ФАЗОВЫЙ МОДУЛЯТОР ШУМОПОДОБНОГО КОЛЕБАНИЯ Российский патент 2018 года по МПК H04J1/05 H04L27/18 

Изобретение относится к радиопередающим устройствам, а именно к модуляторам шумоподобного колебания.

Уровень техники

Известны модуляторы шумоподобного сигнала (ШПС), описанные в источниках, например, в:

1. Горелов Г.В., Волков А.А., Шелухин В.И. Каналообразующие устройства телемеханики и связи - М.: ГОИ. 2007. С. 196-199, 183-187.

2. Варакин Л.Е. Системы связи с ШПС - М.: Радио и связь. 1965.

3. Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами - М.: Радио и связь, 2002. С. 120-127.

По технической сущности наиболее близким к данному изобретению является модулятор, описанный в первом источнике, который по этой причине и принимается за его прототип. В других источниках - аналоги изобретения.

Прототип состоит из фазового манипулятора на 180° сигналов, генератора шумоподобного колебания несущей частоты (ГШКНЧ) в виде М-последовательности, генератора тактовых импульсов (ГТИ), синхронизатора, причем информационный вход фазового модулятора на 180° соединен с другим его входом через последовательно включенные синхронизатор, ГШКНЧ, к тактовым входам которого подключен выход ГТИ. На информационный вход фазового манипулятора на 180° подается цифровой сигнал (ЦС), а на другой его вход - шумоподобное колебание несущей частоты с генератором шумоподобного колебания несущей частоты (ГШКНЧ) в виде М-последовательности, в результате чего на выходе этого фазового модулятора на 180° получается информационный шумоподобный сигнал (ШПС) в виде колебания с фазовой манипуляцией на 180°. Полученный информационный ШПС является широкополосным, полоса частот которого обычно составляет 1,5 МГц. С точки зрения основной проблемы радиосвязи - дефицита частотного ресурса надо экономить полосу частот. При гармонической несущей (не шумоподобной) для этого используют фазовое уплотнение двух сигналов с фазовой манипуляцией на 180°, называемой также двойной фазовой манипуляцией на 180°, когда два сигнала с фазовой манипуляцией на 180° передаются в одной полосе частот, т.е. когда экономится целая полоса частот. В этом случае модулятор состоит из двух перемножителей сигналов, одного генератора гармонического колебания несущей частоты, фазовращателя (ФВ) этого колебания на 90° и сумматора, причем генератор колебания несущей частоты подключается к высокочастотному (в.ч.) входу одного перемножителя непосредственно, а к в.ч. входу другого - через ФВ на 90°: Выходы перемножителей подключаются ко входам сумматора, выход которого является выходом всего модулятора, а входом - информационные входы перемножителей. Для шумоподобного колебания такая схема нереализуема, так как полоса частот ГШКНЧ очень широкая (1,5 МГц), что не позволяет реализовать широкополосный фазовращатель ФВ на 90° с необходимой погрешностью в 0,2°. Поэтому до сих пор в системах связи с ШПС, использующих М-последовательности, двойная ФМн на 180° не применяется.

Основным недостатком прототипа является относительно низкая его частотная эффективность.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является повышение частотной эффективности в 2 раза шумоподобного сигнала.

Сущность изобретения состоит в том, что в фазовый модулятор шумоподобного колебания ФМШПК, состоящий из фазового манипулятора на 180° ФМн1, генератора шумоподобного колебания ГШПК1, регистра сдвига РГС1, генератора тактовых импульсов ГТИ, причем первый вход ФМн1 соединен с выходом РГС1, а второй его вход соединен с выходом ГШПК1; выход ГТИ подключен ко второму входу РГС1, дополнительно введены второй ГШПК2, второй фазовый манипулятор на 180° ФМн2, второй РГС2, умножитель частоты УЧ, фазовращатель на 90° ФВ, блок временной задержки БВЗ, сумматор, причем выход ГТИ соединен также с тактовым выходом ГШПК1 через умножитель частоты и со вторым входом второго РГС2 через блок временной задержки БВЗ, а на первый вход РГС2 подается параллельный код ЦС второго канала; выход РГС2 соединен непосредственно с информационным входом ФМн2, на второй вход которого поступает колебание ГШПК2, а тактовый вход ГШПК2 соединен с выходом умножителя частоты через фазовращатель на 90°; выход ФМн1 соединен с первым входом сумматора, а выход ФМн2 - со вторым его входом, на выходе которого имеет место 2 квадратурных фазомодулированных канала с фазовой манипуляцией сигнала на 180° каждый.

Существенным отличием изобретения является подключение тактового входа ГШПК к выходу ГТИ первого регистра сдвига через умножитель частоты, что позволило полностью синхронизировать длительность Т элемента посылки цифрового сигнала первого канала с ГШПК1, когда начало их совпадают и в длительность Т укладывается целый период ГШПК. Аналогично синхронизируется и второй канал.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена структурная схема разработанного фазового модулятора шумоподобного колебания, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу, на фиг. 3 - простейшая схема формирователя шумоподобного колебания несущей частоты в виде М-последовательностей, а на фиг. 4 - векторные диаграммы суммарных колебаний.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 обозначено: 1, 4 - регистры сдвига (РГС1, РГС2), преобразующие параллельный код в последовательный; 2 - генератор тактовых импульсов (ГТИ), 3 - блок временной задержки (БВЗ), 5 - умножитель частоты (УЧ), 6 - фазовращатель ШПК на 90° (ФВ), 7, 10 - фазовые манипуляторы сигналов (ФМн1, ФМн2) на 180°, 8, 9 - генераторы ШПК (ГШПК1, ГШПК2), 11 - сумматор (∑). Введенные элементы объединены пунктирной линией.

Работа схемы происходит следующим образом.

Параллельный код цифрового сигнала (ЦС) первого канала поступает на информационный вход первого регистра сдвига РГС1, а параллельный код ЦС второго канала поступает на информационный вход второго регистра сдвига РГС2. С генератора ГТИ тактовые импульсы ТИ поступают на второй вход РГС1 непосредственно и на второй вход РГС2 - через блок временной задержки. В результате параллельные коды ЦС преобразуются в последовательные. С выхода РГС1 последовательный код ЦС поступает на информационный вход фазового манипулятора (ФМн1), а с выхода РГС2 - на информационный вход ФМн2. На второй вход ФМн1 поступает шумоподобное колебание (ШПК) с выхода ГШПК 1, на тактовые входы которого подается колебание с выхода ГТИ через умножитель частоты УЧ, который по сути является синхронизатором ЦС и ШПК. Синхронизация состоит в том, чтобы начало ЦС совпадало с началом периода ШПК и чтобы в длительности элементарной посылки Т ЦС укладывался целый период ШПК. Как известно [1, 2] период ШПК определяется выражением N=2^к-1, где к - число триггеров в ГШПК, то есть Т=(2^к-1)τ₀, где τ₀ - длительность элементарной посылки ГШПК. Тогда кратность умножения частоты в блоке УЧ составит , где В - база ШПС (В>>1). Работа ФМн1 поясняется фиг. 2. На фиг.3 представлена простейшая схема ГШПК, состоящая из трех триггеров и сумматора по модулю 2. В этом случае N=7

На второй вход ФМн2 поступает колебание с выхода ГШПК2, на тактовые входы которого поступают колебание с выхода умножителя частоты УЧ через фазовращатель на 90°.

Сдвиг по фазе на 90° эквивалентен сдвигу периодических импульсов на четверть периода, а при длительности импульса, равной длительности паузы, - на половину длительности импульса , то есть в блоке БВЗ

С выхода ФМн1 колебание поступает на один вход сумматора ∑, а с выхода ФМн2 - на второй вход сумматора На фиг. 3 показано колебание на выходе ∑.

Поскольку ГШПК1 и ГШПК2 формируются по одному и тому же алгоритму, то они по сути представляют один ГШПК, который подает колебание на второй вход ФМн1 непосредственно, а на второй вход ФМн2 - через ФВ на 90°. В результате имеем фазовое уплотнение двух ШПС, как показано на фиг. 4.

В этом случае 2 ШПС передаются в одной полосе частот, то есть экономится одна полоса частот, которая для ШПС составляет 1,5 МГц.

Технико-экономическим эффектом изобретения является повышение частотной эффективности ШПС в 2 раза, то есть на 1,5 МГц, что существенно снизит дефицит частотного ресурса, являющийся основной проблемой радиосвязи.

Изобретение относится к фазовому модулятору шумоподобного колебания. Технический результат заключается в повышении частотной эффективности шумоподобного сигнала в 2 раза. Фазовый модулятор шумоподобного колебания содержит: фазовый манипулятор на 180° (ФМн1), генератор шумоподобного колебания (ГШПК1), регистр сдвига (РГС1), генератор тактовых импульсов (ГТИ), при этом дополнительно введены второй генератор шумоподобного колебания (ГШПК2), второй фазовый манипулятор на 180° (ФМн2), второй регистр сдвига (РГС2), умножитель частоты (УЧ), фазовращатель на 90° (ФВ), блок временной задержки (БВЗ) и сумматор. 4 ил.

Фазовый модулятор шумоподобного колебания ФМШПК, состоящий из фазового манипулятора на 180° ФМн1, генератора шумоподобного колебания ГШПК1, регистра сдвига РГС1, генератора тактовых импульсов ГТИ, причем первый вход ФМн1 соединен с выходом РГС1, а второй его вход соединен с выходом ГШПК1; выход ГТИ подключен ко второму входу РГС1, дополнительно введены второй ГШПК2, второй фазовый манипулятор на 180° ФМн2, второй РГС2, умножитель частоты УЧ, фазовращатель на 90° ФВ, блок временной задержки БВЗ, сумматор, причем выход ГТИ соединен также с тактовым выходом ГШПК1 через умножитель частоты и со вторым входом второго РГС2 через блок временной задержки БВЗ, а на первый вход РГС2 подается параллельный код ЦС второго канала; выход РГС2 соединен непосредственно с информационным входом ФМн2, на второй вход которого поступает колебание ГШПК2, а тактовый вход ГШПК2 соединен с выходом умножителя частоты через фазовращатель на 90°; выход ФМн1 соединен с первым входом сумматора, а выход ФМн2 - со вторым его входом, на выходе которого имеют место 2 квадратурных фазомодулированных канала с фазовой манипуляцией сигнала на 180° каждый.