КОДОВЫЙ МОДУЛЯТОР Российский патент 1994 года по МПК H04L27/04 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для кодовой модуляции сигналов в различных радиотехнических устройствах.

Известен кодовый модулятор, содержащий синтезатор функций Уолша, генератор числовой последовательности, цифровой коммутатор, источник постоянного напряжения и ключевой блок (см. Г. И. Тузов, В. А. Сивов и др. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами. М. : Радио и связь, 1985, с. 69, рис. 2.19, г. ).

Однако выходные сигналы, формируемые известным кодовым модулятором, имеют большую эффективную ширину спектра, что приводит к низкой эффективности использования полосы частот к ухудшению эксплуатационных характеристик кодового модулятора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является кодовый модулятор, содержащий синтезатор функций Уолша, состоящий из блока формирования функций Уолша, делителя частоты и задающего генератора, генератор числовой последовательности, цифровой коммутатор, источник постоянного напряжения, ключевой блок, дополнительный делитель частоты и ключи, причем выход задающего генератора соединен с тактовым входом блока формирования функций Уолша и с тактовым входом делителя частоты, выход которого является первым тактовым выходом синтезатора, вторым тактовым выходом которого является выход задающего генератора, выходы блока формирования функций Уолша являются информационными выходами синтезатора, первый тактовый выход синтезатора соединен с тактовым входом генератора числовой последовательности, выход которого подключен к управляющему входу цифрового коммутатора, выход которого соединен с первым входом ключевого блока, второй вход которого подключен к выходу источника постоянного напряжения, выход дополнительного делителя частоты соединен с управляющими входами ключей, информационные входы которых подключены к соответствующим информационным выходам синтезатора функций Уолша, второй тактовый выход которого соединен с входом дополнительного делителя частоты, причем выходы ключей соединены с соответствующими информационными входами цифрового коммутатора (см. авт. св. N 1758893, кл. Н 04 L 27/04, 1990).

Однако известный кодовый модулятор формирует сигналы, обладающие большой шириной спектра, что приводит к низкой эффективности использования полосы частот.

Целью изобретения является уменьшение ширины спектра выходных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в известный кодовый модулятор, содержащий синтезатор функций Уолша, состоящий из блока формирования функций Уолша, первого делителя частоты и задающего генератора, генератор числовой последовательности, цифровой коммутатор, источник постоянного напряжения, ключевой блок, второй делитель частоты и ключи, причем выход задающего генератора соединен с тактовым входом блока формирования функций Уолша и с тактовым входом первого делителя частоты, выход которого является первым тактовым выходом синтезатора, вторым тактовым выходом которого является выход задающего генератора, выходы блока формирования функций Уолша являются информационными выходами синтезатора, первый тактовый выход синтезатора соединен с тактовым входом генератора числовой последовательности, выход которого подключен к управляющему входу цифрового коммутатора, выход которого соединен с первым входом ключевого блока, второй вход которого подключен к выходу источника постоянного напряжения, выход второго делителя частоты соединен с управляющими входами ключей, информационные входы которых подключены к соответствующим информационным выходам синтезатора функций Уолша, второй тактовый выход которого соединен с входом второго делителя частоты, введены третий делитель частоты, элемент НЕ и умножители, причем первые входы умножителей соединены с соответствующими выходами ключей, выходы умножителей подключены к соответствующим информационным входам цифрового коммутатора, второй тактовый выход синтезатора соединен с входом третьего делителя частоты, выход которого подключен к входу элемента НЕ и вторым входам с первого по 2^n-1-й умножителей (где 2ⁿ - число выходов блока формирования функций Уолша), выход элемента НЕ соединен с вторыми входами с (2^n-1+1)-й по 2ⁿ-й умножителей.

На фиг. 1 представлена структурная схема кодового модулятора; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования выходного сигнала К (6, θ ) в предлагаемом кодовом модуляторе, на фиг. 3 - вид сигналов на выходе устройства аналогов; на фиг. 4 - вид сигналов на выходе устройства прототипа; на фиг. 5 - вид сигналов на выходе предлагаемого кодового модулятора.

Кодовый модулятор содержит синтезатор 1 функций Уолша, состоящий из задающего генератора 2, блока 3 формирования функций Уолша и первого делителя 4 частоты генератор 5 числовой последовательности, цифровой коммутатор 6, источник 7 постоянного напряжения, ключевой блок 8, второй делитель 9 частоты, ключи 10, третий делитель 11 частоты, элемент НЕ 12, умножители 13.

Кодовый модулятор работает следующим образом.

С началом поступления импульсов с выхода задающего генератора 2 на вход первого делителя 4 частоты, имеющего коэффициент деления 2ⁿ, на выходе генератора 5 числовой последовательности формируется модулирующая числовая последовательность g(t). Поскольку коэффициент деления делителя 4 частоты равен 2ⁿ, каждому символу числовой последовательности соответствует один период функций Уолша, формируемых на выходах блока 3 формирования функций Уолша, на тактовый вход которого поступает последовательность импульсов с выхода задающего генератора 2.

Импульсы с выхода задающего генератора 2 поступают также на вход второго делителя 9 частоты, имеющего коэффициент деления 2^n-1. Таким образом, в течение первого полупериода формирования функций Уолша на выходе второго делителя 9 частоты формируется "0", поступающий на управляющие входы ключей 10. В течение второго полупериода формирования функций Уолша на выходе второго делителя 9 частоты формируется "1", поступающая на управляющие входы ключей 10.

Как и в прототипе, ключи 10 функционируют следующим образом. При поступлении на управляющий вход ключа 10 "0" на его выходе формируется сигнал, поступающий на его первый информационный вход, а при поступлении на управляющий вход ключа 10 "1" на его выходе формируется сигнал, поступающий на его второй информационный вход.

Таким образом, в течение времени формирования одного символа модулирующей последовательности g(t) на выходе генератора 5 числовой последовательности на выходах ключей 10 формируются функции L(0, θ ), L(1, θ ), . . . , L(2ⁿ - 1, θ ), длительность которых равна длительности функций Уолша, формируемых на выходах блока 3.

Импульсы с выхода задающего генератора 2 поступают также на вход третьего делителя 11 частоты, имеющего коэффициент деления 2, в результате чего длительность прямоугольных импульсов оказывается равной длительности Δt элементов функций L(i, θ ). Импульсы с выхода третьего делителя 11 частоты поступают на вход элемента НЕ 12, на выходе которого формируется последовательность прямоугольных импульсов, длительность которых также равна длительности Δt элементов функций L(i, θ ).

Поскольку импульсы с выхода третьего делителя 11 частоты поступают на вторые входы умножителей 13, на первые входы которых поступает первая половина функций L(i, θ ), то на выходах этих умножителей формируются сигналы К(0, θ ), . . . , К(2^n-1 - 1, θ ).

Импульсы с выхода элемента НЕ 12 подаются на вторые входы умножителей 13, на первые входы которых поступает вторая половина функций L(i, θ ), в результате чего на выходах этих умножителей формируются сигналы К(2^n-1, θ ), . . . , K(2ⁿ-1, θ ).

Алфавит генератора 5 числовой последовательности состоит из 2n символов. Цифровой коммутатор 6 осуществляет формирование на выходе того сигнала K(i, θ ), порядковый номер которого соответствует символу алфавита, поступающему на управляющий вход коммутатора 6 с выхода генератора 5 числовой последовательности.

Источник 7 постоянного напряжения и ключевой блок 8 выполняют функции усилителя сигналов K(i, θ ) до уровня, необходимого для излучения.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования выходного сигнала К(6, θ ) в предлагаемом кодовом модуляторе.

На диаграммах показано временное состояние:
а) выхода задающего генератора 2;
б) седьмого выхода блока 3 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal(6, θ );
в) второго выхода блока 3 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal (1, θ );
г) выхода второго делителя 9 частоты;
д) выхода седьмого ключа 10, на котором формируется функция L(6, θ );
е) выхода третьего делителя 11 частоты;
ж) выхода элемента НЕ 12;
з) выхода умножителя 13, на котором формируется сигнал К(6, θ ).

На фиг. 3 приведены функции Уолша, формируемые аналогом; на фиг. 4 приведены функции L(i, θ ), формируемые прототипом, на фиг. 5 приведены сигналы K(i, θ ), формируемые предлагаемым модулятором.

В ортогональности сигналов K(i, θ ), формируемых предлагаемым кодовым модулятором, можно убедиться путем перемножения любых формируемых сигналов и интегрирования результата перемножения за время Т (где Т - период сигналов).

Для передачи сигналов, формируемых модулятором, без искажений необходимо обеспечить полосу частот для передачи самого широкополосного сигнала.

Если все спектры сигналов, входящих в систему, имеют одинаковую ширину и занимают одну и ту же полосу частот, то F_сист = F, где F_сист - ширина полосы частот, занимаемая системой сигналов, F - ширина спектра одиночного сигнала). При различной ширине спектров F_сист = F_макс - максимальной ширине спектра (см. Варакин Л. Е. Теория систем сигналов. М. : Советское радио, 1978, с. 11).

Эффективная ширина спектра W _μэфф самого широкополосного сигнала определяется по формуле
W_μэфф= , (1) где Δt - длительность элемента сигнала;
μ- число блоков сигнала;
N - число элементов сигнала (см. Варакин Л. Е. Теория систем сигналов. М. : Советское радио, 1978, с. 208, соотношение 11.11). При этом блок - последовательность элементов, имеющих фазу 0 или π, т. е. последовательность положительных или отрицательных элементов сигнала (см. Варакин Л. Е. Теория систем сигналов. - М. : Советское радио, 1978, с. 177).

В аналоге (см. Тузов Г. И. , Сивов В. А. и др. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами. - М. : Радио и связь, 1985, с. 69, рис. 2.19, г) формируются выходные сигналы, описываемые функциями Уолша (см. фиг. 3), имеющие количество блоков
μ= 1,2,3, . . . , N.

Следовательно, выходные сигналы, формируемые аналогом, имеют различную эффективную ширину спектра, при этом наибольшую эффективную ширину спектра имеет выходной сигнал, у которого число блоков μ= N, т. е. меандр
W_μэфф= , (2)
(см. Варакин Л. Е. Теория систем сигналов. - М. : Советское радио, 1978, с. 208, таблица 11.1, строка 2).

Выходные сигналы, формируемые прототипом имеют количество блоков (см. фиг. 4)
μ = или μ =
и значение наибольшей эффективной ширины спектра выходного сигнала с учетом μ = и соотношения (1) определяется согласно выражению
W_μэфф= = = (3)
Выходные сигналы в предлагаемом кодовом модуляторе имеют одинаковое количество блоков (см. фиг. 5):
μ =
и значение наибольшей эффективной ширины спектра выходного сигнала определяется по соотношению (1) с учетом μ =
W_μэфф= = (4)
Согласно общим положениям теории информации, каждый m- ичный символ (где m = 2ⁿ) переносит n = log₂m двоичных единиц, т. е. m-ичный символ эквивалентен кодовой последовательности из n двоичных символов. Длительность m-ичного символа может быть определена из соотношения
T_m= , (5) где R - скорость передачи информации (см. Варакин Л. Е. Теория систем сигналов. - М. : Советское радио, 1978, с. 55, соотношение 2.14). Из соотношения (5) следует, что скорость передачи информации определяется как
R = (6)
Таким образом, при заданном объеме алфавита m = 2ⁿ и заданной скорости передачи R длительность T_m сигналов, используемых в аналоге, прототипе и предлагаемом модуляторе одинакова.

В таблице приведены данные расчетов максимальной эффективной ширины спектра W _μэфф для выходных сигналов, формируемых аналогом, прототипом и предлагаемым кодовым модулятором для случая T_m = 1.

По результатам таблицы можно сделать вывод о том, что эффективная ширина спектра выходных сигналов, формируемых предлагаемым модулятором, значительно меньше, чем у сигналов, формируемых аналогом и прототипом.

В частности, ширина спектра выходных сигналов, формируемых предлагаемым кодовым модулятором, меньше, чем у формируемых аналогом на 29,29% для сигналов с любым числом элементов N, и меньше, чем у формируемых прототипом на 16,33% для N = 4, на 8,71% для N = 8, на 4,51% для N = = 16 и т. д.

Использование изобретения позволяет создавать кодовые модуляторы, обеспечивающие уменьшение ширины спектра выходных сигналов, что повышает эффективность использования полосы частот.

Использование: в радиотехнике. Сущность изобретения: кодовый модулятор содержит синтезатор функций Уолша, состоящий из задающего генератора, блока формирования функций Уолша и делителя частоты, генератор числовой последовательности, цифровой коммутатор, источник постоянного напряжения, ключевой блок, делитель частот, ключи. Введены делитель частоты, элемент НЕ, умножитель. 5 ил.

КОДОВЫЙ МОДУЛЯТОР, содержащий синтезатор функций Уолша, состоящий из задающего генератора, выход которого соединен с входом блока формирования функций Уолша и с входом делителя частоты, выход которого является первым тактовым выходом синтезатора функций Уолша, вторым тактовым выходом которого является выход задающего генератора, выходы блока формирования функций Уолша являются информационными выходами синтезатора функций Уолша, первый тактовый выход которого соединен с входом генератора числовой последовательности, выход которого соединен с управляющим входом цифрового коммутатора, второй тактовый выход синтезатора функций Уолша соединен с входом первого делителя частоты, выход которого соединен с управляющими входами ключей, информационные входы которых соединены с соответствующими информационными выходами синтезатора функции Уолша, отличающийся тем, что введены второй делитель частот, элемент НЕ и умножители, причем первые входы умножители соединены с соответствующими выходами ключей, выходы умножителей подключены к соответствующим входам цифрового коммутатора, второй тактовый выход синтезатора функций Уолша соединен с входом второго делителя частоты, выход которого подключен к входу элемента НЕ и вторым входам с первого по 2^n-1-й умножителей, где 2ⁿ - число выходов блока формирования функций Уолша, выход элемента НЕ соединен с вторыми входами с (2^n-1 - 1)- по 2ⁿ-й умножителей.