ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ КОРОТКОВОЛНОВЫЙ МОДЕМ Российский патент 2006 года по МПК H04J1/20 

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для передачи дискретной информации в радиостанциях коротковолнового (KB) диапазона.

Коротковолновый канал связи, вследствие ионосферного распространения радиоволн, является многолучевым. Его можно охарактеризовать двумя основными параметрами: интервалом временной задержки лучей Δt_л и интервалом допплеровских сдвигов частоты F_д. При перекрытии соседних информационных символов возникают так называемые межсимвольные искажения (МСИ).

В параллельных модемах устранение МСИ достигается за счет большой длительности информационного символа T_И≫Δt_Л. В этом случае становится возможным введение между соседними информационными символами защитного интервала T_З>Δt_Л, в пределах которого возникают МСИ. Этот интервал исключается из обработки сигнала.

Однако при относительно больших значениях F_Д, когда F_ДТ_И≥0,01, начинает проявляться влияние флуктуации частоты (фазы) и амплитуды внутри информационного символа (К.Феер. Беспроводная цифровая связь. Пер. с англ. / Под ред. В.И.Журавлева. - М.: Радио и связь, 2000, стр.232).

В результате возрастает вероятность ошибок как при когерентной демодуляции (из-за неточного отслеживания фазы несущей), так и при некогерентной (из-за разрушения временной корреляции).

В работе «Новые исследования высокоскоростного параллельного KB модема» (Marc COUTOLLEAU, Pierre VILA и др., NEW STUDIES ABOUT A HIGH DATA RATE HF PARALLEL MODEM, - IEEE, №4, 1998) предлагается когерентный параллельный модем с числом поднесущих, равным 79, из которых в первом кадре передачи из трех кадров 27 поднесущих используются в качестве пилотных. В двух последующих кадрах пилотные поднесущие не используются. По пилотным составляющим проводится подстройка опорных колебаний в смежных каналах.

Затраты времени на подстройку и ее осуществление только в одном кадре из трех снижают точность отслеживания фазы несущей.

Структурно наиболее близким к предлагаемому можно считать модем МС-5 (Аппаратура передачи дискретной информации МС-5. / Под ред. А.М.Заездного и Ю.Б.Окунева. - М.: Связь, 1970), принятый за прототип.

Функциональная схема модема-прототипа, согласно его описанию, приведена на фиг.1а и 1б, где обозначено:

Фиг.1а:

I - модулятор;

1 - блок преобразования информации (БПИ);

2 - блок синхронизации;

3¹, ... 3^N - фазовые манипуляторы;

4 - генератор сетки частот (ГСЧ);

5 - сумматор;

6 - подмодулятор одной боковой полосы (ОБП);

7 - генератор несущей частоты;

N - число канальных сигналов.

Фиг.1б:

II - демодулятор;

8 - детектор ОБП;

9 - управляемый генератор несущей частоты;

10 - блок подстройки несущей частоты;

11 - генератор сетки частот;

12 - блок восстановления тактовой частоты (БВТЧ).

13¹, ... 13⁴ - узкополосные фильтры;

14^1,1, 14^2,1, ... 14^1,N, 14^2,N - перемножители;

15^1,1, 15^2,1, ... 15^1,N, 15^2,N - интеграторы со сбросом;

16 - блок обработки решений;

17¹, 17² - ключи.

Параллельный коротковолновый модем-прототип состоит из модулятора I и демодулятора II. В состав модулятора I (фиг.1а) входит блок преобразования информации (БПИ) 1, информационный вход которого является входом модулятора I, а синхронизирующий вход соединен с выходом блока синхронизации 2. N выходов БПИ 1 соединены с информационными входами соответствующих фазовых манипуляторов 3¹, ... 3^N, опорные входы которых соединены с соответствующими N выходами генератора сетки частот (ГСЧ) 4. Выходы каждого из 3¹, ... 3^N фазовых манипуляторов соединены с соответствующими N входами сумматора 5, выход которого через подмодулятор одной боковой полосы (ОБП) 6 соединен с выходом модулятора I, причем опорный вход подмодулятора ОБП 6 соединен с выходом генератора несущей частоты 7.

Демодулятор II (фиг.1б) содержит последовательно соединенные блок подстройки несущей частоты 10, управляемый генератор несущей частоты 9 и детектор ОБП 8, сигнальный вход которого является входом демодулятора II и соединен с первым входом блока подстройки несущей частоты 10, второй вход которого соединен с опорным входом детектора ОБП 8, выход которого через первый ключ 17¹ соединен с входами первого и второго узкополосных фильтров 13¹ и 13², а через второй ключ 17² соединен с входами третьего и четвертого узкополосных фильтров 13³ и 13⁴. Выходы фильтров 13¹-13⁴ соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами БВТЧ 12. Выход детектора ОБП 8 соединен с входами каждого из N пар квадратурных корреляционных информационных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных перемножителя 14^1,1, 14^2,1, ... 14^1,N, 14^2,N и соответствующего ему интегратора со сбросом 15^1,1, 15^2,1, ... 15^1,N, 15^2,N, выходы 2N интеграторов 15 соединены с соответствующими 2N входами блока обработки решений 15, выход которого является выходом демодулятора II. Управляющие входы интеграторов со сбросом 15^1,1, 15^2,1, ... 15^1,N, 15^2,N соединены с третьим выходом БВТЧ 12, первый и второй выходы которого соединены соответственно с управляющими входами ключей 17¹ и 17². Демодулятор II содержит также генератор сетки частот 11, N пар квадратурных выходов которого соединены с опорными входами соответствующих перемножителей 14^1,1, 14^2,1, ... 14^1,N, 14^2,N.

Работа модулятора I происходит следующим образом.

Входной поток двоичных информационных символов разбивается на N параллельных потоков (N - число каналов модема), кодируется и преобразуется в БПИ 1 в информационные сигналы для фазовых манипуляторов 3¹,...3^N. На опорные входы фазовых манипуляторов 3 подаются сигналы канальных частот (поднесущие), которые вырабатываются генератором сетки частот 4. Значения канальных частот определяются формулой (вытекающей из условия ортогональности на интервале T_и)

где i и К - целые числа.

Соседние частоты отличаются друг от друга на величину

поэтому все канальные сигналы ортогональны.

В каждом из фазовых манипуляторов 3 опорный сигнал (поднесущая) манипулируется по фазе информационным сигналом с соответствующего выхода БПИ 1. Число градаций фазы может быть 2, 4, 8. В сумматоре 5 все манипулированные по фазе поднесущие складываются, образуя групповой сигнал с частотным разделением (OFDM). Блок синхронизации 2 задает положение информационных символов и защитного интервала, как показано на фиг.2, из которой следует, что величина тактового интервала Т_Т равна

где T_И - длительность информационного символа;

Т_З - величина защитного интервала.

Защитный интервал можно формировать в модуляторе I путем исключения прохождения выходного сигнала сумматора 5 на время T_З, а можно его исключать при обработке сигнала в демодуляторе II. В устройстве-прототипе применяется второй вариант.

Ввиду использования относительной фазовой манипуляции синхронизации ГСЧ 4 не требуется.

В подмодуляторе ОБП 6 этот групповой сигнал переносится в область верхней или нижней боковой полосы относительно несущей f₀, которая вырабатывается генератором 7.

Демодулятор (фиг 1б) работает следующим образом.

Входной сигнал в детекторе ОБП 8 преобразуется в исходный групповой сигнал (как на выходе сумматора 5), если , - частота опорного сигнала, вырабатываемого генератором 9. Если , все поднесущие получают частотный сдвиг Δf₀. Этот сдвиг компенсируется путем подстройки с помощью блока 10.

Затем каждый 7-й канальный сигнал обрабатывается j-й парой из N пар квадратурных корреляционных информационных каналов (j≤N), включающих перемножители 14^1,1, 14^2,1, ... 14^1,N, 14^2,N и интеграторы со сбросом 15^1,1, 15^2,1, ... 15^1,N, 15^2,N. Пары опорных, находящихся в квадратуре сигналов, вырабатываются ГСЧ 11. Амплитуды х_j,n и у_j,n сигналов с выходов интеграторов со сбросом 15 j-й пары квадратурных каналов служат для вычисления фазы n-го информационного символа j-го канала

а две фазы, измеренные на соседних символах, определяют разность фаз

которая характеризует значение информационного символа при относительной фазовой модуляции. Все эти вычисления осуществляются в блоке обработки решений 16.

Блок восстановления тактовой частоты 12 служит для определения моментов начала и конца информационных символов, задающих положение интервала интегрирования, при котором канальные сигналы разделяются без взаимного влияния друг на друга. Для работы временного дискриминатора, входящего в БВТЧ 12, используется сигнал межканальной интерференции (МКИ), возникающий при нарушении ортогональности канальных сигналов из-за смещения интервала интегрирования.

Если интервал интегрирования совпадает с информационным символом, ввиду ортогональности всех канальных сигналов, сигнал МКИ равен нулю. При увеличении смещения интервала интегрирования мощность сигнала МКИ возрастает. В устройстве-прототипе для выделения необходимых канальных сигналов используются узкополосные фильтры 13¹,...13⁴ (фиг.1б), причем фильтры 13¹ и 13⁴ настроены на одну частотную составляющую исходного группового сигнала, а фильтры 13² и 13³ - на другую. При этом также предполагается, что амплитуды канальных сигналов на соседних информационных символах практически не изменяются. Тогда при совпадении интервала интегрирования с информационным символом, когда МКИ отсутствует, разность амплитуд сигналов на выходах каждого из фильтров 13¹,...13⁴, соответствующих соседним информационным символам, равна нулю:

Временной дискриминатор использует две величины: и где измерена при опережении интервала интегрирования (временного окна) на ¹/₂Т_З, a - при запаздывании на ¹/₂Т_З относительно истинного положения. Соответствующие временные окна формируются в БВТЧ 12 и управляют ключами 17¹ и 17². Ключи 17¹ и 17² отпираются на время опережающего и запаздывающего временных окон по управляющим сигналам соответственно с первого и второго выходов БВТЧ 12.

Среднее значение величин и , возрастает при увеличении смещения интервала интегрирования относительно информационного символа. Выходной сигнал одноканального временного дискриминатора определяется формулой

Этот сигнал служит для коррекции временного положения тактовых импульсов.

Диаграммы работы временного дискриминатора приведены на фиг.3. На фиг.3а показано временное положение информационных символов, а на фиг.3б - временное положение опережающего и запаздывающего окон.

Однако из-за влияния селективных замираний приходится использовать несколько разнесенных по частоте каналов. В устройстве-прототипе используется два канала: k-й и l-й.

Обобщенная функциональная схема двухканального временного дискриминатора приведена на фиг.4, ее алгоритм работы можно представить в виде

где индексы «н» и «ч» означают, что амплитуды измерены на нечетных и четных тактах;

знаки «+» и «-» относятся к амплитудам, измеренным соответственно при опережающем на ¹/₂Т_З и запаздывающем на ¹/₂Т_З временных окнах;

индексы «k» и «l» относятся к k-му и l-му пилот-сигналам.

Входы первый-четвертый временного дискриминатора на фиг.4 соответствуют первому-четвертому входам блока восстановления тактовой частоты 12 на фиг.1б, сигналы временных окон на первом и втором выходах БВТЧ 12 соответствуют сигналам фиг.3б, а сигнал с третьего выхода БВТЧ 12, задающий интервал интегрирования в каналах демодулятора, соответствует сигналу на фиг.3а.

Однако устройство-прототип не обеспечивает заданную низкую вероятность ошибки при больших значениях F_ДT_И из-за внутрисимвольных флуктуаций фазы.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение работоспособности модема при быстрых замираниях.

Известно, что интервал частотной когерентности в KB канале составляет несколько сотен герц, поэтому одной подстройки несущей частоты группового сигнала явно недостаточно.

В предлагаемом устройстве этот недостаток преодолевается,

- во-первых, введением в групповой сигнал необходимого числа пилот-сигналов, исходя из полосы частотной когерентности;

- во-вторых, непосредственным использованием этих пилот-сигналов для формирования опорных сигналов при когерентной демодуляции информационных сигналов.

Для решения поставленной задачи в параллельный коротковолновый модем, состоящий из модулятора и демодулятора, причем модулятор содержит блок преобразования информации, информационный вход которого является входом модулятора, а N его выходов соединены с информационными входами соответствующих N фазовых манипуляторов, опорные входы которых соединены с соответствующими N выходами генератора сетки частот (ГСЧ), сумматор с N входами, выход которого через подмодулятор одной боковой полосы (ОБП) соединен с выходом модулятора, причем опорный вход подмодулятора ОБП соединен с выходом генератора несущей частоты, и блок синхронизации, первый выход которого соединен с синхронизирующим входом блока преобразования информации, демодулятор содержит последовательно соединенные блок подстройки несущей частоты, управляемый генератор несущей частоты и детектор ОБП, сигнальный вход которого является входом демодулятора и соединен с первым входом блока подстройки несущей частоты, второй вход которого соединен с опорным входом детектора ОБП, выход которого через первый ключ соединен с входами первого и второго узкополосных фильтров, а через второй ключ соединен с входами третьего и четвертого узкополосных фильтров, выходы первого, второго, третьего и четвертого узкополосных фильтров соединены с соответствующими входами блока восстановления тактовой частоты (БВТЧ), первый и второй выходы которого соединены соответственно с управляющими входами первого и второго ключей, ГСЧ с парами квадратурных выходов, 2N квадратурных корреляционных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных соответствующих перемножителя и интегратора со сбросом, выходы 2N интеграторов со сбросом соединены с соответствующими 2N входами блока обработки решений, выход которого является выходом демодулятора, а управляющие входы 2N интеграторов со сбросом соединены с третьим выходом БВТЧ, согласно изобретению в модулятор введены N амплитудных манипуляторов, выходы которых соединены с соответствующими N входами сумматора, сигнальные входы N амплитудных манипуляторов соединены с выходами соответствующих N фазовых манипуляторов, а информационные входы соединены с соответствующими дополнительными N выходами блока преобразования информации, дополнительные р выходов ГСЧ соединены с соответствующими дополнительными р входами сумматора, а второй выход блока синхронизации соединен с синхронизирующим входом ГСЧ, в демодулятор введены р узкополосных фильтров, последовательно соединенных с соответствующими введенными р фазовращателями на 90°, где р - число пилот-сигналов в групповом сигнале, р амплитудных детекторов, р интеграторов со сбросом и mp квадратурных преобразователей ОБП, причем i-я пара квадратурных выходов ГСЧ соединена с 3-ми и 4-ми входами всех р штук i-х квадратурных преобразователей ОБП (i=1, 2, ... m), первые входы которых соединены с выходами соответствующих введенных узкополосных фильтров, а вторые входы соединены с выходами соответствующих фазовращателей на 90°, выход детектора ОБП соединен со входами всех введенных р узкополосных фильтров, выход j-го введенного узкополосного фильтра (j=1, 2, ... р) соединен также с сигнальными входами всех 4m штук j-х перемножителей и через введенные последовательно соединенные j-й амплитудный детектор и j-й интегратор со сбросом соединен с соответствующим j-м входом блока обработки решений, четыре выхода квадратурных преобразователей ОБП соединены с опорными входами соответствующих 4-х перемножителей, управляющие входы введенных р интеграторов со сбросом соединены с третьим выходом БВТЧ, четвертый выход которого соединен с синхронизирующим входом ГСЧ.

Графические материалы, представленные в заявке:

Фиг.1 - Функциональная схема модема-прототипа:

1а - модулятор;

1б - демодулятор.

Фиг.2 - График режима работы модема.

Фиг.3 - Диаграммы работы временного дискриминатора.

Фиг.4 - Обобщенная функциональная схема двухканального временного дискриминатора.

Фиг.5 - Функциональная схема предлагаемого модема:

5а - модулятор;

5б - демодулятор.

Фиг.6 - Распределение частот информационных и пилот-каналов.

Фиг.7 - Эпюры синхронизации поднесущих тактовой частотой.

Фиг.8 - Функциональная схема модулятора одной боковой полосы.

Фиг.9 - Функциональная схема преобразователя одной боковой полосы.

Фиг.10 - Функциональная схема блока восстановления тактовой частоты (БВТЧ).

Фиг.11 - Эпюры напряжений на выходах БВТЧ.

Фиг.12 - Функциональная схема временного дискриминатора.

Функциональные схемы предлагаемого устройства представлены на фиг.5а и фиг.5б, где обозначено:

Фиг.5а:

I - модулятор;

1 - блок преобразования информации;

2 - блок синхронизации;

3¹, ... 3^N - фазовые манипуляторы;

4¹, ... 4^N - амплитудные манипуляторы;

5 - генератор сетки частот;

6 - сумматор;

7 - подмодулятор ОБП;

8 - генератор несущей частоты.

Фиг.5б:

II - демодулятор;

9 - детектор ОБП;

10 - управляемый генератор несущей частоты;

11 - блок подстройки несущей частоты;

12 - синхронизируемый генератор сетки частот;

13 - блок восстановления тактовой частоты;

14^1,1, ... 14^m,1, ... 14^1,p ... 14^m,p - квадратурные преобразователи ОБП;

15_k ¹, 15_l ², 15_l ³, 15_k ⁴, 15⁴⁺¹,...15^4+p - узкополосные фильтры, из них:

15_l ², 15_k ⁴ - фильтры, настроенные на частоту k-го пилот-сигнала;

15_l ², 15_l ³ - фильтры, настроенные на частоту l-го пилот-сигнала;

16^k,j (k=1, 2, ... 4m; j=1, 2, ... р) - перемножители;

17¹, ... 17^p, 17^kj (k=1, 2, ... 4m; j=1, 2, ... p) - интеграторы со сбросом;

18¹, 18² - ключи;

19¹, ... 19^p - фазовращатели на 90°;

20¹, ... 20^P - амплитудные детекторы;

21 - блок обработки решений.

Предлагаемый параллельный коротковолновый модем состоит из модулятора I и демодулятора II. Модулятор I (фиг.5а) содержит БПИ 1, информационный вход которого является входом модулятора I, а синхронизирующий вход соединен с первым выходом блока синхронизации 2, второй выход которого соединен с входом ГСЧ 5. Первые N выходов БПИ 1 соединены с информационными входами соответствующих фазовых манипуляторов 3¹, ... 3^N, опорные входы которых соединены с соответствующими первыми N выходами ГСЧ 5, дополнительные N выходов БПИ 1 соединены с информационными входами соответствующих амплитудных манипуляторов 4¹, ... 4^N, сигнальные входы которых соединены с выходами соответствующих фазовых манипуляторов 3¹, ... 3^N. Выходы амплитудных манипуляторов 4¹ ... 4^N соединены с соответствующими первыми N входами сумматора 6, дополнительные p входов которого соединены с соответствующими дополнительными p выходами ГСЧ 5. Выход сумматора 6 через подмодулятор ОБП 7 соединен с выходом модулятора I, причем опорный вход подмодулятора ОБП 7 соединен с выходом генератора несущей частоты 8.

Демодулятор II (фиг.5б) содержит последовательно соединенные блок подстройки несущей частоты 11, управляемый генератор несущей частоты 10 и детектор ОБП 9, сигнальный вход которого является входом демодулятора II и соединен с первым входом блока подстройки несущей частоты 11, второй вход которого соединен с опорным входом детектора ОБП 9, выход которого через первый ключ 18¹ соединен с входами узкополосных фильтров и , а через второй ключ 18² соединен с входами узкополосных фильтров и . Выходы фильтров , , , соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока восстановления тактовой частоты (БВТЧ) 13, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами 18¹ и 18² ключей соответственно. Выход детектора ОБП 9 соединен также с входом каждого из p узкополосных фильтров 15^4+l, ... 15^4+p, выход каждого из которых через соответствующий амплитудный детектор 20¹, ... 20^p соединен с соответствующим интегратором со сбросом 17¹, ... 17^p. Демодулятор II содержит также 2N квадратурных корреляционных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных соответствующих перемножителя 16^k,j (k=1, 2, ... 4m; j=1, 2, ... p) и интегратора со сбросом 17^k,j. Выходы всех интеграторов со сбросом 17¹, ... 17^p, 17^k,j через блок обработки решений 21 соединены с выходом демодулятора II, при этом управляющие входы всех интеграторов 17 соединены с третьим выходом БВТЧ 13, четвертый выход которого соединен с синхронизирующим входом ГСЧ 12, имеющим m пар квадратурных выходов, причем i-я пара квадратурных выходов ГСЧ 12 соединена с третьими и четвертыми входами всех р штук i-x (i=1, 2,.... m;) квадратурных преобразователей ОБП 14^i,1, ... 14^i,p, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих фазовращателей на 90° 19¹, ... 19^p, а первые входы соединены с выходами соответствующих узкополосных фильтров 15⁴⁺¹, ... 15^4+p, выход j-го узкополосного фильтра 15^4+j (j=1, 2, ..., p) соединен также с сигнальными входами всех 4m штук j-x перемножителей 16^1,j, 16^2,j, ..., 16^4m,p, опорные входы которых соединены с соответствующими четырьмя выходами квадратурных преобразователей ОБП 14^1,j, 14^2,j, ..., 14^m,j.

Работа модулятора на фиг.5а в общем аналогична работе модулятора-прототипа на фиг.1а за исключением четырех моментов:

- в групповой сигнал модулятора-прототипа введены р пилот-сигналов, разнесенных по частоте, как показано на фиг.6;

- для обеспечения возможности использования комбинированной амплитудно-фазовой манипуляции типа QAM введено N амплитудных манипуляторов 4¹, ... 4^N;

- для жесткой привязки фаз всех поднесущих и пилот-сигналов к тактовым импульсам применена синхронизация ГСЧ 5 (связь между вторым выходом блока синхронизации 2 и входом ГСЧ 5);

- для тактовой синхронизации используются два пилот-сигнала с выходов (N+k) и (N+l) ГСЧ 5, k, l<р.

Из фиг.6 следует, что полосы пилот-каналов не перекрываются с полосами информационных каналов. Это сделано с целью выделения пилот-сигналов с помощью узкополосных фильтров 15 (фиг.5б) для исключения межканальной интерференции.

Как будет показано ниже, опорные сигналы для когерентной демодуляции информационных сигналов формируются из пилот-сигнала и вспомогательных колебаний с частотами, кратными , синхронизируемых тактовыми импульсами. Для обеспечения возможности синхронизации в демодуляторе II такая синхронизация осуществляется в модуляторе I путем синхронизации всех поднесущих на выходах ГСЧ 5 (фиг.5а) тактовыми импульсами со второго выхода блока синхронизации 2, как показано на фиг.7.

Частоты поднесущих по-прежнему определяются формулой (1).

Таким образом, синхронизируемый генератор сетки частот 5 вместо синусоидальных сигналов должен выдавать манипулированные по фазе сигналы с несущими частотами, равными канальным.

Демодулятор на фиг.5б работает следующим образом. Как демодулятор-прототип, так и предлагаемый демодулятор содержат по N пар квадратурных корреляционных информационных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных соответствующих перемножителя и интегратора со сбросом. Существенное отличие заключается в формировании опорных сигналов перемножителей. В демодуляторе-прототипе опорные сигналы вырабатываются высокостабильным генератором сетки частот 11 (фиг.1б), а в предлагаемом демодуляторе из одного пилот-сигнала формируется 2m пар квадратурных опорных сигналов (всего 4 m) для обслуживания m пар информационных корреляционных каналов (фиг.6). Очевидно, что 2N=4mp.

Входной сигнал в детекторе ОБП 9 преобразуется в исходный групповой сигнал (такой как на выходе сумматора 6 на фиг.5а). Из p входящих в него пилот-сигналов k-й и l-й используются как для формирования опорных сигналов квадратурных корреляционных информационных каналов, так и для тактовой синхронизации, р пилот-сигналов выделяются соответствующими канальными фильтрами 15^4+l, ... 15^4+p.^{Каждый j-й пилот-сигнал (j=1, 2, ... р) сдвигается по фазе на 90° в соответствующем блоке 191, ... 19p, и пара находящихся в квадратуре пилот-сигналов поступает на первый и второй входы соответствующего квадратурного преобразователя ОБП 14i,j, где индекс i (i=1, 2, ... m) означает номер пары «обслуживаемых» информационных каналов (фиг.6), j=1, 2, 3, ..., р для каждого i. Частоты i-й пары равны где F_пj - частота j-го пилот-сигнала.}

На третий и четвертый входы квадратурного преобразователя ОБП 14^i,j с соответствующих выходов генератора сетки частот 12 поступают два находящихся в квадратуре синусоидальных сигнала с частотой F_i=(i+1)Δf. В результате преобразования частот на первом и втором выходах преобразователя ОБП 14^i,j формируется пара находящихся в квадратуре синусоидальных сигналов с частотой [F_пj+(i+1)Δf], а на третьем и четвертом выходах - с частотой [F_пj-(i+1)Δf].

Эти сигналы являются опорными при квадратурной демодуляции соответствующих информационных сигналов, осуществляемой в корреляционных каналах, каждый из которых содержит перемножитель 16^k,j и соответствующий ему интегратор со сбросом 17^k,j (k=4i-3, 4i-2, 4i-1, 4i; j=1, 2, 3, ..., р для каждого i), в результате которой определяются проекции векторов сигналов x_i,j,n, y_i,j,n и x_-i,j,n, y_-i,j,n.

По этим проекциям в блоке обработки решений 21 (фиг.56) определяется позиция сигнала в созвездии QAM.

Т.к. коэффициент передачи канала меняется во времени, случайным образом изменяются и величины проекций вектора сигнала, что приводит к возникновению ошибок при определении его позиции в созвездии. Для борьбы с этим явлением используется нормировка проекций путем их деления в блоке 21 на амплитуду пилот-сигнала, величина которой формируется цепочка, состоящая из амплитудного детектора 20^j и интегратора со сбросом 17^j. Таким образом, за счет высокой степени корреляции флуктуации пилот- и «обслуживаемых» им информационных сигналов появляется возможность снижения вероятности ошибок при демодуляции многопозиционных сигналов в условиях быстрых замираний.

Как предлагаемое устройство в целом, так и отдельные его блоки могут быть выполнены и в аналоговом, и в цифровом виде. Функциональные и принципиальные схемы почти всех блоков приведены в описании прототипа (Аппаратура передачи дискретной информации МС-5. / Под ред. А.М.Заездного и Ю.Б.Окунева. - М.: Связь, 1970).

Отслеживание изменений несущей частоты легче всего производить при использовании однополосной модуляции с частично подавленной несущей. При этом блоки 10 и 11 на фиг.5б объединяются в систему ФАПЧ по схеме, приведенной в книге (Линдсей В. Системы синхронизации в связи и управлении. Пер. с англ. / Под ред. Ю.Н.Бакаева и М.В.Капранова. - М.: Сов. радио, 1978, рис.4.19, стр.172).

Схема подмодулятора ОБП известна и приведена, например, в книге (Латхи Б.П. Системы передачи информации. Пер. с англ. /Под ред. Б.И.Кувшинова. - М.: Связь, 1971, рис.3.18, стр.136). Подмодулятор ОБП 7 (фиг.5а) с частично подавленной несущей на основе этой схемы может быть выполнен так, как показано на фиг.8, где обозначено:

7.1¹ и 7.1² - фазовращатели на 90°;

7.2¹ и 7.2² - перемножители;

7.3 - аттенюатор;

7.4 - сумматор.

Формирование одной боковой полосы осуществляется на основе соотношений

где (α+β) означает суммарную частоту, расположенную в верхней боковой полосе (ВБП);

(α-β) означает разностную частоту, расположенную в нижней боковой полосе (НБП).

На входе 1 действует сумма канальных сигналов вида cosβ=cos(2πF_it), а на входе 2 - сигнал несущей cosα=cos(2πf₀t). Сигнал несущей, ослабленный аттенюатором 7.3, суммируется в блоке 7.4 с однополосным сигналом.

Формирование каждого опорного сигнала требует две квадратурные составляющие одного пилот-сигнала и две квадратурные составляющие одного сигнала с выхода ГСЧ 12 (фиг.5б). Каждый квадратурный преобразователь ОБП 14 (фиг.5б) вырабатывает две пары квадратурных опорных сигналов для обслуживания двух симметричных относительно пилот-канала корреляционных информационных каналов.

Функциональная схема квадратурного преобразователя ОБП 14 приведена на фиг.9, где обозначено:

14.1¹, ... 14.1⁴ - перемножители;

14.2¹, 14.2² - сумматоры;

14.3¹, 14.3² - схемы вычитания.

Квадратурный преобразователь ОБП 14 содержит перемножители 14.1¹,...14.1⁴, сумматоры 14.2¹, 14.2² и схемы вычитания 14.3¹, 14.3². Первый вход преобразователя ОБП 14 соединен с первыми входами перемножителей 14.1¹ и 14.1³, второй вход преобразователя ОБП 14 соединен с первыми входами перемножителей 14.1² и 14.1⁴. Третий вход преобразователя ОБП 14 соединен со вторыми входами перемножителей 14.1¹ и 14.1⁴, четвертый вход преобразователя ОБП 14 соединен со вторыми входами перемножителей 14.1² и 14.1³. Выходы перемножителей 14.1¹ и 14.1² соединены с соответствующими входами сумматора 14.2¹, выход которого является первым выходом преобразователя ОБП 14, и с соответствующими входами схемы вычитания 14.3¹ выход которой является третьим выходом преобразователя ОБП 14. Выходы перемножителей 14.1³ и 14.1⁴ соединены с соответствующими входами схемы вычитания 14.3², выход которой является вторым выходом преобразователя ОБП 14, и с соответствующими входами сумматора 14.2², выход которого является четвертым выходом преобразователя ОБП 14.

Работа квадратурного преобразователя ОБП 14 (фиг.5б) основана на тригонометрических соотношениях

В этих соотношениях также (α+β) означает суммарную частоту (ВБП), а (α-β) - разностную (НБП).

Таким образом, в формировании 2m пар квадратурных опорных сигналов участвуют соответствующий пилот-сигнал и m пар квадратурных сигналов с выходов ГСЧ 12. Эти сигналы имеют частоты, кратные :ΔF, 2ΔF,...mΔF, т.е. являются гармониками частоты .

Т.к. в демодуляторе (фиг.5б) с входным сигналом синхронизировано только колебание тактовой частоты , то для получения синхронных опорных сигналов приходится синхронизировать ГСЧ 12 тактовыми импульсами (фиг.7) так же, как и в модуляторе. При этом sin(2πF_пjt) будет соответствовать sin(2πF_it), a cos(2πF_пjt) будет соответствовать cos(2πF_it), т.е. использование соотношений (10) будет правомерным.

Функциональная схема блока восстановления тактовой частоты 13 на фиг 5б, согласно рис. 5.5 на стр.79 описания прототипа, приведена на фиг.10, где обозначено:

13.1 - временной дискриминатор;

13.2 - кварцевый генератор;

13.3 - сумматор;

13.4 - ключ;

13.5 - коммутатор;

13.6 - дифференцирующая цепь;

13.7 - делитель частоты;

13.8 - блок дешифраторов;

13.9 - формирователь импульсов.

Тактовая частота получается делением частоты импульсов в делителе 13.7 с выхода кварцевого генератора 13.2. Коррекция положения тактовых импульсов осуществляется путем добавления импульса в последовательность импульсов с выхода кварцевого генератора 13.2 или исключения импульсов из этой последовательности по управляющему сигналу с выхода временного дискриминатора 13.1. Коррекция производится один раз на длительности такта T_т. На выходе сумматора 13.3 образуется последовательность с добавленным импульсом с выхода дифференцирующей цепи 13.6, а на выходе ключа 13.4 образуется последовательность с исключенным импульсом. Исключение импульса осуществляется запиранием ключа 13.4 по сигналу с выхода формирователя 13.9. Коммутатор 13.5 пропускает на выход ту или иную последовательность в зависимости от полярности выходного сигнала временного дискриминатора 13.1. Блок дешифраторов 13.8 выдает импульсы, на основе которых формирователь 13.9 вырабатывает сигналы временных окон, управляющие ключами 18¹ и 18² (фиг.5б), импульсы сброса интеграторов 17 (фиг.5б) и тактовые импульсы для синхронизации генератора сетки частот 12 (фиг.5б).

Эпюры напряжений на выходах блока восстановления тактовой частоты 13 (фиг.5б) приведены на фиг.11. Последовательность импульсов U_з, служащих для сброса интеграторов 17 (фиг.5б), управляет ключами, входящими в их состав, которые замыкают выходы интеграторов на землю.

Функциональная схема временного дискриминатора 13.1 (фиг.9) приведена на фиг.12, где обозначено:

1¹, 1², ... 1⁴ - переключатели;

2¹, 2², ... 2⁸ - пиковые детекторы;

3¹, 3², ... 3⁵ - вычитающие устройства;

4¹,4², ... 4⁴ - устройства взятия модуля (двухполупериодные выпрямители);

5¹,5² - сумматоры;

6 - пороговое устройство.

В переключателях 1 входные информационные символы делятся на четные и нечетные. В пиковых детекторах 2 вычисляются соответствующие амплитуды. Затем вычисляется выходной сигнал U_д согласно выражению (8).

Для формирования релейной результирующей дискриминационной характеристики на выходе используется пороговое устройство 6 с нулевым порогом.

Если , происходит исключение импульса на выходе коммутатора 13.5 (фиг.9), а если наоборот - добавление.

Генераторы сеток частот могут быть выполнены различными способами: чисто цифровым (например, как описано в журнале «Инженерная микроэлектроника», 2001 г., №9, стр.15) или дискретно-аналоговым, как показано в описании устройства-прототипа.

Блок обработки решений 21 (фиг.5б) может быть выполнен на основе микропроцессора, например, TMS 320 Схх, Motorola 56xxx, Intel и др., в который заложена соответствующая программа вычислений.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для передачи дискретной информации в радиостанции коротковолнового диапазона. Технический результат заключается в обеспечении работоспособности параллельного коротковолнового модема при быстрых замираниях. Сущность изобретения заключается в том, что в известный параллельный коротковолновый модем, состоящий из модулятора и демодулятора, в модулятор введены N амплитудных манипуляторов, а в демодулятор введены р узкополосных фильтров, р фазовращателей на 90°, где р - число пилот-сигналов в групповом сигнале, р амплитудных детекторов, р интеграторов со сбросом и mp квадратурных преобразователей одной боковой полосы. 12 ил.

Параллельный коротковолновый модем, состоящий из модулятора и демодулятора, причем модулятор содержит блок преобразования информации, информационный вход которого является входом модулятора, а N его выходов соединены с информационными входами соответствующих N фазовых манипуляторов, опорные входы которых соединены с соответствующими N выходами генератора сетки частот (ГСЧ), сумматор с N входами, выход которого через подмодулятор одной боковой полосы (ОБП) соединен с выходом модулятора, причем опорный вход подмодулятора ОБП соединен с выходом генератора несущей частоты, и блок синхронизации, первый выход которого соединен с синхронизирующим входом блока преобразования информации, демодулятор содержит последовательно соединенные блок подстройки несущей частоты, управляемый генератор несущей частоты и детектор ОБП, сигнальный вход которого является входом демодулятора и соединен с первым входом блока подстройки несущей частоты, второй вход которого соединен с опорным входом детектора ОБП, выход которого через первый ключ соединен с входами первого и второго узкополосных фильтров, а через второй ключ соединен с входами третьего и четвертого узкополосных фильтров, выходы первого, второго, третьего и четвертого узкополосных фильтров соединены с соответствующими входами блока восстановления тактовой частоты (БВТЧ), первый и второй выходы которого соединены соответственно с управляющими входами первого и второго ключей, ГСЧ с парами квадратурных выходов, 2N квадратурных корреляционных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных соответствующих перемножителя и интегратора со сбросом, выходы 2N интеграторов со сбросом соединены с соответствующими 2N входами блока обработки решений, выход которого является выходом демодулятора, а управляющие входы 2N интеграторов со сбросом соединены с третьим выходом БВТЧ, отличающийся тем, что в модулятор введены N амплитудных манипуляторов, выходы которых соединены с соответствующими N входами сумматора, сигнальные входы N амплитудных манипуляторов соединены с выходами соответствующих N фазовых манипуляторов, а информационные входы соединены с соответствующими дополнительными N выходами преобразования информации, дополнительные р выходов ГСЧ соединены с соответствующими дополнительными р входами сумматора, а второй выход блока синхронизации соединен с синхронизирующим входом ГСЧ, в демодулятор введены р узкополосных фильтров, последовательно соединенных с соответствующими введенными р фазовращателями на 90°, где р - число пилот-сигналов в групповом сигнале, р амплитудных детекторов, р интеграторов со сбросом и mp квадратурных преобразователей ОБП, причем i-я пара квадратурных выходов ГСЧ соединена с 3-ми и 4-ми входами всех р штук i-x квадратурных преобразователей ОБП (i=1, 2, ... m), первые входы которых соединены с выходами соответствующих введенных узкополосных фильтров, а вторые входы соединены с выходами соответствующих фазовращателей на 90°, выход детектора ОБП соединен со входами всех введенных р узкополосных фильтров, выход j-го введенного узкополосного фильтра (j=1, 2, ... р) соединен также с сигнальными входами всех 4m штук j-x перемножителей и через введенные последовательно соединенные j-й амплитудный детектор и j-й интегратор со сбросом соединен с соответствующим j-м входом блока обработки решений, четыре выхода квадратурных преобразователей ОБП соединены с опорными входами соответствующих 4 перемножителей, управляющие входы введенных р интеграторов со сбросом соединены с третьим выходом БВТЧ, четвертый выход которого соединен с синхронизирующим входом ГСЧ.