СПОСОБ МОДУЛЯЦИИ СИГНАЛА Российский патент 2017 года по МПК H03C5/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при создании модуляторов сигналов для передачи дискретной информации.

Сигнал имеет параметры, к которым относятся амплитуда, мгновенная фаза и мгновенная частота. Кроме того, сигнал имеет характеристики, например характеристическую функцию.

В статистической радиотехнике известна характеристическая функция (х.ф.) вида [Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. Москва: Радио и связь, 1982, с. 32]

где V_m=mΔV - параметр х.ф.; u(t) - сигнал; - знак математического ожидания; t время.

Преобразование выражения приводит его к виду

где A (V_m,t), B (V_m,t) - действительная и мнимая части х.ф. соответственно.

Параметры и характеристики сигнала можно модулировать.

Известен способ модуляции (манипуляции) амплитуды несущего колебания, основанный на изменении амплитуды сигнала на выходе многополюсника, например усилителя, по закону передаваемого сообщения при постоянной амплитуде колебания несущей частоты на входе многополюсника [Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - Москва: Сов. радио, 1964, с. 436-438].

Недостатком данного способа является то, что для модуляции амплитуды сигнала необходимо изменять коэффициент усиления усилителя под действием передаваемого сообщения. Если же коэффициент передачи усилителя постоянен, то модуляции амплитуды сигнала нет, т.е. амплитуда колебания на выходе усилителя остается постоянной. Как известно [см. также стр. 439], для улучшения энергетических показателей модуляции необходимо использовать нелинейный режим усилителя, а это приводит, в свою очередь, к нелинейным искажениям сигнала и расширению спектра частот при передаче сообщений по радиоканалам.

Наиболее близким к предлагаемому является способ модуляции амплитуды квазидетерминированного сигнала, основанный на перемножении телеграфного сигнала и квазидетерминированного сигнала. В результате амплитуда несущего колебания изменяется по закону телеграфного сигнала [Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - Москва: Высшая школа, 1988, с. 93]

u_мaн(t)=U_ms(t)cos(ω₀t+ϕ₀),

где s(t) - телеграфный сигнал; U_m, ω₀ - амплитуда и круговая частота несущего колебания; ϕ₀ - случайный угол сдвига фаз, изменяется в пределах -π…+π. В простейшем случае - это есть последовательности радиоимпульсов, отделенных друг от друга паузами. Спектральная плотность такого сигнала простирается неограниченно широко.

Недостатком способа является то, что он расширяет полосу частот систем передачи дискретной информации по радиоканалам.

Задача предлагаемого изобретения - сужение полосы частот при передаче дискретной информации.

Техническим результатом изобретения является формирование амплитудно-манипулированных сигналов, у которых характеристическая функция модулирована телеграфным сигналом.

Для достижения поставленной задачи в способе модуляции сигнала, основанном на перемножении сигналов, постоянное напряжение перемножают с телеграфным сигналом, а произведение суммируют с центрированным квазидетерминированным сигналом.

На фиг. 1 изображена структурная схема технической реализации предлагаемого способа, на фиг. 2 представлены временные диаграммы сигналов в разных точках схемы.

Структурная схема (фиг. 1) содержит перемножитель 1, выход которого подключен к входу сумматора 2.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем:

Телеграфный сигнал s(t) и постоянное напряжение Е₀ перемножают в перемножителе 1, получают E₀s(t) (фиг. 2, б). Затем центрированный квазидетерминированный сигнал

u(t)=U₀cos(ω₀t+ϕ₀)

суммируют в сумматоре 2 с произведением, а на выходе сумматора 2 получают (фиг. 2, в)

u₁(t)=E₀s(t)+U₀cos(ω₀t+ϕ₀).

Математическое ожидание центрированного квазидетерминированного сигнала равно нулю, т.е. m₁{u(t)}=0.

Пусть телеграфный сигнал представляет собой последовательность логических нулей и единиц (фиг. 2, а). Тогда характеристическая функция сигнала будет [Вешкурцев Ю.M. Прикладной анализ характеристической функции случайных процессов. - Москва: Радио и связь, 2003, с. 34, табл. 2.1] при s(t)=0

θ(V_m,t)=J₀(V_mU₀,t)=A(V_m,t),

где - функция Бесселя нулевого порядка; U₀ - амплитуда сигнала.

Характеристическая функция есть действительная величина, а мнимая часть ее равна нулю, т.е. B(V_m,t)=0. Если s(t)=1, то характеристическая функция сигнала принимает вид [Вешкурцев Ю.М. Прикладной анализ характеристической функции случайных процессов. - Москва: Радио и связь, 2003, с. 38]

θ(V_m,t)=J₀(V_mU₀,t)exp(jV_mE₀).

После преобразований выражения получим

Когда V_m=1, то имеем

На фиг. 2, г, д изображены графики функций A(1,t), B(1,t). Эти функции изменяются по закону телеграфного сигнала, следовательно, характеристическая функция модулирована телеграфным сигналом, причем функции A(1,f), B(1,t) изменяются в противофазе.

На фиг. 2, в видно, что амплитуда сигнала изменяется, причем ее форма отличается от формы радиоимпульсов.

Описанные операции, связанные с преобразованием сигналов, выполняются известными в радиотехнике перемножителем и сумматором.

Для оценки ширины спектральной плотности импульсов прямоугольной формы пользуются выражением

,

где ω_в - верхняя круговая частота в спектре видеоимпульсов; τ_и - длительность видеоимпульса [Баскаков СИ. Радиотехнические цепи и сигналы. - Москва: Высшая школа, 1988, с. 48-50]. При τ_и=0,1 мс F_в=10 кГц.

У сигнала фиг. 2, в имеется скачок амплитуды, по форме похожий на импульс гауссовой формы длительностью τ_и/2. Ширина спектральной плотности гауссова импульса определяется соотношение [Баскаков СИ. Радиотехнические цепи и сигналы. - Москва: Высшая школа, 1988, с. 49]

или,

где β - коэффициент, определяющий скорость убывания мгновенных значений импульса. Квазидетерминированный сигнал, заполняющий импульс s(t), имеет скорость убывания мгновенных значений, равную при U₀=1 В

.

При sin(ω₀t+ϕ₀)=^-1 получим

β=ω₀=2πF₀

Тогда

или

Частоту заполнения радиоимпульса, как правило, выбирают на порядок выше частоты 1/τ_и, где τ_и=0,1 мс. Если F₀=100 кГц, то верхняя частота гауссова импульса F_в=8,2 кГц.

Таким образом, использование предлагаемого способа сужает полосу частот при передаче дискретной информации по радиоканалам.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при создании модуляторов сигналов для передачи дискретной информации. Технический результат заключается в сужении полосы частот при передаче дискретной информации. Способ модуляции сигнала основан на перемножении сигналов, в результате чего постоянное напряжение перемножают с телеграфным сигналом, а произведение суммируют с центрированным квазидетерминированным сигналом и осуществляют модуляцию характеристической функции преобразованного квазидетерминированного сигнала. 2 ил.

Способ модуляции сигнала, основанный на перемножении сигналов, отличающийся тем, что постоянное напряжение (Е₀) перемножают с телеграфным сигналом (s(t)), принимающим значение «1» и «0», после чего произведение (E₀s(t)) суммируют с центрированным квазидетерминированным сигналом, математическое ожидание которого равно нулю, и осуществляют модуляцию характеристической функции преобразованного квазидетерминированного сигнала по закону:

при s(t)=0 с получением функций вида А(V_m,t)=J₀(V_mU₀,t), B(V_m,t)=0;

при s(t)=l с получением функций вида A(V_m,t)=J₀(V_mU₀,t)cos(E₀), B(V_m,t)=J_o(V_mU₀,t)sin(E_o),

где J_o - функция Бесселя нулевого порядка,

U_o - амплитуда сигнала, V_m - параметр характеристической функции, причем при V_m=l функция вида A(1,t) и функция вида B(1,t) изменяются в противофазе.