СПОСОБ МОДУЛЯЦИИ 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.: «Вильяме», 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 т.

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 П 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 и упрощение схемы модуляции радиосигналов.

Решение поставленной технической задачей достигается тем, что в способе модулирования радиосигнала заключающимся в том,

Способ модуляции 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, согласно изобретению, что выходной регистр источника цифровой информации условно разбивают на ряд последовательно соединенных между собой n-разрядных блоков К1, К2, К3, информация с которых поступает на антенный блок передатчика, имеющий n параллельно включенных выходных каскадов, каждый из которых излучает сигналы на собственной частоте, 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 свою 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 одноименных выходных блоков передатчика, при этом номер излучаемой частоты совпадает с номером соединенного с ним соответствующего разряда каждого К_i блока, причем множество сигналов В формируется как В = 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, и модулирующих данную частоту.

Решение поставленной технической задачи становится возможным благодаря тому, что N - разрядный регистр, в котором записано подлежащее передаче число, разделяется на ряд последовательно соединенных блоков, например, на К1, К2, К3, которые поразрядно связаны между собой, и каждый из которых имеет собственную амплитуду выходных импульсов. Поразрядное объединение блоков позволяет, суммируя амплитуды одноименных разрядов на каждой из частот, получить в каждом выходном каскаде по m значений амплитуд выходного сигнала. Таким образом, создается уникальный амплитудно-частотный код любого числа из множества сигналов (алфавита сообщений) В = mⁿ, т.е. своего рода новый вид амплитудной модуляции - Σ-модуляции.

При этом используется только амплитуды сигналов - всего (2^к - 1) значения 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 собственной частоте. Количество блоков, определяется по формуле К_i = N/n, где N - разрядность выходного регистра, an- число частот синтезатора, совпадающее с числом разрядов каждого из К_i n-разрядных блоков, а также с числом n выходных каскадов передатчика.

Все разряды каждого из К_i блоков имеют свою собственную амплитуду выходных импульсов, а, кроме того, все одноименные разряды каждого из К_i блоков соединяются между собой. Таким образом, обеспечивается суммирование выходных сигналов каждого из разрядов на одной из частот, номер которой совпадает с номером разряда одного из К_i n-разрядных блоков. Они также соединены с каждым из n одноименных выходных блоков передатчика. Номер излучаемой частоты также совпадает с номером соединенного с ним соответствующего разряда каждого из К_i блока. Множество сигналов В, которое формируется таким образом определяется по формуле В = 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 на три самостоятельных блока К1, К2, К3, каждый из которых имеет собственную амплитуду выходных сигналов.

В состав устройства входят также, блок 2 выходных каскадов, содержащих пять параллельных каналов и синтезатор 3 частот, генерирующий пять различных частот f1…f5.

Способ модулирования радиосигнала заключается в том, что цифровые сигналы с каждого из поразрядно объединенных Кi блоков суммируются в выходных каскадах, что позволяет для каждого числа получить уникальный амплитудно - частотный код, и в дальнейшем излучаются на частотах, номер которых совпадает с номером разряда выходного регистра передатчика.

Устройство реализует способ следующим образом.

При поступлении цифровой информации в выходной регистр 1 первые 32 бита записываются в любой из разрядов l¹, 2¹, 3¹, 4¹, 5¹ первого блока К1, имеющего амплитуды выходных импульсов 4В. Числа с большим число битов могут записываться последовательно во второй блок К2, а затем и в третий блок КЗ, которые имеют амплитуды выходных импульсов отличные от амплитуды первого выходного блока, а также друг от друга, а именно 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 К1 - К3. 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 l¹…5¹ каждого из блоков К1…К3 связан со "своей" частотой, номер которой совпадает с номером разряда l¹…5¹: так, на частоте f1 будет излучаться амплитуда, полученная в результате суммирования амплитуд 1-го разряда 1¹ всех трех блоков выходного регистра, на частоте f2 - вторых разрядов 2¹ всех трех блоков выходного регистра и т.д.

Согласно правилам Комбинаторики (см., например, Комбинаторика, Виленкин Н.Я., Виленкин А.Н., Виленкин П.А., 2006), при количестве амплитуд в каждом выходном каскаде m, можно составить В = mⁿ различных комбинаций выходных сигналов.

В частности, реально освоенные технологии позволяют использовать плотность модуляции 2¹⁰=1024 (алфавит сообщений), используя для этого десятки градаций амплитуд и фаз, что существенно снижает помехоустойчивость системы, делая их кодирование в передатчике и особенно декодирование в приемнике технически непростой задачей.

В нашем случае рассмотрен пример, когда используется пять частот f1…f5 и три значения амплитуд поразрядных сигналов выходного регистра передатчика: 1В, 2В, и 4В. В этом случае возможное число суммарных амплитуд на выходе каждого из каналов составит восемь значений: 0, 1,2, 3, 4, 5, 6, 7. Следовательно, в нашем случае число возможных комбинаций (алфавит сообщений) В=8⁵=2¹⁵=32 768. Это значит, что предлагаемая схема позволяет передать за один такт любое из 32 768 значений кода.

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, семь амплитуд и не используя начальную фазу сигнала в качестве информационного параметра можно значительно, а именно, в 2¹⁵/2¹⁰=2⁵=32 раза расширить алфавит передаваемых сообщений, т.е. передать двоичное число 2¹⁵. 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 схему модуляции радиосигнала.

Таким образом, изобретение позволяет повысить помехоустойчивость системы, а также упростить схему модуляции радиосигнала.

Изобретение относится к системам беспроводной связи, а именно к технологии цифровой связи. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости системы и упрощение схемы модуляции радиосигналов. Такой результат обеспечивается за счет излучения цифровых сигналов 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. При этом выходной регистр источника цифровой информации условно разбивают на ряд последовательно соединенных между собой n-разрядных блоков К1, К2, К3, информация с которых поступает на антенный блок передатчика, имеющий n параллельно включенных выходных каскадов, каждый из которых излучает сигналы на собственной частоте. 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. Кроме того, все одноименные разряды каждого из К_i блока соединены между собой, а также соединены с каждым из n одноименных выходных блоков передатчика, при этом номер излучаемой частоты совпадает с номером соединенного с ним соответствующего разряда каждого К_i блока, причем множество сигналов В формируется как В = mⁿ, где m - возможное число амплитуд, получаемых в каждом из n выходных каскадов. 1 ил.

Способ модуляции 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 выходной регистр источника цифровой информации условно разбивают на ряд последовательно соединенных между собой n-разрядных блоков К1, К2, К3, информация с которых поступает на антенный блок передатчика, имеющий n параллельно включенных выходных каскадов, каждый из которых излучает сигналы на собственной частоте, при этом каждый из блоков К_i = N/n, где N - разрядность выходного регистра, а 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 свою 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 одноименных выходных блоков передатчика, при этом номер излучаемой частоты совпадает с номером соединенного с ним соответствующего разряда каждого К_i блока, причем множество сигналов В формируется как В = 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 и модулирующих данную частоту.