Способ передачи информации и преобразователь последовательности цифровых отсчетов

 

Изобретение относится к технике передачи и приема информации. Технический результат заключается в уменьшении величины искажений при передаче дискретных цифровых отсчетов информации. Способ заключается в том, что на передающей стороне преобразуют последовательность цифровых отсчетов информации в аналоговый сигнал с помощью функции отсчетов вида sinx(cos(x/n)-1)/2nsin(x/n), где х= 2πF_в, F_в - верхняя частота в спектре передаваемого аналогового сигнала, a n - целое число, равное числу используемых частотных составляющих в спектре аналогового сигнала. Сформированный таким образом аналоговый сигнал передают в линию связи. На приемной стороне исходную последовательность цифровых отсчетов восстанавливают с помощью указанной функции отсчетов. Способ передачи информации реализуется с помощью соответствующего преобразователя последовательности цифровых отсчетов информации в аналоговый сигнал. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Область техники Изобретение относится к технике передачи и приема информации и может использоваться в системах связи, измерений и т.п.

Существующий уровень техники При передаче дискретной информации по каналам связи с несущей частотой возникает проблема интерференционных искажений, обусловленная тем, что при передаче по таким каналам связи последовательность дискретных цифровых отсчетов информации преобразуют в аналоговый сигнал с помощью некоторой заданной функции отсчетов, вносящей искажения в передаваемый аналоговый сигнал.

Общеизвестная заданная функция отсчетов вида где х=2πF_в, F_в - верхняя частота в спектре передаваемого аналогового сигнала, имеет прямоугольный спектр на бесконечном интервале времени. Реально передаваемые аналоговые сигналы занимают конечный временной интервал, поэтому результат преобразования цифровых отсчетов информации: результат перемножения заданной функции отсчетов вида на последовательность цифровых отсчетов информации, предварительно преобразованных в прямоугольные (в идеале) сигналы, приводит к существенному расширению идеального прямоугольного спектра. При конечной фильтрации на приемной стороне аналогового сигнала с таким спектром, т. е. при отсечении "хвостов" спектра переданного аналогового сигнала, неизбежно возникают искажения (Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Сов. радио, 1977, с. 55-58).

Известна попытка исправить эту ситуацию путем нахождения оптимальной заданной функции отсчетов, обеспечивающей минимальные искажения аналогового сигнала на приеме (Котельников В.А. "Импульсы с наименьшей энергией в спектре за пределами заданной полосы" // Радиотехника и электроника, 1997, т. 42, 1, с. 436-441).

Однако в указанной работе такая функция не была найдена.

Известен способ передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне преобразуют последовательность цифровых отсчетов информации в аналоговый сигнал с помощью заданной функции отсчетов и передают сформированный аналоговый сигнал в линию связи, а на приемной стороне принимают указанный аналоговый сигнал из линии связи и с помощью заданной функции отсчетов восстанавливают из принятого аналогового сигнала последовательность цифровых отсчетов информации (выложенная заявка Японии 10-098497, Н 04 L 27/10, 14.04.1998). Использование в данном способе передачи информации известной заданной функции отсчета в некоторых случаях приводит на приеме после фильтрации к искажению последовательности цифровых отсчетов информации, что в конечном счете может привести к потере части переданной информации.

Задача изобретения и технический результат Задачей изобретения является разработка способа передачи информации, в котором заданная функции отсчетов для преобразования последовательности цифровых отсчетов информации в аналоговый сигнал уменьшает величину искажений, а также разработка преобразователя последовательности цифровых отсчетов в аналоговый сигнал с помощью предлагаемой заданной функции отсчетов.

Техническим результатом изобретения является уменьшение искажений последовательности цифровых отсчетов информации при фильтрации восстанавливаемых аналоговых сигналов на приемной стороне.

Сущность изобретения Сущностью способа передачи информации по изобретению является то, что на передающей стороне преобразуют последовательность цифровых отсчетов информации в аналоговый сигнал с помощью заданной функции отсчетов и передают сформированный аналоговый сигнал в линию связи, на приемной стороне принимают указанный аналоговый сигнал из линии связи и с помощью заданной функции отсчетов восстанавливают из аналогового сигнала последовательность цифровых отсчетов информации, а в качестве заданной функции отсчетов используют функцию вида где х=2πF_в,
F_в - верхняя частота в спектре передаваемого аналогового сигнала,
n - целое число, большее единицы, равное числу используемых частотных составляющих в спектре аналогового сигнала.

Для решения той же задачи и достижения того же технического результата согласно настоящему изобретению предлагается преобразователь последовательности цифровых отсчетов с помощью заданной функции отсчетов вида

где х=2πF_в,
F_в - верхняя частота в спектре передаваемого аналогового сигнала,
n - целое число, большее единицы, равное числу используемых частотных составляющих в спектре аналогового сигнала, содержащий восемь последовательно соединенных отдельных блоков преобразования (1), каждый из которых состоит из первого (2) и второго (3) перемножителей, сумматора (5) и квадратурного фазовращателя (4), причем вход квадратурного фазовращателя (4) объединен с информационным входом первого перемножителя (2) и является информационным входом данного блока преобразования, а выход квадратурного фазовращателя (4) соединен с информационным входом второго перемножителя (3), при этом выходы каждого указанного перемножителя подключены к соответствующим первому и второму входам сумматора (5), выход которого является выходом отдельного блока преобразования, при этом опорные входы первых перемножителей (2.1, 2.2) и опорные входы вторых перемножителей (3.1, 3.2) первого и второго блоков преобразования соответственно объединены и являются входами квадратурных опорных колебаний удвоенной частоты дискретизации, опорные входы первых перемножителей (2.3, 2.4) и опорные входы вторых перемножителей (3.3, 3.4) третьего и четвертого блоков преобразования соответственно объединены и являются входами квадратурных опорных колебаний частоты дискретизации, опорные входы первых перемножителей (2.5-2.8) и опорные входы вторых перемножителей (3.5-3.8) пятого-восьмого блоков преобразования соответственно объединены и являются входами квадратурных опорных колебаний половинной частоты дискретизации, информационный вход первого блока преобразования является информационным входом преобразователя последовательности цифровых отсчетов информации, а выход восьмого блока преобразования является выходом преобразователя последовательности цифровых отсчетов информации.

Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение поясняется с помощью описания примера его выполнения со ссылками на сопровождающие чертежи.

Фиг.1. Вид заданной функции отсчетов,
где х=2πF_в,
F_в - верхняя частота в спектре передаваемого сигнала,
n=16.

Фиг.2. Спектр заданной функции отсчетов по фиг.1.

Фиг.3. Блок-схема преобразователя последовательности цифровых отсчетов с помощью заданной функции отсчетов, приведенной на фиг.1.

Подробное описание изобретения
Для достижения минимальных искажений на приеме последовательности цифровых отсчетов информации после фильтрации заданная функция отсчетов должна быть периодической с периодом, привязанным к периоду повторения последовательности цифровых отсчетов Т_с=1/F_в, a спектр этой заданной функции отсчетов должен быть компактным с уровнем побочных составляющих спектра менее 80 дБ.

Искомая заданная функция отсчетов задается выражением

где х=2πF_в,
F_в - верхняя частота в спектре передаваемого аналогового сигнала,
n - целое число, большее единицы, равное числу используемых частотных составляющих в спектре аналогового сигнала, имеет вид, показанный на фиг.1 (функция показана для n=16). Величину n определяют по формуле n=Т/2Т_с, где Т - заданный интервал обработки (период заданной функции отсчетов), в данном случае 10,66667 мс, а Т_с=1/F_в - период повторения последовательности цифровых отсчетов информации. Эта заданная функция отсчетов имеет двойной периодический характер: компонента sinх обеспечивает "высокочастотную" периодичность, которая затухает по мере удаления от центрального значения. Однако это затухание продолжается не до бесконечности, т.к. компонента задает более низкочастотную периодичность (с периодом в n раз больше). За счет этого спектр заданной функции отсчетов вида (1), показанный на фиг.2, отличается от спектра известной заданной функции отсчетов вида тем, что он имеет не прямоугольную, а спадающую форму. Благодаря этому, спектр конечного во времени аналогового сигнала, полученного путем перемножения последовательности преобразованных в прямоугольные импульсы цифровых отсчетов информации на заданную функцию отсчетов вида (1), имеет конечную величину и практически не искажается при фильтрации на приемной стороне.

Преобразование последовательности цифровых отсчетов информации в аналоговый сигнал с помощью заданной функции отсчетов вида (1) может быть реализовано как программными, так и аппаратными средствами. Реализация преобразования с помощью программных средств аналогичнa построению цифрового фильтра с импульсной характеристикой.

Блок-схема аппаратной реализации преобразователя последовательности цифровых отсчетов информации прямоугольной формы в аналоговый сигнал с помощью заданной функции отсчетов вида (1) приведена на фиг.3. На этой схеме преобразователь цифровых отсчетов состоит из восьми одинаковых блоков преобразования (1.1-1.8), соединенных последовательно. Каждый блок преобразования включает в себя первый (2.1-2.8) и второй (3.1-3.8) перемножители, квадратурный фазовращатель (4.1-4.8) и сумматор (5.1-5.8). На фиг.3 каждый блок преобразования обозначен ссылочной позицией 1.i, где i указывает порядковый номер данного блока 1 преобразования. Каждый элемент соответствующего блока 1 преобразования также имеет двойное обозначение, где вторая цифра указывает номер того блока преобразования, в который входит данный элемент. В каждом блоке преобразования выход квадратурного фазовращателя 4 соединен с информационным входом второго перемножителя 3, а выходы каждого указанного перемножителя 2 и 3 подключены к соответствующим первому и второму входам сумматора 5. При этом вход квадратурного фазовращателя 4 объединен с информационным входом первого перемножителя 2 и является информационным входом преобразователя последовательности цифровых отсчетов, а выход сумматора 5 является выходом преобразователя последовательности цифровых отсчетов.

Опорные входы первых перемножителей 2.1 и 2.2 и опорные входы вторых перемножителей 3.1 и 3.2 первого и второго блоков 1.1 и 1.2 преобразования соответственно объединены и являются входами 6 и 7 квадратурных опорных колебаний удвоенной частоты дискретизации всего преобразователя цифровых отсчетов, т.е. частоты, соответствующей величине 4х в выражении (1). Опорные входы первых перемножителей 2.3 и 2.4 и опорные входы вторых перемножителей 3.3 и 3.4 третьего и четвертого блоков 1.3 и 1.4 преобразования соответственно объединены и являются входами 8 и 9 квадратурных опорных колебаний частоты дискретизации всего преобразователя последовательности цифровых отсчетов, т. е. частоты, соответствующей величине 2х в выражении (1). Наконец, опорные входы первых перемножителей 2.5, 2.6, 2.7 и 2.8 и опорные входы вторых перемножителей 3.5, 3.6, 3.7 и 3.8 пятого-восьмого блоков 1.5, 1.6, 1.7 и 1.8 преобразования соответственно объединены и являются входами 10 и 11 квадратурных опорных колебаний половинной частоты дискретизации, т.е. частоты, соответствующей величине х в выражении (1). Информационный вход первого блока 1.1 преобразования является информационным входом 12 преобразователя последовательности цифровых отсчетов, а выход восьмого блока 1.8 преобразования является выходом 13 преобразователя последовательности цифровых отсчетов.

Квадратурный фазовращатель 4 в каждом блоке 1 преобразования обеспечивает изменение фазы поступающего на его вход сигнала на величину π/2 (для частоты F_в).

Перед поступлением на вход преобразователя последовательности цифровых отсчетов исходную последовательность дискретных цифровых отсчетов преобразуют с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) в последовательность прямоугольных импульсов с амплитудами, равными амплитудам соответствующих цифровых отсчетов информации.

Квадратурные опорные колебания подают на соответствующие входы преобразователя последовательности цифровых отсчетов от внешнего генератора импульсов, на выходах которого формируют квадратурные опорные колебания удвоенной, одинарной и половинной частоты дискретизации.

Поступающую на информационный вход 12 преобразователя последовательности цифровых отсчетов последовательность прямоугольных цифровых отсчетов информации разделяют на две ветви, в одной из которых квадратурный фазовращатель 4 изменяет фазу цифрового отсчета на π/2. Далее прямоугольные (квадратурные) компоненты указанной последовательности цифровых отсчетов поступают на соответствующие перемножители 2 и 3, где осуществляют их перемножение с квадратурными опорными колебаниями, подаваемыми с генератора импульсов. Результат перемножения суммируют сумматором 5 и подают на выход блока 1.1 преобразования. В следующих блоках 1.2-1.8 преобразования происходит последовательная обработка сигнала с предыдущих блоков 1 преобразования. При этом в первых двух блоках 1.1 и 1.2 преобразования квадратурные компоненты входного сигнала перемножаются с колебаниями удвоенной частоты дискретизации, т. е. учетверенной частоты F_в (верхней частоты в спектре передаваемого аналогового сигнала), в двух следующих блоках 1.3 и 1.4 преобразования перемножение осуществляется с колебаниями частоты дискретизации, т.е. удвоенной частоты F_в. В последних четырех блоках 1.5-1.8 перемножение компонент входного сигнала осуществляется с колебаниями половинной частоты дискретизации, или частоты F_в. На выходе восьмого блока 1.8 преобразователя последовательности цифровых отсчетов формируется аналоговый сигнал, представляющий произведение входной последовательности прямоугольных цифровых отсчетов информации на заданную функцию отсчета

где х=2πF_в,
F_в - верхняя частота в спектре передаваемого аналогового сигнала,
n - число используемых частотных составляющих в спектре аналогового сигнала(в данном примере n=16).

На приемной стороне из принятого аналогового сигнала восстанавливают исходную последовательность цифровых отсчетов информации с использованием цифрового фильтра с импульсной характеристикой, равной заданной функции отсчета на передающей стороне.

Восстановленная по настоящему изобретению на приемной стороне последовательность цифровых отсчетов информации имеет искажения в отсчетных точках (при отсутствии шумов) не хуже 10^-4%, по сравнению с известным способом по прототипу, в котором соответствующие искажения составляют 1%.

Промышленная применимость
Данное изобретение может использоваться в технике связи, измерениях и в любых иных приложениях, где необходимо передать или преобразовать информацию с использованием заданной функции отсчетов информации. При этом предложенная заданная функция отсчетов обеспечивает минимальные искажения при передаче дискретных отсчетов по реальным каналам связи с несущей частотой.

Если на вход преобразователя последовательности цифровых отсчетов подать прямоугольные импульсы единичной амплитуды с частотой F_в (верхней частотой в спектре передаваемого аналогового сигнала), то указанный преобразователь будет выполнять функции генератора предложенной заданной функции отсчетов вида

и может быть использован в указанном качестве в технике передачи и приема информации.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на конкретный пример его реализации, этот пример никоим образом не ограничивает объема патентных притязаний, который определяется прилагаемой формулой изобретения с учетом возможных эквивалентов.

Формула изобретения

1. Способ передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне преобразуют последовательность цифровых отсчетов информации в аналоговый сигнал с помощью заданной функции отсчетов, передают сформированный аналоговый сигнал в линию связи, на приемной стороне принимают указанный аналоговый сигнал из линии связи, с помощью заданной функции отсчетов восстанавливают из аналогового сигнала последовательность цифровых отсчетов информации, отличающийся тем, что в качестве заданной функции отсчетов используют функцию вида

где х=2πF_в;
F_в - верхняя частота в спектре передаваемого аналогового сигнала;
n - целое число, большее единицы, равное числу используемых частотных составляющих в спектре аналогового сигнала.

2. Преобразователь последовательности цифровых отсчетов, содержащий восемь последовательно соединенных отдельных блоков преобразования (1), каждый из которых состоит из первого (2) и второго (3) перемножителей, сумматора (5) и квадратурного фазовращателя (4), причем вход квадратурного фазовращателя (4) объединен с информационным входом первого перемножителя (2) и является информационным входом данного блока преобразования, а выход квадратурного фазовращателя (4) соединен с информационным входом второго перемножителя (3), при этом выход каждого указанного перемножителя подключен к соответствующим первому и второму входам сумматора (5), выход которого является выходом отдельного блока преобразования, при этом опорные входы первых перемножителей (2.1, 2.2) и опорные входы вторых перемножителей (3.1, 3.2) первого и второго блоков преобразования соответственно объединены и являются входами квадратурных опорных колебаний удвоенной частоты дискретизации, опорные входы первых перемножителей (2.3, 2.4) и опорные входы вторых перемножителей (3.3, 3.4) третьего и четвертого блоков преобразования соответственно объединены и являются входами квадратурных опорных колебаний частоты дискретизации, опорные входы первых перемножителей (2.5-2.8) и опорные входы вторых перемножителей (3.5-3.8) пятого - восьмого блоков преобразования соответственно объединены и являются входами квадратурных опорных колебаний половинной частоты дискретизации, информационный вход первого блока преобразования является информационным входом преобразователя цифровых отсчетов, а выход восьмого блока преобразования является выходом преобразователя последовательности цифровых отсчетов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3