Способ цифровой передачи и приема электрических сигналов

 

Взамен ранее изданного

Союз Советских

Социалистичесмма

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ - 637971

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополммтельное к аат, свмд-ву (22) Заявлено 200 776 (21) 2 39296 4/18-09 (53 ) M

Н 04 L 17/00

Н 03 К 13/22 с присоединением заявки № (23) Г(рмормтет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.12.78, Бюллетвнь ¹46,, Дата опубликования описания 150480 (53) УДК 621 ° 394 .. 14 (088. 8) (72) Авторы иэобретенмя

В.П. Дворкович и Л.С. Виленчик

"- 1

jjf<- : До," . А

1. (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЦИФРОВОЙ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для передачи в цифровой форме аналого вых зле ктри че с ки х си гн ало в по ци фровым линиям связи, в частности для передачи сигналов телевидения.

Известен способ цифровой передачи и приема электрических сигналов, в котором на передающей стороне. аналоговый сигнал дифференцируют, дискретизируют по времени, квантуют по уровню, кодируют и передают по каналу связи, а на приемной стороне— де кодируют, преобразуют в аналоговый сигнал и интегрируют (1) . !5

Однако известный способ характеризуется низкой помехоустойчивост ью, Целью изобретения является повышение помехоустойчивости, 20

Для этого в способе цифровой передачи и приема электрических сигналов, в котором на передающей стороне аналоговый сигнал диффереицируют, ди скретизируют по времени, квантуют по уровню, кодируют и передают по каналу связи, а ка приемной сторонедекодируют, преобразуют в аналоговый сигнал и интегрируют, на передающей стороне сигнал дифференцируют, пре- 30 образуют по Гильберту на конечном заданном временном интервале, а ка приемкой стороне — после интегрировани я полученный си гн ал прео бразуют по Гильберту на конечном временном интервале, равном или большем заданному конечному интервалу для преобразования по Гильберту на передающей стороне, и .компенсируют эхо-сигналы, возникающие при преобразовании сигнала по Гильберту, при этом операции дифференцирования и преобразования по Гильберту на передающей стороне и интегрирования и преобразования по Гильберту на приемной стороне производят в любой последовательности над аналоговым или цифровым сигналом.

На фиг. 1 и 2 приведены структурные схемы устройства для реализации способа цифровой передачи и приема электрических сигналов с помощью ан ало го вых цепей и в цифровом виде; на фиг. 3 —. диаграмты, поясняющие способ цифровой передачи и приема электрических сигналов.

Устройство, представленное на фиг. 1,содержит подключенную к входу 1 линию 2 задержки с отводами, обеспечивающими задержку сигнала на

63797) "о время, кратное интервалу Котельникова. Центральный отвод этой линии подключен непосредственно к матрице

3, а остальные отводы соединены с упомянутой матрицей через ин верторы

4 и 5. Матрица 3 подключена через аналого-цифровой преобразователь 6 к аппаратуре канала 7 связи, с выхода которого цифровой сигнал подается на цифроаналоговый преобразо- . ватель 8. К .выходу этого преобразователя подключена вторая линия 9 э адержки, имеющая несколько от водов, также обеспечивающих задержку сигнала на время, кратное интервалу

Котельникова. Выходы этой линии задержки подключены к матрице 10, соединенной с входом линии 11 задержки, центральный отвод которой соединен .с матрицей 12 непосредственно, а две ее крайних отвода подключены к этой же матрице через инверторы 13 и 14.

Выход 15 матрицы 12 является выходом устрой ст ва. устройство, представленное на фиг.2, содержит на входе 16 аналогоци Фровой преобразователь 1 7, подключенный через блок 18 памяти и вычислительный блок 19 к аппаратуре канала 20 связи, с выхода которого сигнал поступает через второй блок 21 памяти и второй вычислительный блок

22 к цифро-аналоговому преобразователю 23. Выход этого преобразователя соединен с эхо-корректором 24. Его выход 25 является выходом устройства.

Техническую сущность способа цифровой передачи и приема электрических сигналов (назовем этот способ Гильберта-дифФеренциальной импульснокодовой модуляцией — ГДИКМ) можно пояснить на примере передачи элементарного сигнала с ограниченным спектром.

2 Й 1

Ъ= — 11 =Ъ =- —.=О2.

O 2 - 1С

45 м

СФ Е ХкЬ1„к, к 1ч К 1 + где Մ— постоянные коэффициенты.

50 Определение коэффициентов Хк может быть осуществлено различными способами. В качестве примера рассмотрим вариант точного восстановления входного сигнала f (t) на интервале t = 2МТ.

В этом случае должны выполняться соотношения СО=а=1 и С„ а,„=О, где

0<(щ (М. Тогда коэффициенты Х1,являются решениями система уравнений:

О ° 5 Х Ог2 Х-мм = 0 б0 0,5 Х вЂ” 0,2 (Х „+ Х, ) = О; — М +1 М<-1;

Oi 5 Хо — Oi 2 (Х-с + Х.1) = 1:

0,5 Х „— 0,2 (X „+ X,„) = О;

1

0,5 Хрд — 0,2 Х, = О, K (,=- — =соиэъ

Т б5 где Т вЂ” интервал Котельникова для сигнала f (t ) .

Этот сигнал в соответствии с теоремой Котельникова может быть определен одним отсчетом ао =1 во время t = О. Все остальные отсчеты ц „ этого сигнала, взятые через интервал

Котельникова, равны нулю. Элементарный сигнал, преобразованный по Гильберту и продифференцированный, может быть записан в виде: о(.п Фо) и Ь „,=- „-„-ч

2 — дискретные отсчеты, определяющие сигнал S (t) .

При этом, если ограничит ь интервал времени, на котором осуществляется укаэанное преобразование, то, без учета -постоянного множителя ц(.

I форму сигнала можно представить в виде

1С

4 Мн Tt

2 — t

В этом случае укаэанное преобразование осуществляется на интервале

2 (2N 1), Т, N — число, определяю75 щее длительность интервала преобразования, При N=l длительность интервала преобразования t=2T и используются лишь три отсчета:

Эти отсчеты в цифровой форме лередают по каналу связи, На приемной стороне должно быть проведено обратное преобразование.

Для уменьшения воздействия цифровых ошибок в канале связи это .обратное преобразование также должно быть проведено на конечном интервале. При э т ом от счеты си гн ал а по сле о бр ат но го преобразования должны представлять линейную комбинацию передаваемых по линии связи отсчетов:

637971

Очевидно, что Х = Х,, Указ анное обратное преобразование обеспечивает значительное уменьшение влияния возникающих в канале связи цифровых ошибок на выходной сигнал по сравнению с системами, использующими ДИКИ. Как было указано выше, например, в системах цифрового телевидения с ДИКИ единичная цифровая ошибка появляется как искажение в виде пьедест ала всей последующей части строки. В рассматриваемом варианте одиночная цифровая ошибка в канале связи приведет к созданию сигнала помехи, величина отсчетов которой определяется коэффициентами Хм, а длительность — выбранным интервалом обратного преобразования.

При передаче сигнала f (t) при указанных преобразованиях на выходе 2(} формируется си гнал, определяемый тремя отсчетами и характеризуемый появлением кроме основного сигнала двух эхо-сигналов, размах которых равен С =b х — С =Ь „x . Так, 25 например, еслй интервал преобразования выбрать равным 2ИТ=4Т, то

Хо 3 231; Х = Х q = 1 538;X> = Х >—

0,615 и размах эхо-сигналов составляет С = С = 0,123.

Для выделения неискаженного сигнала f (t) необходимо осуществить коррзкцию появившихся эхо-сигналов.

Если же интервал преобразования выбрать равным 2ИТ=14Т, то Х = 3, 334;

Х =Х = — 1,667; Х =Х = 0,834;

Х = Х: — 0,417 Х4 = Х 4=- 0,2081

Х = Х = О, 103; Хь= Х„ = 0,049 у

Х = X - =0,020 и размах эхо-сигналов составляет С., = C 0,004 °

В этом случае величина эхо-сиг- 40 налов настолько мала, что их коррекция, возможно, не потребуется. учитывая, что электрический сигнал с ограниченным спектром представляет собой линейную комбинацию элементар- 45 ных сигналов f (t) (фиг. За), сдвинутых во времени на интервалы, кратные интервалу Котельникова, для упрощения рассуждений рассмотрим преобразование этого сигнала в устройстве, структурная схема которого приведена на фиг.1. Элементарный сигнал

f (t) определяется лишь одним отсчетом а = 1 (фиг. Зб) .

С выхода 1 устройства (фиг.1) электрический сигнал подается на линию

2 задержки, имеющую несколько отводов, обеспечивающих задержку входного сигнала на время, кратное интервалу Котельникова. Центральный отвод этой линии подключен непосредственно Щ к матрице 3. Один или несколько отводов линии 2, обеспечивающие задержку сигнала относительчо центрального отвода на время г= (2п-l)Т,п = 1, .2 ...,.,N, кратное нечетному числу . ф5 интервалов Котельникова, соединены с матрицей 3 через инвертооы 4.

Число Nопределяет интервал,,на котором о суще ст вляет ся преобразование входного сигнала. Один или несколько отводов линии 2, обеспечивающие опережение сигналов относительно цен трального отвода яа время Г (2>-l)

Т, n = 1, 2,....., N, соединены с матриlseA 3 через инверторы 5. Матрица

3 обеспечивает суммирование поступающих на нее сигналов с соответствующими весами: сигнал, поступающий с центрального отвода, суммируется с весом Ьр = 0,5, задержанный и. опережающий на время, равное интервалу

Котельникова, инвертированные сигналы суммируются с весами Ь = (Ь qI =

=.- 0,2, задержанный и опережающий на время, равное утроенному интервалу

Котельникова, инвертированные сигналы суммируются с весами Ь = Ь = — = Ор 023 и таде

Таким образом, на выходе матрицы

3 формируется преобразованный по

Гильберту и продифференцированный на конечном интервале входной сигнал.

Его отсчеты при N=l приведены на фиг. Зв. Этот сигнал далее подается на аналого-цифровой преобразователь

6, с выхода которого цифровые коды поступают в аппаратуру канала 7 связи. Выделенные на выходе канала связи цифровые коды преобразуют вновь в аналоговый сигнал с помощью цифроаналогового преобразователя 8. Далее сигнал поступает на линию 9 задержки, имеющую центральный отвод и отводы, обеспечивающие задержку или опережение сигналов относительно центрального отвода на время, кратное интервалу Котельникова. Количество отводов этой линии определяет интервал, на котором осуществляется обратное преобразование. С выходов линии задержки си гн алы подают ся н а матрицу

10, обеспечивающую их суммирование с определенными коэффициентами. Причем коэффициент матрицирования сигнала, поступающего с центрального отвода, должен быть равен Хо. Сигналы, отстающие и опережающие сигнал, снимаемый с центрального отвода, на время Ф = mT суммируются сост ветственно с весами Х„„(-И m N) . Эти коэффициенты определяют отсчеты помехи (фиг. Зг), возникающей при единичной и цифровой ошибке в канале связи. Сигнал с выхода матрицы с отсчетами .фиг. Зд отличается от исходного передаваемого сигнала и содержит эхо-сигналы. Для устранения этих зхо-сигналов используется эхокорректор, в простейшем виде выполненный в виде линии 11 задержки тремя отводами, центральных иэ ко- торых подключен к матрице 12 не637971 посредственно, а два других к этой же матрице через инверторы 13 и 14.

Время з адержки и опережения си гналов на входах соответствующих ин. верторов 13 и 14 относительно сигнала на центральном отводе выбирается равным Т; = МТ, где М вЂ” коэффициент, определяющий интервал обратного преобразования..

Матрица 12 обеспечивает суммирование сигнала центрального отвода с

10 коэффициентом матрицировани я, равным

1, с сигналами„поступавшими с выходов инверторов .13 и 14. Коэффициен-. ты матрицирования этих сигналов равХ lbì).

На выходе 15 матрицы 12 выделяется требуемый сигнал, . определяемий отсчетом фиг. 3е.

Реализация способа при .цифровом преобразовании сигнала поясняется с помощью блок-схемы устройства, изоб- . 20 раженной на фиг.2.

Электрический сигнал (фиг. 3a), подлежащий передаче по цифровому каналу связи, с входа 1б подается на аналого-циФровой преобразователь 17. обеспечивающий выделение отсчетов сигнала через интервал Котельникова (Фиr, Зб) и их преобразование в цифровую форму. Преобразованные отсчеты сигнала последовательно поступают в блок 18 памяти, обеспечиваюший запоминание 4N-1 текущих отсчетов.

Таким образом, обе спечи вает ся запоминание текущих отсчетов сигналов на интервале t = 2 (2N-1) T. С

35 выходов блока памяти цифровые сигналы подаются в блок 19 вычитания, обеспечи вающий суммирование вели чины центрального отсчета с коэффициентом b=0, 5 и величин отсчетов сигнала, смещенных относительно цен- 40 астрального отсчета на время — (2л-l)Т, с коэффициентами Ь> =Ь =

2.

= — — (,) n = 1,2,...,N (фиг Зв) . (и-1У

С выхода блока 19 преобразованный по Гильберту и продифференцированный 45 на конечном интервале сигнал в цифровом виде подается на аппаратуру канала 20 связи, с выхода которого цифровые коды подаются в другой блок 21 памяти на 2М+1 текуших от- - 50 счетов.

Таким образом обеспечивается запоминание текущих цифровых отсчетов сигнала на интервале Г= 2МТ.

С выходов блока 21 памяти цифровые 55 отсчеты поступают в блок 22 вычислений, обеспечивающий суммирование величины центрального отсчета с коэффициентом Хю и величин отсчетов сигнала, смещенных относительно центрального отсчета на время t = mT,с коэффициентами Х„„Х,„; m = 1,2,....., М (фи r. Çr) .

На выхсде блока 22 выделяется в цифровой форме сигнал (Фи r. Зд), который вновь преобразуется в аналоговый си гнал с помощью цифро-аналогового преобразователя 2 3. В случае необходимости коррекция эхо-сигналов производится в блоке 24, ка выходе 25 которого выделяется исходный электрический сигнал. (фиг. Зе) .

Предложенный способ передачи и при. ема сигналов позволяет значительно умен ьшит ь вли янне ци фровых оши бо к в кан але связи.

Использование предложенно го спосо ба, например, при передаче си гн алов телевидения поэ воляет снизить требования к достоверности передачи в канале с вязи примерно на порядок по отношению к дифференциальной импульсно-кодовой модуляции. Это позволяет испольэовать предложенный способ на линиях связи с напряженной энергетикой, например на линиях связи и ИСЗ.

Формула изобретения

Способ цифровой передачи и приема эле ктри че ски х си гн алов, в котором на передающей стороне аналоговый сигнал дифференцируют, дискретизируют по времени, квантуют по уровню, кодируют и передают по каналу связи, а на приемной стороне — декодируют, преобразуют в аналоговый сигнал и интегрируют, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, на передаюшей стороне аналоговый сигнал после дифференцирования преобразуют по Гильберту на конечном заданном временном интервале, а на приемной стороне после интегрирования полученный си гнал преобразуют по Гильберту на конечном временном интервале, равном конечному заданному временному интервалу для преобразования по Гильберту на передающей стороне, и компен сируют э хо-си гналы, возни кающие при прео бразовании сигнала по Гильберту.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кэтермоул К.B. Принципы импульсно-кодовой модуляции. М., Связь, 1974, с. 189 (прототип).

637971

Составитель В. Двор кович

Техред H.Áàáóðêà Корректор С- ><Ð

Редактор Е. Месропова

Заказ 2515/54

Тираж 729 Подпи сное

ЦНИИПИ Государственного козмтета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, У-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4