Устройство радиоканала связи для передачи и приема цифровой информации
Владельцы патента RU 2255422:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный Рязанский приборный завод" (RU)
Изобретение относится к технике передачи цифровой информации по радиолиниям, может быть использовано в системах радиотелеметрии и для обмена информацией между ЭВМ. Технический результат заключается в расширении диапазона скоростей передачи информации. Для этого на передающей стороне устройства после преобразования уровней входных сигналов производится формирование импульсных разнополярных сигналов с формой, близкой к "колокообразной", и по временному положению "привязанных" положительно полярности к фронту и отрицательной полярности к срезу входного сигнала. Разнополярные сигналы "колокообразной" формы поступают на модулятор частоты, обеспечивающий соответствующую девиацию частоты излучаемого сигнала. Использование "колокообразной" формы сигналов обеспечивает минимальную ширину спектра сигналов и соответственно максимальную скорость передачи информации при разрешенной ширине спектра излучаемых сигналов. На приемной стороне после частотного детектирования принятых сигналов производится разнополярное компарирование уровней сигналов и формирование выходных сигналов, что позволяет передавать информацию с любой скоростью, разрешенной Госстандартом. 3 ил.
Изобретение относится к технике передачи цифровой информации по радиолиниям.
Известны устройства для передачи и приема цифровой информации [Авт. свид. СССР №824460, МПК Н 04 В 5/02. 1979], [Авт. свид. СССР №1179415, G 08 C 19/28, 1984], [Р.Дженингс. Практическая передача данных. Модемы, сети и протоколы. М.: Мир, 1989, с.40], преобразующие последовательные цифровые сигналы в помехоустойчивую форму передачи информации по каналам связи, но они предназначены для многопроводной линии связи или кабельных магистральных систем.
Наиболее близким по технической сущности является устройство радиоканала связи для передачи и приема цифровой информации [Патент РФ на изобретение №2128883, МПК Н 04 В 5/00, 7/00, 1999], содержащее на передающей стороне первый преобразователь уровня, дифференцирующую цепь, первый полосовой фильтр, делитель напряжения, второй преобразователь уровней, формирователь частоты излучения, модулятор частоты излучения, усилитель мощности.
На приемной стороне - усилитель промежуточной частоты, частотный детектор, шумоподавитель, второй полосовой фильтр, формирователь импульсов обнуления, четвертый преобразователь уровней, усилитель низкой частоты, компаратор уровней сигнала положительной полярности, компаратор уровней сигнала отрицательной полярности, RS-триггер, схему ИЛИ, третий преобразователь уровня.
Известное устройство радиоканала связи для передачи и приема цифровой информации обеспечивает обработку цифрового сигнала таким образом, чтобы сигнал, поступающий через преобразователь уровней на передающей стороне, дифференцировался, фильтровался и через делитель напряжения поступал на модулятор частоты, а на приемной стороне происходило обратное преобразование сигнала.
Недостатком известного устройства радиоканала связи для передачи и приема цифровой информации является использование на передающей стороне для формирования модулирующих сигналов и на приемной стороне для формирования импульса обнуления аналоговых устройств, не обеспечивающих требуемой точности формирования сигналов по длительности и форме и соответственно по ширине спектра излучаемых сигналов, что ограничивает скорость передачи и ухудшает помехоустойчивость.
Технический результат направлен на увеличение скорости передачи информации с уменьшением количества ошибок.
Технический результат достигается тем, что устройство радиоканала связи для передачи и приема цифровой информации содержит на передающей стороне первый преобразователь уровня, второй преобразователь уровня, формирователь частоты излучения, модулятор частоты, усилитель мощности, цепи стыка С2, вход первого преобразователя уровня соединен с четвертой цепью стыка С2, вход второго преобразователя уровня соединен с третьей цепью стыка С2, выход второго преобразователя уровня соединен с входом формирователя частоты излучения, выход формирователя частоты излучения соединен со вторым входом модулятора частоты, выход модулятора частоты соединен с входом усилителя мощности, выход усилителя мощности соединен с входом антенно-фидерного устройства, а на приемной стороне - усилитель промежуточной частоты, частотный детектор, шумоподавитель, полосовой фильтр, усилитель низкой частоты, компаратор уровней сигнала положительной полярности, компаратор уровней сигнала отрицательной полярности, схему ИЛИ, RS-триггер, третий преобразователь уровня, формирователь импульсов обнуления, четвертый преобразователь уровня, вход усилителя промежуточной частоты соединен с выходом цепи преобразователя частоты устройства радиоканала, выход усилителя частоты промежуточной частоты соединен с входом частотного детектора, выход частотного детектора соединен с входом шумоподавителя, первый выход шумоподавителя соединен с входом полосового фильтра, выход полосового фильтра соединен с входом усилителя низкой частоты, выход усилителя низкой частоты соединен с входом компаратора уровней положительной полярности и с входом компаратора уровней отрицательной полярности, выход компаратора уровней положительной полярности соединен с S-входом RS-триггера, выход компаратора уровней отрицательной полярности соединен с первым входом схемы ИЛИ, выход схемы ИЛИ соединен R-входом RS-триггера, выход RS-триггера соединен с входом третьего преобразователя уровней, выход третьего преобразователя соединен со второй цепью стыка С2, выход формирователя импульсов обнуления соединен со вторым входом схемы ИЛИ, выход четвертого преобразователя соединен с первой цепью стыка С2, второй выход шумоподавителя соединен с первым входом формирователя импульсов обнуления и с входом четвертого преобразователя уровней, при этом на втором выходе шумоподавителя формируется сигнал об обнаружении несущей частоты, а на передающей стороне дополнительно введены формирователь фронта сигнала, формирователь импульсов положительной полярности, обеспечивающий формирование импульсов со "ступенчатой" формой огибающей с временным положением начала первой "ступеньки", соответствующим положению импульса формирователя фронта сигнала и длительностью "ступенек", равной 8-8-32-8-8 периодов повторения выходных импульсов делителя частоты, формирователь среза сигнала, формирователь импульсов отрицательной полярности, обеспечивающий аналогично формирование импульсов со "ступенчатой" формой огибающей с временным положением, определяющимся импульсом формирователя среза сигнала, сумматор сигналов, фильтр низкой частоты, делитель частоты, генератор опорного напряжения, выход генератора опорного напряжения соединен со вторым входом формирователя фронта сигналов, со вторым входом формирователя среза сигнала, с входом делителя частоты, со вторым входом формирователя импульсов обнуления, формирующего импульс с целью обеспечения обнуления RS-триггера до поступления информационных сигналов через схему ИЛИ, выход первого преобразователя уровня соединен с первым входом формирователя фронта сигнала и с первым входом формирователя среза сигнала, выход формирователя среза сигнала соединен с первым входом формирователя импульсов отрицательной полярности, выход делителя частоты соединен со вторым входом формирователя импульсов положительной полярности и со вторым входом формирователя импульсов отрицательной полярности, выход формирователя импульсов отрицательной полярности соединен со вторым входом сумматора сигналов, выход формирователя фронта сигнала соединен с первым входом формирователя импульсов положительной полярности, выход формирователя импульсов положительной полярности соединен с первым входом сумматора сигналов, выход сумматора сигналов соединен с входом фильтра низких частот, выход фильтра низких частот соединен с первым входом модулятора частоты.
Отличительными признаками от прототипа является то, что на передающей стороне дополнительно введены формирователь фронта сигнала, формирователь импульсов положительной полярности, обеспечивающий формирование импульсов со "ступенчатой" формой огибающей с временным положением начала первой "ступеньки", соответствующим положению импульса формирователя фронта сигнала и длительностью "ступенек", равной 8-8-32-8-8 периодов повторения выходных импульсов делителя частоты, формирователь среза сигнала, формирователь импульсов отрицательной полярности, обеспечивающий аналогично формирование импульсов со "ступенчатой" формой огибающей с временным положением, определяющимся импульсом формирователя среза сигнала, сумматор сигналов, фильтр низкой частоты, делитель частоты, генератор опорного напряжения, выход генератора опорного напряжения соединен со вторым входом формирователя фронта сигналов, со вторым входом формирователя среза сигнала, с входом делителя частоты, со вторым входом формирователя импульсов обнуления, формирующего импульс с целью обеспечения обнуления RS-триггера до поступления информационных сигналов через схему ИЛИ, выход первого преобразователя уровня соединен с первым входом формирователя фронта сигнала и с первым входом формирователя среза сигнала, выход формирователя среза сигнала соединен с первым входом формирователя импульсов отрицательной полярности, выход делителя частоты соединен со вторым входом формирователя импульсов положительной полярности и со вторым входом формирователя импульсов отрицательной полярности, выход формирователя импульсов отрицательной полярности соединен со вторым входом сумматора сигналов, выход формирователя фронта сигнала соединен с первым входом формирователя импульсов положительной полярности, выход формирователя импульсов положительной полярности соединен с первым входом сумматора сигналов, выход сумматора сигналов соединен с входом фильтра низких частот, выход фильтра низких частот соединен с первым входом модулятора частоты.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства радиоканала связи для передачи и приема цифровой информации, на фиг.2 и 3 представлены временные диаграммы, поясняющие работу передающей и приемной сторон.
Устройство содержит на передающей стороне первый преобразователь уровней 1, генератор опорного напряжения 2, формирователь фронта сигнала 3, формирователь импульсов положительной полярности 4, формирователь импульсов отрицательной полярности 25, формирователь среза сигнала 24, сумматор сигналов 22, фильтр низких частот 23, модулятор частоты 7, усилитель мощности 8, второй преобразователь уровня сигнала 5, формирователь частоты излучения 6, делитель частоты 28, четвертая цепь стыка С2 21, третья цепь стыка С2 27, выход на антенно-фидерное устройство 31.
На приемной стороне устройство содержит усилитель промежуточной частоты 9, частотный детектор 10, шумоподавитель 11, полосовой фильтр 12, формирователь импульсов обнуления 15, четвертый преобразователь уровней 13, усилитель низкой частоты 14, компаратор уровней сигнала положительной полярности 16, компаратор уровней сигнала отрицательной полярности 17, RS-триггер 18, схему ИЛИ 19, третий преобразователь уровней 20, цепь входа промежуточной частоты 30, вторая цепь стыка С2 26, первая цепь стыка С2 29.
Вход первого преобразователя уровня 1 соединен с четвертой цепью стыка С2 21. Выход первого преобразователя уровня 1 соединен с первым входом формирователя фронта сигналов 3 и первым входом формирователя среза сигнала 24. Выход формирователя фронта сигнала 3 соединен с первым входом формирователя импульсов положительной полярности 4. Выход формирователя среза сигнала 24 соединен с первым входом формирователя импульсов отрицательной полярности 25.
Выход генератора опорного напряжения 2 соединен с вторым входом формирователя фронта сигналов 3, с вторым входом формирователя среза сигнала 24, с входом делителя частоты 28, со вторым входом формирователя импульсов обнуления 15.
Выход делителя частоты 28 соединен со вторым входом формирователя импульсов положительной полярности 4 и со вторым входом формирователя импульсов отрицательной полярности 25. Выход формирователя импульсов положительной полярности 4 соединен с первым входом сумматора сигналов 22. Выход формирователя импульсов отрицательной полярности 25 соединен со вторым входом сумматора сигналов 22.
Выход сумматора сигналов 22 соединен с входом фильтра низкой частоты 23. Выход фильтра низкой частоты 23 соединен с первым входом модулятора частоты 7.
Вход второго преобразователя уровня сигнала 5 соединен с четвертой цепью стыка С2 27. Выход второго преобразователя уровня сигнала 5 соединен с входом формирователя частоты излучения 6. Выход формирователя частоты излучения 6 соединен со вторым входом модулятора частоты 7. Выход модулятора частоты 7 соединен с входом усилителя мощности 8. Выход усилителя мощности 8 соединен с входом антенно-фидерного устройства 31.
Вход усилителя промежуточной частоты 9 соединен с выходом цепи преобразователя частоты 30 устройства радиоканала связи. Выход усилителя промежуточной частоты 9 соединен с входом частотного детектора 10. Выход частотного детектора 10 соединен с входом шумоподавителя 11. Первый выход шумоподавителя 11 соединен с входом полосового фильтра 12. Второй выход шумоподавителя 11 соединен с первым входом формирователя импульсов обнуления 15 и с входом четвертого преобразователя уровня 13.
Выход полосового фильтра 12 соединен с входом усилителя низкой частоты 14. Выход усилителя низкой частоты 14 соединен с входом компаратора уровней сигнала положительной полярности 16 и входом компаратора уровней отрицательной полярности 17.
Выход компаратора уровней положительной полярности 16 соединен с S-входом RS-триггера 18. Выход компаратора уровней отрицательной полярности 17 соединен с первым входом схемы ИЛИ 19. Выход схемы ИЛИ 19 соединен с R-входом RS-тригтера 18. Выход RS-триггера 18 соединен с входом третьего преобразователя уровней 20, выход которого соединен со второй цепью стыка С2 26.
Выход формирователя импульсов обнуления 15 соединен со вторым входом схемы ИЛИ 19. Выход четвертого преобразователя 13 соединен с первой цепью стыка С2 29.
Устройство работает следующим образом.
Сигнал запроса передачи RTS, поступающий в устройство по третьей цепи стыка С2 27, проходит в устройстве через второй преобразователь уровней 5 на формирователь частоты излучения 6 и разрешает формирование сигнала частоты излучения. Сигнал частоты излучения проходит через модулятор частоты излучения 7, обеспечивающий девиацию частоты излучения, усиливается усилителем мощности 8 и через цепь выхода 31 на антенно-фидерное устройство излучается в пространство.
Информационный сигнал передаваемых данных TXD, поступающий в устройство по четвертой цепи стыка С2 21, проходит в устройстве через первый преобразователь уровней 1 и поступает на первые входы формирователей фронта сигнала 3 и среза сигнала 24. На вторые входы формирователей фронта сигнала 3 и среза сигнала 24 поступает сигнал с выхода генератора опорного напряжения 2, формирующего импульсный сигнал со скважностью, равной двум, и периодом повторения, примерно равным τб/1024, где τб - длительность бита информационного сигнала передаваемых данных TXD.
Стабильность частоты сигнала генератора опорного напряжения 2 обеспечивается кварцевым резонатором.
Формирователь фронта сигнала 3 обеспечивает формирование импульса положительной полярности (диаграмма 32 фиг.2) с длительностью, равной периоду повторения сигнала генератора опорного напряжения 2, и по временному положению соответствующего положению фронта информационного сигнала передаваемых данных TXD. Формирователь среза сигнала 24 обеспечивает формирование импульса положительной полярности (диаграмма 34 фиг.2) с длительностью, равной периоду повторения сигнала генератора опорного напряжения 2, и по временному положению соответствующего положению среза информационного сигнала передаваемых данных TXD.
Сигнал с выхода формирователя фронта сигнала 3 поступает на первый вход формирователя импульсов положительной полярности 4, сигнал с выхода формирователя среза поступает на первый вход формирователя импульсов отрицательной полярности 25.
На вторые входы формирователей импульсов положительной 4 и отрицательной 25 полярности поступают импульсы с выхода делителя частоты 28, обеспечивающего деление частоты сигнала генератора опорного напряжения на 16.
Формирователь импульсов положительной полярности 4 обеспечивает формирование импульсов со “ступенчатой” формой огибающей с временным положением начала первой “ступеньки”, соответствующим положению импульса формирователя фронта сигнала 3 и длительностью “ступенек”, равной 8-8-32-8-8 периодов повторения выходных импульсов делителя частоты 28 соответственно.
Примерная форма огибающей импульсов на выходе формирователя импульсов положительной полярности 4 приведена на диаграмме 33 фиг.2.
Формирователь импульсов отрицательной полярности 25 обеспечивает аналогично формирование импульсов со “ступенчатой” формой огибающей с временным положением, определяющимся импульсом формирователя среза сигнала 24.
Примерная форма огибающей импульсов на выходе формирователя импульсов отрицательной полярности 25 приведена на диаграмме 35 фиг.2.
Выходные импульсы формирователей импульсов положительной 4 и отрицательной 25 полярности суммируются по уровню в сумматоре сигналов 22 и поступают на вход фильтра низких частот 23.
Примерная форма сигналов на выходе сумматора 22 приведена на диаграмме 36 фиг.2.
Фильтр низких частот 23 вследствие ослабления верхних частот обеспечивает “сглаживание” “ступенек” огибающей сигналов и формирование сигналов с формой, близкой к “колоколообразной”.
Примерная форма сигналов на выходе фильтра низких частот 23 приведена на диаграмме 37 фиг.2.
С выхода фильтра низких частот 23 сигналы поступают на модулирующий вход модулятора частоты 7, обеспечивающего девиацию частоты излучения пропорционально уровню модулирующего сигнала (Величина девиации частоты излучения и ширина спектра излучаемого сигнала устанавливаются в соответствии с требованиями ГОСТ 12256-86).
На приемной стороне сигналы, принятые антенно-фидерными устройствами, усиливаются, преобразуются по частоте в сигналы промежуточной частоты fпр (устройствами не изображенными на фиг.1), усиливаются усилителем промежуточной частоты 9 и поступают на вход частотного детектора 10. В частотном детекторе 10 сигналы демодулируются и на его выходе формируются низкочастотный сигнал, по форме аналогичный сигналу, поступающему на модулирующий вход модулятора частоты излучения 7 (диаграмма 37 фиг.2), за исключением задержки по времени, возникающей при обработке в устройствах приемника. С выхода частотного детектора 10 сигнал проходит на первый выход шумоподавителя 11, фильтруется полосовым фильтром 12, усиливается усилителем низкой частоты 14 и поступает на входы компараторов уровней положительной полярности 16 и отрицательной полярности 17. Форма сигнала на входах компараторов уровней положительной полярности 16 и отрицательной полярности 17 представлена на диаграмме 37 фиг.2. Компаратор уровней положительной полярности 16 обеспечивает компарирование уровней сигналов положительной полярности, а компаратор уровней отрицательной полярности 17 - сигналов отрицательной полярности. Пороги компараторов уровней положительной полярности 16 и отрицательной полярности 17 установлены по уровню 0,6 амплитуды сигналов на входе компараторов уровней при номинальном значении девиации частоты излучения (пунктирные линии на диаграмме 37 фиг.2). Сигнал с выхода компаратора уровней положительной полярности 16 (диаграмма 38 фиг.2) поступает на S-вход RS-триггера 18 и производит установку RS-триггера 18 в состояние “единица”. Сигнал с выхода компаратора уровней отрицательной полярности 17 (диаграмма 39 фиг.2) проходит через схему ИЛИ 19 и обнуляет сигнал RS-триггера 18. Выходной сигнал RS-триггера 18 проходит через третий преобразователь уровня 20 и поступает на выход устройства по второй цепи стыка С2 26 как принимаемые данные RXD (диаграмма 26 фиг.2). В результате выходной информационный сигнал принимаемых данных RXD (диаграмма 26 фиг.2) повторяет форму сигнала входной информации передаваемых данных TXD (диаграмма 21 фиг.2), что и обеспечивает передачу цифровой информации.
При поступлении на вход приемника сигнала с частотой излучения на втором выходе шумоподавителя 11 формируется сигнал, поступающий через четвертый преобразователь уровня 13 на выход устройства в первую цепь стыка С2 29, как сигнал обнаружения несущей DCD (диаграмма 29 фиг.3 - сигнал наличия на входе приемника несущей частоты).
С целью обеспечения начальной привязки состояния RS-триггера 18 в начале приема информации (до поступления информационных сигналов) производится обнуление RS-триггера 18 импульсом, поступающим с выхода формирователя импульсов обнуления 15 (диаграмма 41 фиг.3) через схему ИЛИ 19. Запуск формирователя импульсов обнуления 15 производится фронтом сигнала со второго выхода шумоподавителя 11. На второй вход формирователя импульсов обнуления 15 поступает сигнал с генератора опорного напряжения 2.
Для исключения обнуления сигналов принимаемых данных RXD в начале приема информации (диаграмма 42 фиг.3) входной сигнал передаваемых данных TXD (диаграмма 40 фиг.3) должен быть задержан в источнике сигнала (не изображенном на фиг.1) относительно фронта сигнала запроса передачи RTS (диаграмма 27 фиг.3) на время tзад., превышающее суммарное время задержки сигнала на втором выходе шумоподавителя 11 относительно сигнала запроса передачи RTS и длительности импульса обнуления.
Предлагаемое устройство реализовано на аналоговых и цифровых микросхемах и позволяет передавать информацию с высокой скоростью, высокой помехоустойчивостью и узкой шириной спектра излучаемых сигналов.
Устройство радиоканала связи для передачи и приема цифровой информации, содержащее на передающей стороне первый преобразователь уровня, второй преобразователь уровня, формирователь частоты излучения, модулятор частоты, усилитель мощности, цепи стыка С2, вход первого преобразователя уровня соединен с четвертой цепью стыка С2, вход второго преобразователя уровня соединен с третьей цепью стыка С2, выход второго преобразователя уровня соединен с входом формирователя частоты излучения, выход формирователя частоты излучения соединен со вторым входом модулятора частоты, выход модулятора частоты соединен с входом усилителя мощности, выход усилителя мощности соединен с входом антенно-фидерного устройства, а на приемной стороне - усилитель промежуточной частоты, частотный детектор, шумоподавитель, полосовой фильтр, усилитель низкой частоты, компаратор уровней сигнала положительной полярности, компаратор уровней сигнала отрицательной полярности, схема ИЛИ, RS-триггер, третий преобразователь уровня, формирователь импульсов обнуления, четвертый преобразователь уровня, вход усилителя промежуточной частоты соединен с выходом цепи преобразователя частоты устройства радиоканала, выход усилителя частоты промежуточной частоты соединен с входом частотного детектора, выход частотного детектора соединен с входом шумоподавителя, первый выход шумоподавителя соединен с входом полосового фильтра, выход полосового фильтра соединен с входом усилителя низкой частоты, выход усилителя низкой частоты соединен с входом компаратора уровней положительной полярности и с входом компаратора уровней отрицательной полярности, выход компаратора уровней положительной полярности соединен с S-входом RS-триггера, выход компаратора уровней отрицательной полярности соединен с первым входом схемы ИЛИ, выход схемы ИЛИ соединен R-входом RS-триггера, выход RS-триггера соединен с входом третьего преобразователя уровней, выход третьего преобразователя соединен со второй цепью стыка С2, выход формирователя импульсов обнуления соединен со вторым входом схемы ИЛИ, выход четвертого преобразователя соединен с первой цепью стыка С2, второй выход шумоподавителя соединен с первым входом формирователя импульсов обнуления и с входом четвертого преобразователя уровней, отличающееся тем, что на передающей стороне дополнительно введены формирователь фронта сигнала, формирователь импульсов положительной полярности, формирователь среза сигнала, формирователь импульсов отрицательной полярности, сумматор сигналов, фильтр низкой частоты, делитель частоты, генератор опорного напряжения, выход генератора опорного напряжения соединен со вторым входом формирователя фронта сигналов, со вторым входом формирователя среза сигнала, с входом делителя частоты, со вторым входом формирователя импульсов обнуления, выход первого преобразователя уровня соединен с первым входом формирователя фронта сигнала и с первым входом формирователя среза сигнала, выход формирователя среза сигнала соединен с первым входом формирователя импульсов отрицательной полярности, выход делителя частоты соединен со вторым входом формирователя импульсов положительной полярности и со вторым входом формирователя импульсов отрицательной полярности, выход формирователя импульсов отрицательной полярности соединен со вторым входом сумматора сигналов, выход формирователя фронта сигнала соединен с первым входом формирователя импульсов положительной полярности, выход формирователя импульсов положительной полярности соединен с первым входом сумматора сигналов, выход сумматора сигналов соединен с входом фильтра низких частот, выход фильтра низких частот соединен с первым входом модулятора частоты.
