СПОСОБ МОДУЛЯЦИИ ПАРАМЕТРОВ РАДИОСИГНАЛА Российский патент 2024 года по МПК H04L27/32 

Изобретение относится к системам беспроводной связи, а именно к технике цифровой связи, и может быть использовано для передачи дискретной информации по радиоканалам связи.

Известно достаточно много способов физического кодирования цифровой информации. Наиболее эффективной в настоящее время считается многопозиционная манипуляция несущей, которая существует в виде двух основных видов: фазовая PSK и квадратурно-амплитудная QAM. При этом используется и излучается в эфир одна несущая частота.

Устройства, реализующие данные способы описаны в ряде источников, в частности, см. Скляр, Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение / Digital Communications: Fundamentals and Applications. - 2 изд. - M.: «Вильямс», 2007. - С. 1104. - ISBN 0-13-084788-7.

Недостатком этих устройств и реализуемых в них способов кодирования является ограничения по скорости передачи данных, связанные со сложностью приема сигналов, подвергнутых многопозиционной манипуляции при достаточно больших значениях параметра m.

Наиболее близким по технической сущности является принятый в качестве прототипа способ пространственного кодирования и передачи цифровой информации, заключающийся в том, что цифровые сигналы излучают в виде радиоволн через антенный блок, на который поступает соответственно одна из n частот от синтезатора частот, которые модулируются независимо друг от друга, а затем суммируются в суммирующем устройстве. Этот суммарный по всем частотам сигнал и является выходным сигналом устройства, поступающим на антенну, обеспечивая число В=2ⁿ комбинаций сигналов, излучаемых в эфир, где n - число частот синтезатора (см. патент РФ №2757486, МПК Н03М 13/00, опубл.2021 г.).

Недостатком известного способа является относительно сложная схема передатчика и, соответственно, приемника, поскольку при больших значениях алфавита передаваемых сообщений увеличивается позиционность модуляции за счет большого количества значений амплитуд и начальных фаз кодируемых сигналов, а это, в свою очередь, влечет за собой и существенное снижение помехоустойчивости сигнала, которая зависит не только от отношения сигнал/шум, но и от конфигурации используемого «созвездия».

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение помехоустойчивости системы, расширение алфавита сообщений и упрощение схемы модуляции радиосигналов.

Решение поставленной технической задачей достигается тем, что в способ модуляции параметров радиосигнала, заключающимся в том, что цифровые сигналы излучают в виде радиоволн через n выходных каскадов, на каждый из которых от синтезатора частот поступает одна из n частот для излучения в эфир сообщений из множества цифровых сообщений В через антенный блок, содержащий n антенн, и каждый из которых подключен к источнику цифровой информации, согласно изобретению, передатчик дополнительно снабжают коммутируемым источником напряжений, выходной регистр источника цифровой информации условно разбивают на ряд последовательно соединенных между собой К n-разрядных блоков, напряжения с выхода которых в заданном порядке управляется коммутируемым источником напряжений, обеспечивая К! комбинаций выходных напряжений, причем информация с упомянутых блоков поступает на антенный блок передатчика, имеющий n параллельно включенных выходных каскадов, каждый из которых излучает сигналы на заданной частоте, поступающей на него с коммутатора, соединенного с синтезатором частот, при этом каждый из блоков К_i=N/n, где N - разрядность выходного регистра, a n - число частот синтезатора, совпадающее с числом разрядов каждого из К_i блоков, а также с числом n выходных каскадов передатчика, причем каждый из К_i n-разрядных блоков имеет собственную амплитуду выходных импульсов, все одноименные разряды каждого из К_i блока соединены между собой, обеспечивая суммирование выходных сигналов каждого из них на одной из частот, а также соединены с каждым из n выходных блоков передатчика, причем каждую из n частот, поступающую с коммутатора, подают в заданном порядке на различные выходные блоки, обеспечивая n! комбинаций частот, при этом множество сигналов В формируется как В=К!n!mⁿ, где m - возможное число амплитуд, получаемых в каждом из n выходных каскадов в результате сложения сигналов одноименных разрядов каждого К_i блока на любой из n частот.

При этом в качестве информационного параметра используется только амплитуды сигналов - всего (2^К-1) значений амплитуд. Контроль начальных фаз сигналов для предлагаемого вида модуляции не требуется, что, очевидно, ведет к упрощению схемы модулятора.

Способ модуляции радиосигнала для передачи цифровой информации поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема амплитудно-частотного модулятора (Σ - модулятора), поясняющая принцип амплитудно-частотного модуляции (Σ - модуляции) с использованием несущих частот, количество которых для примера принято равным 5, а именно, f1…f5.

На чертеже приняты следующие обозначения:

К1, К2, К3 - блоки, на которые условно разбивается выходной регистр передающего устройства;

4В, 2В, 1В - амплитуды выходных сигналов с каждого из блоков К1, К2, К3;

1¹, 2¹, 3¹, 4¹, 5¹ - порядковые номера разрядов в каждом из блоков выходного регистра передающего устройства;

f1, f2, f3, f4, f5 - частоты, поступающие на выходные каскады передатчика от синтезатора частот.

Способ модуляции радиосигнала предполагает, что цифровые сигналы излучают в виде радиоволн через несколько выходных каскадов антенного блока, на каждый из которых от синтезатора поступают частоты для излучения в эфир через антенный блок, содержащий n антенн, сообщений из некоего множества цифровых сообщений В. Каждый из выходных каскадов подключен к источнику цифровой информации, точнее, к его выходному регистру.

Выходной регистр источника, содержащий цифровую информацию, подлежащую излучению в эфир, условно разбивают на ряд последовательно соединенных между собой n-разрядных блоков, например, К1, К2, К3. Затем информация поступает на антенный блок передатчика, который имеет n параллельно включенных выходных каскадов, каждый из которых излучает сигналы на заданной, согласно некоторому алгоритму, частоте. Количество блоков, определяется по формуле К_i=N/n, где N - разрядность выходного регистра, а n - число частот синтезатора, совпадающее с числом разрядов каждого из К_i n-разрядных блоков, а также с числом n выходных каскадов передатчика.

Все разряды 1…5¹ каждого из К_i блоков имеют амплитуду выходных импульсов, величина которой управляется при помощи коммутируемого источника напряжений, а все одноименные разряды каждого из К_i блоков соединяются между собой. Таким образом обеспечивается суммирование выходных сигналов каждого из разрядов на одной из частот, на которой, согласно заданному алгоритму, излучает в данный момент каждый из К_i n-разрядных блоков. Коммутация амплитуд выходных напряжений каждого из блоков Кi при помощи коммутируемого источника напряжений увеличивает величину алфавита сообщений в К! раз., Кроме того, благодаря тому, что каждый из блоков может излучать сигналы на любой из пяти f1…f5 частот, множество сигналов В, которое формируется таким образом определяется по формуле В=К!n!mⁿ, где m - возможное число амплитуд, получаемых в каждом из n выходных каскадов в результате сложения сигналов одноименных разрядов каждого К_i блока на любой из n частот.

Способ реализуется устройством, в состав которого входит выходной регистр 1 передающего устройства, содержащий, например, 15 - разрядное двоичное число, и условно разделенный, например, на три самостоятельных блока К1, К2, К3, каждый из которых имеет амплитуду выходных сигналов, В состав устройства входят также, блок 2 выходных каскадов, содержащих пять параллельных каналов, коммутатор 3 частот и синтезатор 4 частот, генерирующий пять различных частот, а также коммутируемый источник 5 напряжений.

Способ модулирования радиосигнала заключается в том, что цифровые сигналы с каждого из поразрядно объединенных К блоков суммируются в выходных каскадах, что позволяет для каждого числа, подлежащего передаче, получить уникальный амплитудно-частотный код, и в дальнейшем излучаются на частотах, номера которых задаются, согласно принятому алгоритму, коммутатором 3 частот.

Устройство реализует способ следующим образом.

При поступлении цифровой информации в выходной регистр 1 первые 32 бита записываются в любой из разрядов 1¹…5¹ первого блока К1, имеющего амплитуды выходных импульсов, например, 4 В. Числа с большим число битов могут записываться последовательно во второй блок К2, а затем и в третий блок К3, которые имеют амплитуды выходных импульсов отличные от амплитуды первого выходного блока, а также друг от друга, например, 2В и 1В, соответственно.

Амплитуда каждого поступившего с того или иного разряда 1¹…5¹ выходного регистра того или иного блока К_i "автоматически" суммируется с амплитудой одноименного бита одного или двух других блоков. Это позволяет для каждого числа из множества В (алфавита) передаваемых сообщений создать уникальный амплитудно-частотный код, соответствующий передаваемому числу.

Таким образом, каждый из пяти разрядов 1¹…5¹ каждого из блоков К1, К2, К3 может быть связан с любой из пяти f1…f5 частот, номера которых на момент излучения сигнала задаются, согласно принятому алгоритму, коммутатором 3 частот. Кроме того, поступающие с коммутируемого источника 5 напряжений выходные амплитуды каждого из Кi блоков также, согласно заданному алгоритму, могут принимать любое из трех значений, к примеру, 1В, 2В, 4В.

Согласно правилам Комбинаторики (см., например, Комбинаторика, Виленкин Н.Я., Виленкин А.Н., Виленкин П.А., 2006), при количестве выходных каскадов n и количестве амплитуд в каждом из них m, и с учетом возможности "переставлять" частоты в выходных каскадах, а также "перестановки" значения амплитуд выходных импульсов, можно составить множество В=K!n!mⁿ различных комбинаций выходных сигналов. Реально освоенные современные технологии позволяют использовать плотность модуляции 2¹⁰=1024 (алфавит сообщений), используя для этого десятки градаций амплитуд и фаз, что существенно снижает помехоустойчивость системы.

В нашем случае рассмотрен пример, когда используется пять частот f1…f5 и три значения амплитуд разрядных сигналов выходного регистра передатчика: 1 В, 2 В, и 4В. В этом случае возможное число суммарных амплитуд на выходе каждого из каналов равно восьми: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Следовательно, в нашем случае число возможных комбинаций (алфавит сообщений) В=3!5!8⁵=6*120*2¹⁵=2^9,5*2¹⁵=23592960=2^24,5. Это значит, что предлагаемая схема позволяет передать за один такт любое из 23592960=2^24,5 значений кода, что существенно больше, чем современные технологии.

Таким образом, в предлагаемом способе используемое количество амплитуд всего 7=2³-1, кроме того, все сигналы имеют одинаковые начальные фазы, что существенно упрощает схемы модулятора и соответствующего демодулятора сигналов.

При помощи предложенной схемы используя пять частот, 7 амплитуд и не используя начальную фазу сигнала в качестве информационного параметра можно значительно, а именно, в 2^24,5/2¹⁰=2^14,5 раз расширить алфавит передаваемых сообщений, т.е. передать любое из двоичных чисел 2^24,5. В то же время кратное снижение количества амплитуд передаваемого сигнала, а также исключение его начальной фазы, как информационного параметра, позволяет существенно повысить качество радиообмена и упростить схемы модуляции и последующей демодуляции радиосигнала.

Таким образом, изобретение позволяет повысить помехоустойчивость системы, расширить алфавит передаваемых сообщений, а также упростить схемы модуляции параметров радиосигнала.

Изобретение относится к системам беспроводной связи. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости системы, расширение алфавита сообщений и упрощение схемы модуляции радиосигналов. Такой результат обеспечивается за счет того, что при излучении цифровых сигналов через n выходных каскадов, на каждый из каскадов от синтезатора частот поступает одна из n частот для излучения в эфир сообщений из множества цифровых сообщений В через антенный блок, содержащий n антенн. Выходной регистр источника цифровой информации условно разбивают на ряд последовательно соединенных между собой К n-разрядных блоков, напряжением с выхода которых в заданном порядке управляется коммутируемым источником напряжений, обеспечивая К! комбинаций выходных напряжений. Количество блоков определяется как К_i=N/n, где N - разрядность выходного регистра, a n - число частот синтезатора. Каждый из К_i n-разрядных блоков имеет собственную амплитуду выходных импульсов, а все одноименные разряды каждого из К_i блока соединены между собой, обеспечивая суммирование выходных сигналов каждого из них на одной из частот, а также соединены с каждым из n выходных блоков передатчика. Множество сигналов В формируется как В=К!n!mⁿ, где m - возможное число амплитуд, получаемых в каждом из n выходных каскадов. 1 ил.

Способ модуляции параметров радиосигнала, заключающийся в том, что цифровые сигналы излучают в виде радиоволн через n выходных каскадов, на каждый из которых от синтезатора частот поступает одна из n частот для излучения в эфир сообщений из множества цифровых сообщений В через антенный блок, содержащий n антенн, и каждый из которых подключен к источнику цифровой информации, отличающийся тем, что передатчик дополнительно снабжают коммутируемым источником напряжений, выходной регистр источника цифровой информации условно разбивают на ряд последовательно соединенных между собой К n-разрядных блоков, напряжением с выхода которых в заданном порядке управляют коммутируемым источником напряжений, обеспечивая К! комбинаций выходных напряжений, причем информация с упомянутых блоков поступает на антенный блок передатчика, имеющий n параллельно включенных выходных каскадов, каждый из которых излучает сигналы на заданной частоте, поступающей на него с коммутатора, соединенного с синтезатором частот, при этом каждый из блоков К_i=N/n, где N - разрядность выходного регистра, a n - число частот синтезатора, совпадающее с числом разрядов каждого из К_i блоков, а также с числом n выходных каскадов передатчика, причем каждый из К_i n-разрядных блоков имеет собственную амплитуду выходных импульсов, все одноименные разряды каждого из К_i блока соединены между собой, обеспечивая суммирование выходных сигналов каждого из них на одной из частот, а также соединены с каждым из n выходных блоков передатчика, причем каждую из n частот, поступающую с коммутатора, подают в заданном порядке на разные выходные блоки, обеспечивая n! комбинаций частот, при этом множество сигналов В формируется как В=К!n!mⁿ, где m - возможное число амплитуд, получаемых в каждом из n выходных каскадов в результате сложения сигналов одноименных разрядов каждого К_i блока на любой из n частот.