ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 1999 года по МПК H04B1/04 H04L27/18 H04L9/00 

Устройство относится к области передачи дискретной информации и может быть использовано в радиоканалах для осуществления передачи информации при связи как с движущимся, так и неподвижными объектами.

Известны передающие устройства фазоманипулированных сигналов (см. Л.Е. Варакин "Системы связи с шумоподобными сигналами" М., "Р. и С." 1985 г. стр. 18 рис. 1.9a), в котором информация поступает на вход широтно-импульсного модулятора, с выхода которого ШИМ сигнал подается на вход фазового модулятора. На второй вход фазового модулятора подается ФМ ШПС, формируемый генератором ФМ. Фазоманипулированный сигнал с выхода фазового модулятора, содержащий информацию, поступает на вход модулятора, в котором осуществляется балансная модуляция колебания с несущей частотой от ГНЧ. Затем усиленный по мощности в усилителе мощности сигнал через антенну излучается в пространство.

Известны также передающие устройства (там же стр. 19 рис. 1.11a и стр. 20 рис. 1.12a) для цифровых систем связи.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является передающее устройство цифровой системы связи с фазоманипулированным ШПС, приведенное в книге Л.Е.Варакина " Системы связи с шумоподобными сигналами", М., "Р. и С". 1985 г. стр. 16 рис. 1.7a, принятое за прототип.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где введены следующие обозначения:
1 - источник информации,
2 - фазовый модулятор,
3 - балансный модулятор,
4 - усилитель мощности,
5 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП),
6 - синхронизатор,
7 - генератор несущей частоты (ГНЧ).

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи: источник информации 1 последовательно соединен с фазовым модулятором 2, балансным модулятором 3 и усилителем мощности 4, синхронизатор 6 через генератор ПСП 5 соединен со вторым входом фазового модулятора 2, а ко второму входу балансного модулятора 3.

Работает устройство-прототип следующим образом.

От источника информации 1 последовательность двоичных единиц 1 и 0 со скоростью R = 1/T поступает на вход фазового модулятора 2, где T - длительность одного информационного символа. На второй вход фазового модулятора 2 поступает фазоманипулированный сигнал (ПСП) от генератора псевдослучайной последовательности 5. Фазоманипулированный сигнал имеет длительность T и представляет собой последовательность видеоимпульсов 1 и 0 длительность τ_o= T/N, где N-число импульсов. Обычно считают, что база ФМ сигнала примерно равна числу импульсов, т. е. β ≈ N. Работой генератора ПСП 5 управляет синхронизатор 6, который формирует необходимые сигналы управления и частоты. Последовательность ШПС в виде ФМ сигналов, переносящая информационные символы, поступает в балансный модулятор 3, в котором осуществляется балансная модуляция колебания с несущей частотой ФМ сигналом. Колебание с несущей частотой создается генератором несущей частоты 7. Усилитель мощности 4 усиливает фазоманипулированный сигнал, а затем через антенну излучается в пространство.

Недостатком передающих устройств, приведенных к качестве аналогов и устройства-прототипа, является проблема снижения и мощности потерь в электропреобразовательных приборах.

Проблема снижения мощности потерь решается различными путями, например использованием усилителей с квантованием входного сигнала, обеспечением бигармонического и ключевого режимов работы. Из указанных режимов работы особо следует выделить широко используемый энергетический эффективный ключевой режим работы электропреобразовательных приборов (транзисторов, тиристоров). Однако современные устройства, использующие ключевые режимы работы, имеют существенные недостатки. Основной из них состоит в широком спектре гармоник выходных колебаний. Применение пассивных фильтрующих элементов для фильтрации гармоник до требуемого уровня приводит к ухудшению технико-экономических и особенно массогабаритных показателей устройств. Для обеспечения высокой энергетической эффективности, улучшения массогабаритных показателей путем сокращения или исключения фильтрующих устройств при сохранении высоких требований к спектральному составу выходных колебаний следует применить формирователи гармонических колебаний (ФГК), выходное напряжение в которых имеет ступенчатую форму (см. фиг. 2).

Для снижения мощности потерь в устройство-прототип, содержащее последовательно соединенные источник информации, фазовый модулятор, балансный модулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты, второй вход фазового модулятора через генератор ПСП соединен с выходом синхронизатора, введены блок управления, вход которого соединен с выходом балансного модулятора, n - выходов блока управления соединены соответственно с управляющими входами n - ключей, два выхода источника постоянного тока соединены соответственно с двумя сигнальными входами каждого из n - ключей, выход которого из которых соединен соответственно с n входами сумматора, выход которого подключен к антенне.

На фиг. 3 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:
1 - источник информации,
2 - фазовый модулятор,
3 - балансный модулятор,
4 - блок управления,
5 - генератор ПСП,
6 - синхронизатор,
7 - генератор несущей частоты,
8₁ - 8_n - электронные ключи,
9 - источник постоянного тока,
10 - сумматор.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи: последовательно соединенные источник информации 1, фазовый модулятор 2, балансный модулятор 3 и блок управления 4, n выходов которого соединены соответственно с управляющими входами n электронных ключей 8₁ - 8_n, выходы каждого из которых соединены соответственно с n-входами сумматора 10, а выход этого сумматора подключен к антенне. Второй вход фазового модулятора 2 через генератор ПСП 5 соединен к выходу синхронизатора 6, а второй вход балансного модулятора 3 соединен с выходом генератора несущей частоты 7.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. От источника информации 1 последовательность двоичных единиц 1 и 0 со скоростью R = 1/T поступает на вход фазового модулятора 2, где T - длительность одного информационного символа. На второй вход фазового модулятора 2 поступает фазоманипулированный сигнал от генератора псевдослучайной последовательности 5. Фазоманипулированный сигнал, поступающий от генератора 5, имеет длительность T и представляет собой последовательность видеоимпульсов 1 и 0 длительностью τ = T/N, где N - число видеоимпульсов. Обычно считают, что база ФМ сигнала примерно равна числу импульсов, т.е. β ≈ N. Работой генератора ПСП 5 управляет синхронизатор 6, который формирует необходимые сигналы управления и частоты. Последовательность ШПС в виде ФМ сигнала, переносящая информационные символы, поступают в балансный модулятор 3, в котором осуществляется балансная модуляция колебания с несущей частотой ФМ сигналом. Колебания с несущей частотой создаются генератором несущей частоты 7. Сигнал с выхода балансного модулятора (ШПС) подается на вход блока управления 4, где производится квантование его по уровню и формирование прямоугольных импульсов, аналогичных на фиг. 2, которые затем подаются по n - выходам на управляющие входы n ключей 8₁ - 8_n соответственно. На сигнальные входы этих ключей подается двухполярное напряжение постоянного тока от источника 9. В результате на выходах электронных ключей 8₁ - 8_n будет сигнал прямоугольной формы с равными амплитудами A₁ = A₂ = A₃ = ... A_n и, равными амплитуде источника постоянного напряжения 9. Эти сигналы затем поступают на сумматор 10, где происходит их суммирование и на выходе этого сумматора образуется ступенчатое напряжение (см. фиг. 2), которое поступает в антенну и излучается в пространство.

При формировании ступенчатого напряжения (СН) в предлагаемом устройстве реализуется принцип квантования входного сигнала по уровню. Повышение КПД в таких формирователях происходит благодаря тому, что при усилении сигнала прямоугольной или трапецеидальной формы с амплитудой, равной напряжению источника питания, падение напряжение на активных приборах в открытом состоянии будет мало, а КПД формирователя близок к 100%. Причем с ростом числа уровней квантования увеличивается КПД формирователя, поскольку в этом случае возрастает отношение длительности импульса к длительности фронта или имеет место усиление прямоугольных импульсов с более плоской вершиной (В.Ф.Дмитриев, Н.Б.Петяшин, М.А.Сивере "Высокоэффективные формирователи гармонических колебаний" М., "Радио и связь" 1988 г. стр. 11).

В том время как КПД современных передатчиков достигает до десятков процентов (С.Л.Дробов, С.И.Бычков "Радиопередающие устройства", "Сов. радио", М. - 1969 г. стр. 12). Так, например, при угле отсечки θ = 90^o, КПД каскада η = 0,79ξ, а при θ = 650^o η = 0,9ξ, где ξ - коэффициент использования анодного напряжения (Передающие устройства. Под ред. Б. П.Терентьева. Изд. "Связь", М. 1972 г. стр. 19).

Один из возможных вариантов реализации блоков 8 (электронные ключи) приведен на фиг. 4, где обозначено:
12 - фазоинвертор,
11 и 14 - электронные ключи,
13 - схема "ИЛИ".

При поступлении от блока управления 4 отрицательного управляющего импульса работают инвертор 12 и ключ 14, а при поступлении положительного импульса - работает ключ 11.

Реализация остальных блоков и углов не вызывает никаких затруднений, т. к. все они общеизвестны и широко опубликованы в технической литературе.

Передающее устройство фазоманипулированных сигналов относится к области передачи дискретной информации и может быть использовано в радиоканалах для осуществления передачи информации при связи как с движущимися, так и неподвижными объектами. Достигаемый технический результат - снижение мощности потерь, повьшение КПД. Передающее устройство фазоманипулированных сигналов содержит источник информации, базовый модулятор, балансный модулятор, блок управления, генератор псевдослучайной последовательности, синхронизатор, генератор несущей частоты, n электронных ключей, источник постоянного тока и сумматор. 4 ил.

Передающее устройство фазоманипулированных сигналов, содержащее последовательно соединенные источник информации, фазовый модулятор и балансный модулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора несущей частоты, а второй вход фазового модулятора через генератор псевдослучайной последовательности соединен с выходом синхронизатора, отличающееся тем, что введены блок управления, вход которого соединен с выходом балансного модулятора, n электронных ключей, сумматор и источник постоянного тока, причем выходы блока управления соединены с управляющими входами n электронных ключей, выходы которых соединены с n входами сумматора, выход которого является выходом устройства, два других входа каждого из электронных ключей соединены с двумя полюсами источника постоянного тока.