СПОСОБ ВЗАИМНО ИНВЕРСНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДВОИЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ФАЗОРАЗНЕСЕННЫМ КАНАЛАМ С ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ НА ОДНОЙ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЕ С ВЫЧИТАНИЕМ ПРИ ПРИЕМЕ Российский патент 1999 года по МПК H04L27/18 

Новый предлагаемый способ взаимно инверсной передачи двоичной информации по параллельным фазоразнесенным каналам с фазовой манипуляцией на одной несущей частоте с взаимным вычитанием при приеме принимаемых инверсных элементов двоичной информации вместе с помехами может применяться как на радиолиниях, так и на проводных, кабельных линиях связи, работающих с фазоманипулированными сигналами, причем в первую очередь с относительной фазовой манипуляцией (ОФМ), называемой еще фазоразностной модуляцией (ФРМ) или относительной фазовой телеграфией (ОФТ) (хотя возможна работа и при обычной фазовой манипуляции - ФМ).

Целью этого изобретения является достижение более высокой помехоустойчивости и достоверности передачи дискретных двоичных сообщений радиосигналами в первую очередь с ОФМ без увеличения занимаемой полосы частот, времени передачи и без увеличения мощности передатчика.

Указанная цель достигается тем, что в передающем устройстве образуются два одновременно работающих фазоразнесенных параллельных канала на одной несущей частоте. Передаваемые дискретные двоичные сообщения передаются взаимно инверсными между собой по этим двум фазоразнесенным каналам особым методам относительной фазовой манипуляции. А формирование результирующего принимаемого информационного сообщения и его выделение из помех в приемном устройстве осуществляются вычитанием одного из другого отдельных принятых по двум фазоразнесенным каналам двух инверсных между собой информационных сигналов (символов). При этом происходит увеличение уровня результирующего принимаемого информационного сигнала и в то же время уменьшение уровня помех за счет их взаимного вычитания, то-есть происходит увеличение отношения сигнал-помеха на выходе приемника, следовательно, увеличиваются помехоустойчивость и верность передачи сообщений.

Возможная схема, осуществляющая новый предлагаемый способ передачи и приема двоичной информации в инверсном виде по двум параллельным фазоразнесенным каналам на одной несущей частоте, представлена на чертеже. Она работает следующим образом. От источника информации 1 передаваемое двоичное сообщение, например, вида 101101 поступает на инвертор 2, в котором это сообщение преобразуется в инверсное 010010. Эти два сообщения передаются по двум фазоразнесенным каналам, например первое (в прямом виде) 101101 по первому (синфазному) каналу, а второе инверсное 010010 по второму (квадратурному) каналу. Для этого оба эти сообщения подаются на устройство управления 3 блоком фазовращателей 4, осуществляющим сдвиг фазы несущей частоты на -45^o относительно фазы предыдущей элементарной посылки, и блоком фазовращателей 5, осуществляющим сдвиг фазы несущей частоты на +135^o относительно фазы предыдущей посылки. Несущая частота подается от генератора несущей частоты 6. Управление фазовращателями производится так, например, что они включаются и выключаются поочередно в зависимости от передаваемой информационной двоичной комбинации по прямому и инверсному (т.е. первому и второму) каналам, то-есть один из блоков фазовращателей включается, а второй выключается (например, с помощью электронных ключей) в соответствии с передаваемой двоичной комбинацией информации по прямому и инверсному (т.е. первому и второму) каналам. Устанавливается следующее соответствие: при передаче комбинации 1; 0 по первому и второму каналам (т.е. одновременно передаются символы 1 по первому каналу и 0 по второму каналу) устанавливается сдвиг фазы на -45^o, т.е. работает блок фазовращателя 4, а при передаче комбинации 0; 1 по первому и второму каналам устанавливается сдвиг фазы на +135^oC, т.е. работает блок фазовращателя 5. При этом осуществляется особый вид относительной фазовой манипуляции и образуются два фазоразнесенных канала. Особенность и новизна этого вида относительной фазовой манипуляции заключаются в том, что это не обычная однократная ОФМ, потому что в данном случае образуются и используются два фазоразнесенных канала, а не канал как в однократном ОФМ; но в то же время в данном случае это и не классическая двукратная ОФМ, так как возможные для классической двукратной ОФМ комбинации символов 1; 1 и 0; 0 по первому и второму каналам в нашем случае являются невозможными. А это обстоятельство создает возможность совершенно по-особому, по-новому построить весь блок фазового манипулятора по сравнению, например, с двукратной ОФМ, поскольку в предлагаемом способе используются не четыре значения приращения фазы, а только два. Еще раз отмечу, что требуемые приращения фазы, т.е. фазовые сдвиги, на -45^o или на +135^o должны осуществляться относительно предыдущей посылки, и поэтому требуется не только по одному такому фазовращателю, а целый блок, выполняющий эту операцию. Работа всего передающего устройства синхронизируется синхрогенератором тактовых импульсов 7. С выхода передающего устройства фазоманипулированный таким образом сигнал подается в канал или линию связи 8, т.е. в среду распространения (а возможно и хранения) информации, где на сигнал действуют помехи из некоторого источника помех 9.

После прохождения канала связи сигнал попадает на приемное устройство. После прохождения главного тракта приема 10, где сигнал усиливается и выделяется от помех по побочным и соседним каналам, сигнал разветвляется по трем ветвям и по двум ветвям из них поступает на два отдельных фазовых детектора 11 и 12 двух фазоразнесенных каналов. В этих фазовых детекторах и происходит разделение двух фазоразнесенных каналов и разделение канальных сигналов.

По третьей ветви разветвления в данном приемном устройстве, выполненном по методу сравнения фаз, сигнал поступает на линию задержки 13, где осуществляется задержка принимаемого сигнала на длительность элементарной посылки T_п, а затем после усиления в усилителе 14 это напряжение используется в качестве опорного для первого фазоразнесенного канала и подается на первый фазовый детектор 11. На второй фазовый детектор 12 второго фазоразнесенного канала опорное напряжение подается со сдвигом на 90^o после прохождения фазовращателя 15. При этом в фазовых детекторах происходит разделение двух используемых разнесенных по фазе параллельных каналов.

Докажем это. Действительно, продетектированное выходное напряжение U_с.вых. фазового детектора (ФД) в случае большого уровня опорного напряжения определяется формулой /Л.1/
U_с.вых.= 2U_м.с.•K_д•cosϕ,
где U_м.с. - амплитуда напряжения принимаемого сигнала на входе ФД;
K_д - коэффициент передачи диодного детектора;
ϕ - фазовый угол между принимаемым и опорным сигналами.

При передаче символа (т.е. посылки) 1 по первому фазоразнесенному каналу и одновременной передаче символа 0 по второму фазоразнесенному каналу в передатчике устанавливается сдвиг фазы сигнала на -45^o относительно предыдущей посылки передатчика, а это означает, что принимаемый сигнал будет сдвинут по фазе на -45^o относительно опорного в ФД-1 (11) и на -135^o, т.е. по модулю на 135^o, относительно опорного напряжения для ФД-2 (12), так как фазы принимаемого сигнала и опорного напряжения второго (квадратурного) канала сдвинуты в разные стороны соответственно на -45^o и на +90^o относительно опорного напряжения первого канала.

Поэтому на выходе ФД-1 (11) при ϕ(1)1

= -45^° получим положительное выходное напряжение, соответствующее символу 1:

а на выходе ФД-2 (12) при ϕ(1)2= -135^° получим отрицательное выходное напряжение, соответствующее символу 0:

Точно так же можно показать, что при передаче комбинации символов 0, 1 по первому и второму фазоразнесенным каналам соответственно так они и будут приняты в приемнике. Действительно, при передаче комбинации символов 0, 1 фаза высокочастотного сигнала передатчика сдвигается на +135^o относительно его предыдущей высокочастотной посылки. А это означает, что теперь принимаемый сигнал будет сдвинут по фазе на +135^o относительно опорного напряжения в ФД-1 (11) (так как в качестве опорного используется напряжение предыдущей посылки, задержанной в линии задержки 13) и принимаемый сигнал сдвинут по фазе на +45^o (так как +135^o - (+90^o) = +45^o, потому что опорное напряжение второго фазоразнесенного канала сдвинуто по фазе на +90^o относительно опорного напряжения первого канала).

Поэтому в этом случае на выходе ФД-1 (11) при ρ(0)1

= +135^° получим отрицательное выходное напряжение, соответствующее символу 0:

а на выходе ФД-2 (12) при ρ(0)2= +45^° получим положительное выходное напряжение, соответствующее символу 1:

Таким образом, каналы разделяются, и передаваемая информация проходит в соответствующий канал, и при передаче взаимно инверсных символов (т.е. элементов двоичных информаций 1 и 0) по двум фазоразнесенным каналам на выходах канальных фазовых детекторов 11 и 12 получаем продетектированные сигналы противоположной полярности, т.е. взаимно инверсные видеоимпульсы.

С выходов двух фазовых детекторов ФД-1 (11) и ФД-2 (12) продетектированные сигналы противоположной полярности вместе с помехами проступают на вычитающее устройство 16, в котором при взаимном вычитании инверсных сигналов (видеоимпульсов) уровень принимаемого сигнала увеличивается теоретически в 2 раза, а аддитивная амплитудная помеха, которая одинаково и в одной полярности проходит через оба ФД, компенсируется, подавляется, в соответствии с выражением
С + П - (-С + П) = 2С,
где С - напряжение сигнала;
П - напряжение помехи.

После вычитающего устройства принятые сигналы (видеоимпульсы) поступают на формирователь импульсных двоичных сигналов 17, в состав которого может входить синхронизирующий генератор. С выхода формирователя сформированные импульсные двоичные сигналы хорошей формы поступают к получателю информации 18.

Рассмотрим теперь влияние помех, воздействующих на фазу принимаемого сигнала. Здесь нужно рассмотреть разные случаи. Во-первых, если возникающий из-за действия помехи дополнительный фазовый сдвиг принимаемого сигнала относительно предыдущей высокочастотной посылки, напряжение которой используется в качестве опорного, не превышает по модулю 45^o, то действие такой помехи не приводит к изменению полярностей выходных напряжений канальных фазовых детекторов ФД-1 (11) и ФД-2 (12), то-есть они будут оставаться разнопорярными, противоположной полярности. А с учетом того, что одно выходное напряжение ФД вычитается из другого, получим, что в этом случае помеха будет в большей мере скомпенсирована, подавлена. Во-вторых, при помеховых отклонениях фазы сигнала на угол в пределах по модулю от 45^o до 135^o возможно изменение полярности видеоимпульса на выходе одного из фазовых детекторов, т.е. возможна ошибка в приеме элементарной информационной посылки в одном из двух фазоразнесенных каналов. Однако часть этих возможных ошибок, соответствующая фазовым отклонениям от 45^o до 90^o, будет скомпенсирована в вычитающем устройстве в связи с тем, что при таких фазовых отклонениях уровень правильно принятого сигнала на выходе фазового детектора соответствующего канала будет значительно превышать уровень неверно принятого сигнала на выходе другого фазового детектора второго канала. Кроме того, подобные возможные ошибки, связанные с изменением полярности видеоимпульса на выходе одного, любого из двух, фазового детектора, могут быть обнаружены при возможном включении в данное приемное устройство дополнительного устройства обнаружения возможных ошибок и контроля качества канала связи (т.е. контроля отношения сигнал-помеха), в качестве которого (дополнительного устройства) могут использоваться схема совпадения 19, регулирующая однополярные импульсы (одинаковой полярности) на выходах ФД-1 и ФД-2, что говорит о вредной ошибке и о плохом качестве канала связи (т.е. о плохом отношении сигнал-помеха), а также счетчик этих возможных ошибок 20. Наконец, в-третьих, при больших отклонениях фазы сигнала из-за помех от 135^o и более до 180^o (по модулю) будет возникать изменение полярности видеоимпульсов на выходах обоих ФД в двух каналах. В этом случае получим неверный, ошибочный прием элемента информации. Но такие глубокие отклонения фазы в работоспособных системах связи с достаточно большим отношением сигнал-помеха очень маловероятны /Л.2, с. 411-415/.

Таким образом, в целом новый предлагаемый способ взаимно инверсной передачи двоичной информации по параллельным фазоразнесенным каналам с вычитанием при приеме позволяет сильно ослабить действие помех, повысить помехоустойчивость и надежность системы связи или, с другой стороны, при той же помехоустойчивости системы связи уменьшить уровень сигнала, снизить излучаемую и потребляемую мощности и улучшить экологические показатели системы.

Источники информации
Л.1. Радиоприемные устройства. Под ред. Зюко А.Г.-М.: Связь, 1975. - 400 с. /с.214/.

Л.2. Левин Б.Р. Теория случайных процессов и ее применение в радиотехнике. - М.: Сов. радио, 1960. - 663 с. /с. 411 - 415/.

Техническим результатом изобретения является достижение более высокой помехоустойчивости и надежности передачи дискретных двоичных сообщений радиосигналами с относительной фазовой манипуляцией без увеличения мощности передатчика, времени передачи и полосы частот. Указанная цель достигается тем, что в передатчике и приемнике образуются два одновременно работающих фазоразнесенных параллельных канала на одной несущей частоте. Передаваемые двоичные сообщения передаются взаимно инверсными по этим двум каналам особым методом относительной фазовой манипуляции. А формирование результирующего принимаемого сигнала и его выделение из помех осуществляются вычитанием одного из другого инверсных между собой информационных символов, принятых по этим двум фазоразнесенным каналам. При этом происходит увеличение уровня результирующего принимаемого сигнала и уменьшение уровня помех. 1 ил.

Способ взаимно инверсной передачи двоичной информации по параллельным фазоразнесенным каналам с фазовой манипуляцией на одной несущей частоте с вычитанием при приеме, заключающийся в том, что в передающем и приемном устройствах образуются два одновременно работающих параллельных фазоразнесенных квадратурных канала на одной несущей частоте, организованных так, что векторы опорных напряжений каналов приемника составляют фазовые углы по абсолютной величине 45 и 135^o с вектором напряжения принимаемого сигнала, отличающийся тем, что двоичные сообщения передаются взаимно инверсными между собой по этим двум фазоразнесенным каналам методом относительной фазовой манипуляции, при котором используются только две комбинации (1,0; 0,1) при соответствующих фазовых углах, а формирование результирующего информационного сигнала и его выделение из помех в приемнике осуществляется вычитанием одного из другого принятых по этим двум каналам двух инверсных между собой информационных сигналов.