Система передачи дискретной информации
Владельцы патента RU 2278475:
Турко Сергей Александрович (RU)
Евенко Ирина Анатольевна (RU)
Нешвеев Виталий Владимирович (RU)
Изобретение относится к области электросвязи, в частности к многоканальным системам связи. Технический результат заключается в уменьшении полосы частот путем уменьшения эффективной ширины спектра канальных переносчиков. Система передачи дискретной информации содержит на передающей стороне источники информации, умножители, сумматор, тактовый генератор, генератор функций Уолша, 2n ключей (где 2n - число выходов генератора функций Уолша) и делитель частоты, два элемента односторонней проводимости и 2n дополнительных умножителей, а на приемной стороне - тактовый генератор, генератор функций Уолша, умножители, интеграторы, приемники информации, 2n ключей и делитель частоты, два элемента односторонней проводимости и 2n дополнительных умножителей. Новым является введение на передающей стороне двух элементов односторонней проводимости и 2n дополнительных умножителей, а на приемной стороне - двух элементов односторонней проводимости и 2n дополнительных умножителей. 6 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области электросвязи, в частности к многоканальным системам связи.
Известно устройство для передачи и приема дискретной информации, содержащее на передающей стороне источники информации, блоки умножения, генератор функций Уолша, сумматор, а на приемной стороне - приемники информации, генератор функций Уолша и корреляторы, состоящие из блоков умножения и интеграторов (см. патент ФРГ №1959175, кл. H 04 J 11/00, 1976).
Однако в этом устройстве для передачи и приема дискретной информации в качестве канальных переносчиков используются функции Уолша, система которых имеет большую эффективную ширину спектра, что приводит к низкой эффективности использования полосы частот, выделенной для этого устройства.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является система передачи дискретной информации, содержащая на передающей стороне источники информации, умножители, сумматор, тактовый генератор, генератор функций Уолша, 2n ключей (где 2n - число выходов генератора функций Уолша) и делитель частоты, причем выходы источников информации соединены с первыми входами умножителей, выходы которых соединены с входами сумматора, выход которого подключен к линии связи, выход тактового генератора подключен к входу генератора функций Уолша и к входу делителя частоты, выход делителя частоты соединен с управляющими входами ключей, первый информационный вход каждого i-го (i=1,...,2n) ключа подключен к i-му выходу генератора функций Уолша, второй информационный вход каждого i-го ключа подключен к (2n-1-i)-му выходу генератора функций Уолша, выход каждого ключа соединен со вторым входом соответствующего умножителя, а на приемной стороне - тактовый генератор, умножители, интеграторы, приемники информации, 2n ключей и делитель частоты, причем выход тактового генератора соединен с входом генератора функций Уолша, первые входы умножителей подключены к линии связи, выходы умножителей соединены с входами интеграторов, выходы которых подключены к входам приемников информации, выход тактового генератора подключен к входу делителя частоты, выход которого подключен к управляющим входам ключей, первый информационный вход каждого ключа подключен к i-му выходу генератора функций Уолша, второй информационный вход каждого ключа подключен к (2n+1-i)-му выходу генератора функций Уолша, а выход каждого ключа подключен к второму входу соответствующего умножителя (см. патент РФ №2025901 по заявке №4844150/09 (069146) от 25.06.90, кл. H 04 J 11/00).
Однако в этой системе передачи дискретной информации в качестве канальных переносчиков используются сигналы, система которых имеет большую эффективную ширину спектра, что приводит к низкой эффективности использования полосы частот.
Целью изобретения является уменьшение полосы частот путем уменьшения эффективной ширины спектра канальных переносчиков.
Поставленная цель достигается тем, что в известную систему передачи дискретной информации, содержащую на передающей стороне источники информации, умножители, сумматор, тактовый генератор, генератор функций Уолша, 2n ключей (где 2n - число выходов генератора функций Уолша) и делитель частоты, причем выходы источников информации соединены с первыми входами умножителей, выходы которых соединены с входами сумматора, выход которого подключен к линии связи, выход тактового генератора подключен к входу генератора функций Уолша и к входу делителя частоты, выход делителя частоты соединен с управляющими входами ключей, первый информационный вход каждого i-го (где i=1,...,2n) ключа подключен к i-му выходу генератора функций Уолша, второй информационный вход каждого i-го ключа подключен к (2n-1-i)-му выходу генератора функций Уолша, а на приемной стороне - тактовый генератор, генератор функций Уолша, умножители, интеграторы, приемники информации, 2n ключей и делитель частоты, причем выход тактового генератора соединен с входом генератора функций Уолша, первые входы умножителей подключены к линии связи, выходы умножителей соединены с входами интеграторов, выходы которых подключены к входам приемников информации, выход тактового генератора подключен к входу делителя частоты, выход которого подключен к управляющим входам ключей, первый информационный вход каждого ключа подключен к i-му выходу генератора функций Уолша, второй информационный вход каждого ключа подключен к (2n+1-i)-му выходу генератора функций Уолша введены на передающей стороне два элемента односторонней проводимости и 2n дополнительных умножителей, причем выход каждого ключа соединен с первым входом соответствующего дополнительного умножителя, выход которого соединен со вторым входом соответствующего умножителя, 2n-ый выход генератора функций Уолша подключен к входам элементов односторонней проводимости, выход первого элемента односторонней проводимости соединен с вторыми входами k-x дополнительных умножителей (где k=1,...,2n-1), выход второго элемента односторонней проводимости соединен с вторыми входами l-x дополнительных умножителей (где I=2n-1+1,...,2n), а на приемной стороне - два элемента односторонней проводимости и 2n дополнительных умножителей, причем выход каждого ключа соединен с первым входом соответствующего дополнительного умножителя, выход которого соединен с вторым входом соответствующего умножителя, 2n-ый выход генератора функций Уолша подключен к входам элементов односторонней проводимости, выход первого элемента односторонней проводимости соединен с вторыми входами k-x дополнительных умножителей (где k=1,...,2n-1), выход второго элемента односторонней проводимости соединен с вторыми входами l-x дополнительных умножителей (где I=2n-1+1,...,2n).
На фиг.1 представлена структурная электрическая схема предлагаемой системы передачи дискретной информации, на фиг.2 - структурная схема двухвходового ключа, на фиг.3 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования переносчика канальной информации S'(6,θ) в предлагаемой системе передачи, на фиг.4 - вид канальных переносчиков, формируемых в аналоге, на фиг.5 - вид канальных переносчиков, формируемых в прототипе, на фиг.6 - вид канальных переносчиков, формируемых в предлагаемой системе передачи.
Система передачи дискретной информации содержит на передающей стороне источник 1 информации, умножители 2, сумматор 3, тактовый генератор 4, генератор 5 функций Уолша, ключи 6, делитель 7 частоты, на приемной стороне - умножители 8, тактовый генератор 9, генератор 10 функций Уолша, интеграторы 11, приемники 12 информации, ключи 13, делитель 14 частоты. Система также содержит на передающей стороне элементы 15 и 16 односторонней проводимости, дополнительные умножители 17, а на приемной стороне - элементы 18 и 19 односторонней проводимости, дополнительные умножители 20. Ключи содержат инвертор 21, умножители 22 и 23, сумматор 24.
Система передачи дискретной информации работает следующим образом. На выходах источников информации может появляться дискретная информация в виде «0» или «1». Длительность нуля или единицы равна длительности канального переносчика, поступающего на управляющий вход умножителя 2, информационный вход которого подключен к выходу соответствующего источника I информации.
Тактовый генератор 4 формирует импульсы, длительность которых равна половине периода его частоты, поступающие на тактовый вход генератора 5 функций Уолша, на выходах которого формируются 2n функций Уолша. Импульсы с выхода тактового генератора 4 поступают также на вход делителя 7 частоты, имеющего коэффициент деления 2n-1. Таким образом, в течение первого полупериода формирования функций Уолша на выходе делителя 7 частоты «0», поступающий на управляющие входы ключей 6. В течение второго полупериода формирования функций Уолша на выходе делителя 7 частоты формируется «1», поступающая на управляющие входы ключей 6.
При поступлении на управляющий вход ключа 6 «0» на его выходе формируется сигнал, поступающий на его первый информационный вход, а при поступлении на управляющий вход ключа 6 «1» на его выходе формируется сигнал, поступающий на его второй информационный вход.
Рассмотрим подробнее функционирование ключей 6 (см. фиг.2).
При поступлении на управляющий вход z ключа 6 «0», на вход элемента НЕ 21 и первый вход второго умножителя 23 поступает «0». В результате сигнал, поступающий на первый информационный вход x1 ключа 6, через умножитель 22 и сумматор 24 поступает на выход у. Сигнал, поступающий на второй информационный вход х2, не поступает на выход у, так как на первый вход умножителя 23 поступает «0» с управляющего входа z.
При поступлении на управляющий вход z ключа 6 «1», на вход элемента НЕ 21 и первый вход умножителя 23 поступает «1». В результате сигнал, поступающий на второй информационный вход x2 ключа 6, через умножитель 23 и сумматор 24 поступает на выход у ключа 6. Сигнал, поступающий на первый информационный вход x2 ключа 6, не поступает на выход у, так как на первый вход умножителя 22 поступает «0» с выхода элемента НЕ 21.
Таким образом, сигнал S(i,θ) на выходе каждого ключа 6 имеет вид двух «сшитых» полупериодов соответствующих функций Уолша. Сигналы с выходов ключей 6 поступают на первые входы соответствующих дополнительных умножителей 17. На вторые входы умножителей 17, имеющих порядковые номера с 1-го по 2n-1-й поступают положительные импульсы с выхода элемента односторонней проводимости, пропускающего только импульсы, имеющие полярность «+», с 2n-го выхода генератора 5 функций Уолша. На вторые входы дополнительных умножителей 17, имеющих порядковые номера с (2n-1+1)-го по 2n-й поступают отрицательные импульсы с выхода элемента односторонней проводимости, пропускающего только импульсы, имеющие полярность «-», с 2n-го выхода генератора 5 функций Уолша. В результате на выходах дополнительных умножителей 17 формируется 2n переносчиков канальной информации, длительность каждого из которых равна длительности Т функций Уолша, причем длительность импульсов Δt формируемых переносчиков равна длительности импульсов Δt переносчиков, формируемых прототипом при одной и той же частоте тактового генератора 4.
В ортогональности всех 2n формируемых переносчиков можно убедиться путем перемножения любых из них и интегрирования результата умножения за время Т.
На вторые входы умножителей 2 поступают таким образом переносчики канальной информации, которые умножаются в них на «1» или «0» в зависимости от того, что поступает на первый вход соответствующего умножителя 2, после чего результаты умножения через сумматор 3 поступают в линию связи.
На приемной стороне групповой сигнал поступает на информационные входы умножителей 8, на вторые входы умножителей 8 в это время поступают опорные сигналы с выходов соответствующих дополнительных умножителей 20, которые формируются так же, как и переносчики канальной информации на передающей стороне. В умножителях 8 производится умножение группового сигнала на соответствующие опорные сигналы, и результаты в течение длительности переносчиков канальной информации интегрируются в соответствующих интеграторах 11. На выходах интеграторов 11 формируется принятая дискретная информация, поступающая на входы приемников 12 информации.
На фиг.3 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования канального переносчика S'(6,θ) в восьмиканальной системе передачи дискретной информации в случае поступления «1» с выхода источника 1 на информационный вход соответствующего умножителя 2. На диаграммах показано временное состояние:
а) выхода тактового генератора 4;
б) седьмого выхода генератора 5 функций Уолша, на котором формируется функция Wal(6,θ), поступающая на первый информационный вход седьмого ключа 6;
в) второго выхода генератора 5 функций Уолша, на котором формируется функция Wal(1,θ), поступающая на второй информационный вход седьмого ключа 6;
г) выхода делителя 7 частоты;
д) выхода седьмого ключа 6, на котором формируется сигнал S(6,θ);
е) 2n-го выхода генератора 5 функций Уолша, на которой формируется функция Wal(7,θ), поступающая на входы элементов 15 и 16 односторонней проводимости;
ж) выхода элемента 16 односторонней проводимости, пропускающего отрицательные импульсы;
з) выхода седьмого дополнительного умножителя 17, на котором формируется сигнал S'(6,θ);
и) выхода седьмого источника 1 информации;
к) выхода седьмого блока 2 умножения, на котором формируется канальный переносчик S'(6,θ).
Известно, что для передачи канальных переносчиков, формируемых в системе передачи, необходимо обеспечить полосу частот для передачи самого широкополосного канального переносчика (см. Варакин Л.Е. Теория систем сигналов. - М.: Советское радио, 1978, с.11). Чем больше блоков имеет сигнал, тем больше эффективная ширина спектра сигнала Wμэфф.(см. Варакин Л.Е. Теория систем сигналов М.: Советское радио, 1978, с.208). При этом блок-последовательность элементов, имеющих фазу 0 или π, то есть последовательность положительных или отрицательных элементов сигнала (см. Варакин Л.Е. Теория систем сигналов. - М.: Советское радио, 1978, с.177, первая строка).
В аналоге (см. патент ФРГ №1959175, кл. H 04 J 11/00, 1976) используются канальные переносчики, описываемые функциями Уолша и имеющие количество блоков μ=1,2,3,...,N, где N - число элементов функций Уолша (см. фиг.4).
Следовательно, канальные переносчики, формируемые аналогом, имеют различную эффективную ширину спектра, при этом наибольшую эффективную ширину имеет канальный переносчик, у которого число блоков μ=2n=N (то есть меандр):
где Δt - длительность элемента сигнала (см. Варакин Л.Е. Теория систем сигналов. - М.: Советское радио, 1978, с.208, таблица 11, 1, вторая строка).
В прототипе (см. патент РФ №2025901 по заявке №4844150/09 (069146) от 25.06.90, кл. H 04 J 11/00) используются переносчики канальной информации, представляющие собой сигналы, имеющие число блоков (см. фиг.5):
Эффективная ширина спектра самого широкополосного переносчика, используемого в прототипе, с учетом 
, определяется по формуле
(см. Варакин Л.Е. Теория систем сигналов. - М.: Советское радио, 1978, с.208, соотношение (11.11)).
В предлагаемой системе передачи дискретной информации все переносчики имеют одинаковое количество блоков (см. фиг.6):
и значение наибольшей эффективной ширины спектра переносчика определяется из соотношения (3) с учетом 
.
В таблице представлены результаты расчетов эффективной ширины спектра Wμэфф самых широкополосных переносчиков, используемых аналогом, прототипом и предлагаемой системой передачи дискретной информации для различного числа каналов.
| Таблица | |||||
| Канальные переносчики | Эффективная ширина спектра Wμэфф для числа каналов, k | ||||
| 4 | 8 | 16 | 32 | 64 | |
| Формируемые аналогом | 10,583 | 21,909 | 44,54 | 89,8 | 180,31 |
| Формируемые прототипом | 8,94 | 16,97 | 32,99 | 64,99 | 128,99 |
| Формируемые предлагаемой системой передачи | 7,483 | 15,491 | 31,496 | 63,498 | 127,499 |
По результатам таблицы можно сделать вывод о том, что выигрыш в полосе частот, необходимой для работы предлагаемой системы передачи, по сравнению с аналогом составляет 29,29% для любого числа каналов k. По сравнению с прототипом выигрыш составляет 16, 33% - для k=4; 8,71% - для k=8; 4,51% - для k=16 и т.д.
Использование изобретения позволяет существенно уменьшить полосу частот, необходимую для обеспечения работы системы передачи дискретной информации.
Система передачи дискретной информации, содержащая на передающей стороне источники информации, умножители, сумматор, тактовый генератор, генератор функций Уолша, 2n ключей (где 2n - число выходов генератора функций Уолша) и делитель частоты, причем выходы источников информации соединены с первыми входами умножителей, выходы которых соединены с входами сумматора, выход которого подключен к линии связи, выход тактового генератора подключен к входу генератора функций Уолша и к входу делителя частоты, выход делителя частоты соединен с управляющими входами ключей, первый информационный вход каждого i-го (где i=1,...,2n) ключа подключен к i-му выходу генератора функций Уолша, второй информационный вход каждого i-го ключа подключен к (2n-1-i)-му выходу генератора функций Уолша, а на приемной стороне - тактовый генератор, генератор функций Уолша, умножители, интеграторы, приемники информации, 2n ключей и делитель частоты, причем выход тактового генератора соединен с входом генератора функций Уолша, первые входы умножителей подключены к линии связи, выходы умножителей соединены с входами интеграторов, выходы которых подключены к входам приемников информации, выход тактового генератора подключен к входу делителя частоты, выход которого подключен к управляющим входам ключей, первый информационный вход каждого ключа подключен к i-му выходу генератора функций Уолша, второй информационный вход каждого ключа подключен к (2n+1-i)-му выходу генератора функций Уолша, отличающийся тем, что, с целью уменьшения полосы частот путем уменьшения эффективной ширины спектра канальных переносчиков, в него введены на передающей стороне два элемента односторонней проводимости и 2n дополнительных умножителей, причем выход каждого ключа соединен с первым входом соответствующего дополнительного умножителя, выход которого соединен с вторым входом соответствующего умножителя, 2n-ый выход генератора функций Уолша подключен к входам элементов односторонней проводимости, выход первого элемента односторонней проводимости соединен с вторыми входами k-x дополнительных умножителей (где k=1,...,2n-1), выход второго элемента односторонней проводимости соединен с вторыми входами l-х дополнительных умножителей (где l=2n-1+1,...,2n), а на приемной стороне - два элемента односторонней проводимости и 2n дополнительных умножителей, причем выход каждого ключа соединен с первым входом соответствующего дополнительного умножителя, выход которого соединен с вторым входом соответствующего умножителя, 2n-ый выход генератора функций Уолша подключен к входам элементов односторонней проводимости, выход первого элемента односторонней проводимости соединен с вторыми входами k-x дополнительных умножителей (где k=1,...,2n-1), выход второго элемента односторонней проводимости соединен с вторыми входами l-х дополнительных умножителей (где l=2n-1+1,...,2n).
