя боковая полоса (upper side band)
LSB - Нижняя боковая полоса (lower side band)
PSK - Фазовая манипуляция (phase shift keying)
ZF - Промежуточная частота (сокращенно пч).

Перечисленные выше недостатки, имеющие место при излучении сигнала радиоинформационной системы на длинной волне, преодолеваются путем переноса способов модуляции с одной боковой полосой (SSB), известных по аналоговой технике передачи, на квадратурную двухполосную модуляцию для радиоинформационной системы (RDS). В отличие от аналоговой однополосной модуляции (SSB) для демодуляции необходимо иметь несущую в правильной фазе и частоте.

На Фиг. 1 изображен сигнал радиоинформационной системы (RDS) и его боковые полосы. Несущая, изображенная в виде штриховой линии, при Ωo = 57 кГц характеризует известную по системе авторадио немодулированную несущую частоту авторадио (ARI). Она находится в квадратуре относительно фазы сигнала радиоинформационной системы (RDS) и, следовательно, может быть использована для демодуляции боковой полосы сигнала радиоинформационной системы, модулированного квадратурной двухполосной модуляцией (RDS QDSB).

Формирование сигнала RDS QDSB для диапазона длинных волн показано на Фиг. 2. Как правило, в качестве поставщика сигнала радиоинформационной системы, модулированного квадратурной двухполосной модуляцией (RDS QDSB), на (немодулированной) несущей авторадио (ARI) можно использовать любой кодер, известный по УКВ-радиосистеме.

В данном случае для формирования верхней боковой полосы (USB), взятой в рамку из штриховой линии, на несущей, применяется метод фильтрования. Это означает, что в качестве второго шага происходит преобразование частоты радиосигнала, промодулированного квадратурной двухполосной модуляцией RDS QDSB (57кГц), на ширину пропускания ( = 2,4 кГц) однополосного фильтра.

Таким образом в зависимости от выбранной частоты гетеродина во время первого частотного преобразования мы получаем на выходе фильтра нижнюю боковую полосу (нижняя боковая полоса + несущая частота) или верхнюю боковую полосу (верхняя боковая полоса + несущая частота) на положении промежуточной частоты. Второе частотное преобразование служит для переноса полученной одной боковой полосы радиосигнала (RDS) с неподавленной несущей (несущая подавляется до максимума амплитуд боковой полосы) на желаемую частоту передачи. На последующей ступени происходит усиление сигнала до соответствующей излучаемой мощности. Как, каким образом будет генерироваться сигнал с одной боковой полосой (методом фильтрования, фазовым методом или путем синтетического генерирования), - несущественно. Не исключается также возможность применения этого способа для более сложных видов модуляции, например, по двухполосному принципу. Применение этого способа находится вне зависимости от диапазона длинных волн.

Ниже приводится описание демодуляции при передаче радиосигнала с одной боковой полосой SSB-RSD.

В принципе возможна как синхронная демодуляция (когерентный демодулятор со вспомогательной несущей в правильной частоте и фазе), так и асинхронная демодуляция (без вспомогательной несущей). При применении синхронного вида демодуляции надо на стороне передачи добавить неподавленную несущую, находящуюся в квадратуре относительно боковой полосы. Демодуляция происходит посредством синхронных демодуляторов, при этом переданная неподавленная несущая применяется для синхронной демодуляции. Тем самым демодуляция происходит непосредственно в основную полосу. При асинхронной демодуляции надо, чтобы на приемной стороне демодулятор обеспечил недостающую ориентацию несущей относительно боковой полосы. Далее возможны демодуляция сигнала путем анализа типичных составляющих частотного спектра на цифры 0 или 1 и генерирование из них потока данных, в котором будет происходить асинхронная демодуляция боковой полосы, в том числе демодуляция путем анализа составляющих спектра частоты продукта модуляции. Это означает, что для демодуляции не потребуется разработка новых микросхем, чипов, т.к. в любом случае продукт демодуляции может быть сразу же запущен в дальнейшую обработку с применением стандартных цифровых схем.

Передача радиосигнала с одной боковой полосой (SSB-RDS) была опробована в диапазоне длинных волн на частоте 123,7 кГц, при этом технически реализуемой и оправданной показала себя описанная ниже со ссылкой на Фиг.2 схема. В этом случае источником информации 1 служит кодер 2 радиоинформационной системы (RDS), который может обеспечить квадратурную двухполосную модуляцию как с, так и без несущей частоты. После первого преобразования частоты в первом смесителе 3 и первом гетеродине 4 формируется сигнал с одной боковой полосой и неподавленной несущей, отфильтровывается в фильтре 5 путем смешивания во втором смесителе 6, на который вторым гетеродином 7 подается несущая частота, преобразуется в частоту передачи, усиливается в усилителе 8 и передается.

Таким образом, в качестве неподавленной несущей может быть использована несущая сигнала авторадио, включаемая в кодере радиоинформационной системы (RDS). Для приема радиоосигнала с одной боковой полосой используется известный всеволновый приемник с синхронным демодулятором. Дальнейшая обработка основной полосы радиоинформационной системы (RDS) (бифазный сигнал) не создает никаких технических проблем. Применение процесса никак не зависит от диапазона длинных волн.

На Фиг. 3 показан приемник для приема информационных сигналов, переданных с применением способа, согласно изобретению. От антенны 13 высокочастотные сигналы подаются на входной усилитель 14. Частота fe + F_ZF(пч) генерируется гетеродином 15, причем fe представляет собой несущую неподавленную несущую, содержащуюся в высокочастотном сигнале, а F_ZF(пч) = 57 кГц. Затем на стадии смешивания 16 усиленный высокочастотный сигнал переносится на промежуточную частоту и пропускается через полосовой фильтр 17 с полосой пропускания 2,4 кГц. К нему подключен стандартный демодулятор радиоинформационной системы (RDS) 18 типа SAA6579T, который имеет выходы 19, 20 для тактового и информационного сигналов, по одному выходу на каждый. Эти сигналы могут декодироваться по установленным в радиоинформационной системе правилам, а затем подаваться на индикацию.

Формула изобретения

1. Способ модуляции для передачи информационных сигналов в длинноволновом диапазоне, заключающийся в том, что информационными сигналами модулируют первую несущую частоту методом квадратурной двухполосной модуляции, выделяют из промодулированного сигнала фильтрованием или фазовым методом сигнал с одной боковой полосой и неподавленной несущей, осуществляют преобразование однополосного сигнала с неподавленной несущей в сигнал промежуточной частоты с одной или двумя боковыми полосами и преобразуют сигнал промежуточной частоты в длинноволновый диапазон путем смешения с частотой гетеродина, который излучают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал с одной боковой полосой и неподавленной несущей содержит нижнюю или верхнюю боковую полосу.

3. Схема передачи информационных сигналов, содержащая кодер радиоинформационной системы, формирующий сигнал с одной боковой полосой и неподавленной несущей, соединенный с частотным преобразователем 3, 4, выход которого через полосовой фильтр соединен с частотным преобразователем в длинноволновый диапазон, выход которого соединен с входом длинноволнового передатчика.

4. Приемник информационных сигналов, содержащий приемные средства для преобразования принятого длинноволнового сигнала в сигнал промежуточной частоты и преобразования последнего в однополосный модулированный сигнал с неподавленной несущей 14, 15, 16, выходы которых через полосовой фильтр соединены с демодулятором, выделяющим информационный сигнал, при этом ширина полосы пропускания полосового фильтра составляет 2,4 кгЦ.

Приоритет по пунктам:
28.06.1995 по пп. 1, 2, 4;
14.02.1996 по п.3.2

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3