Устройство для разделения направлений передачи в дуплексных системах связи Советский патент 1991 года по МПК H04B1/52 

Изобретение относится к электросвязи, преимущественно к технике передачи данных, и может использоваться в дуплексных системах связи.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости принимаемых сообщений.

На фиг.1 изображена структурная электрическая схема предложенного устройства; на фиг.2 - схема формирователя кодовых комбинаций.

Устройство содержит согласующий блок 1, коммутатор 2, первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 3, аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 4, генератор 5 управляющих импульсов, первый блок 6 памяти, формирователь 7 кодовых комбинаций, первый вычитатель 8, первый сумматор 9, второй блок 10 памяти, второй цифроаналоговый преобразователь 11, умножитель 12, дополнительный коммутатор 13, одновибратор 14, второй вычитатель 15, второй регистр 16 сдвига, частотный модулятор 17, третий регистр 18 сдвига, первый регистр 19 сдвига, второй сумматор 20, частотный демодулятор 21, полосовые фильтры 22,23,третий цифроаналоговый преобразователь 24, ключ 25.

сл

Го

Формирователь 7 кодовых комбинаций состоит из счетчика 26 и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 27.

Устройство работает следующим образом.

Работу устройства условно можно разбить на два этапа: .этап предварительного обучения и этап дуплексной передачи информации.

Этап предварительного обучения начинается при подаче с оконечного оборудования данных (ООД) по управляющему входу логического нуля. По данному сигналу коммутатор 2 подключает выход формирователя 7 к входу ЦАП 3, обуляет блок 10 и подготавливает к работе одновибратор 14. Кроме того, сразу же после включения питания кратковременно обнуляются блок 6 и регистр 19, и на параллельные регистры 16 и 18 по установочному R-входу подается управляющий сигнал, который определяется режимом работы фазовая модуляция или частотная модуляция. Управляющий сигнал подается с выхода ключа 25. Отличие работы при фазовой модуляции (ФМ) от . частотной модуляции (ЧМ) заключается в следующем: формирование ФМ-сигнала осуществляется производной от входного сигнала, в то время как формирование ЧМ- сигнала осуществляется полностью входным сигналом. Для того, чтобы выполнить операции дифференцирования (взятие производной) входного сигнала при фазовой модуляции на передаче используют регистр 16, вычитатель 15, а на приеме проводят операцию интегрирования с помощью регистра 18, сумматора 20. Следовательно, при фазовой модуляции регистры 16, 18 не выключаются, а при ЧМ-режиме данные регистры выключены. Регистры 16 и 18 выключают подачей логического нуля на данные регистры с выхода ключа 25. Кроме того, управляющий сигнал с выхода ключа 25 поступает одновременно на управляющий вход формирователя 7, который также может выдавать две обучающие последовательности:фазомодулированнуюпоследовательность обучения или частотно- модулированную последовательность обучения. Под действием тактовых импульсов с выхода генератора 5 счетчик 26 постоянно изменяет свое состояние, тем самым изменяется адрес в ПЗУ 27, в ячейках которого записаны последовательности обучения. Причем, если на управляющий вход ПЗУ 27 поступает логический нуль, то из ПЗУ 27 считываются отсчеты ФМ обучающей последовательности, а если управляющий сигнал равен логической единице - то ЧМ обучающий сигнал.

Отсчеты сигнала обучения 5|(кД t) с выхода формирователя 7 через замкнутый коммутатор 2 поступают на вход ЦАП 3, где превращаются в аналоговое напряжение.

Аналоговый сигнал g(t) поступает далее в полосовой фильтр 22, где происходит ограничение передаваемого спектра, и отфильтрованный сигнал далее подается в сторону противоположной станции. Если сигнал,

подлежащий передаче, имел случайную амплитуду, частоту и фазу, то при формировании угловой модуляции амплитуда передаваемого сигнала будет строго постоянна. Вся информация о передаваемом сигнале здесь будет заключаться в изменении частоты (или фазы) сигнала g(t). Кроме того, на выходе ЦАП 3 форма сигнала g(t) зависит от параметров подключенного канала связи, однако длительность полупериодов сигналов на входе и выходе ЦАП 3 остаются постоянными. Это явление в дальнейшем используется для компенсации сигналов g(t) в тракте приема.

Из канала свя-зи в то же самое время

через полосовой фильтр 22 приходит какой- то сигнал, либо шум, либо то и другое вместе. Так как третья ситуация является наиболее общей, то будем предполагать, что из канала связи поступает сигнал g(t), равный

y(t) L(t) + n(t).(1)

где L(t) - принимаемый сигнал; n(t) - шум канала связи. На входе аналого-цифрового преобразователя 4 наблюдаем сумму двух сигналов g(t) и y(t). В АЦП 4 производится преобразование данной суммы в цифровой вид Z(kAt) - g(kAt) + у(кДг)(2)

Здесь kAt - дискретный момент времени. Далее цифровой отсчет Z(kAt) одновременно поступает на вход вычитателя 8 и вход блока 6 памяти. Порядок работы блока 6 следующий: вначале по i-му адресу, который поступает с выхода регистра 19 сдвига,

5 считывается содержимое 1-й ячейки памяти, а затем по тому же 1-му адресу записывается новый двоичный цифровой отсчет с выхода АЦП 4. Режим считывания (запись блока 6 памяти) определяется тактовой частотой,

0 подаваемой на вход RW и СЕ с выхода генератора 5. Так как все происходящие в устройстве процессы оказываются жестко привязаны к частоте генератора 5, то на длительности сформированного сигнала с

5 угловой модуляцией в формирователе 7 укладывается целое количество периодов зада- ющего генератора Тзг. Это условие выдерживается и при работе (дуплексный обмен), так как частота генератора неизменна на протяжении всего сеанса связи и тактирует все имеющиеся в устройстве узлы, воичные цифровые отсчеты Si(kAt), пройдя через ЦАП 3, превращаются в аналоговое напряжение, но Длительности сигналов входа и выхода ЦАП 3 неизменны. Входным сигналом, полностью определяющим длительность передаваемого сигнала S(kAt), является его знак, выходным сигналом ЦАП 5 является сигнал g(t). При этом наблюдается жесткая связь: знак Si(kAt) (t), сокращено SgnSi(kAt) - gi(t). Аналогично можно записать:

SgnS2(kAt) - g2(t)

SgnS3(kAt) - ga(t)

(3)

SgnSn(kAt) (t)

Исходя из этого, знак чисел Si(kAt)-3a- писывается в регистр 19, В арифметических устройствах принят следующий порядок определение знака. Если значение S(kAt) положительное, то знак его раесн логическому нулю. При отрицательном зия- чении S(kAt) знак равен логической единице. Таким образом, последовательность нулей и единиц знаков S(kAt) записывается в регистр 19 и является в дальнейшем адресом для записи сигналов с выхода АЦП 4 блок 6 памяти. Так, в первый момент времени в ячейку памяти SgnSi(kiAt) записывается значение gi(kiAt) + yi(kiAt). В следующий момент времени, когда формирователь 7 формирует сигнал S2(k2At), то по адресу SgnS2(k2At) записывается значение g2(k2At) + y2(k2At) и так далее. После заполнения всех ячеек памяти блока 6 процесс предварительного обучения заканчивается. Снимается управляющий сигнал логического нуля и начинается дуплексный обмен. При этом на управляющем выходе ООД появляется сигнал логической единицы. По данному сигналу коммутатор 2 подключает выход частотного модулятора 17 к входу ЦАП 3. Прекращается принудительное обнуление блока 10 памяти и срабатывает одновибра- тор 14. Одновибратор 14, сработав, подключает через коммутатор 13 первый коэффициент передачи Ci на вход умножителя 12. Коэффициент Ci подается на вход умножителя 12 только определенное время. По окончании времени работы одновибра- тора 14 коммутатор 13 возвращается в исходное состояние, тем самым на вход умножителя 12 подключается коэффициент передачи С2. Величины Ci и С2 выбраны меньше единицы, при этом всегда должно быть выдержано соотношение Ci Сз 1.

Такой выбор обусловлен уменьшением времени окончательной настройки устройства. И так, рассмотрим, каким образом производится разделение сигналов двух на- 5 правлений и демодуляция принимаемых сигналов. Пусть на вход входного блока 1 поступает случайный сигнал R(t), который преобразовывается в цифровой вид Ri(kAt) во входном блоке 1. Отсчеты 10 Ri(kAt) поступают одновременно на регистр 16 сдвига и вычитатель 15. Если передача информации по каналу связи должна вестись ЧМ-сигналами, то регистр 16 сдвига постоянно обнулен и в формировании сиг- 15 налов не участвует. В этом случае отсчеты сигнала Ri(kAt) последовательно поступают на вход частотного модулятора 17, преобразуясь в последнем в сигнал Si(kAt) частотной модуляции. После этого сигнал 0 частотной модуляции проходит коммутатор 2, ЦАП 3 и далее поступает через полосовой фильтр 22 в сторону противоположной станции.

Передача фазомодулированных сигна- 5 лов отмечается от частотно-модулированных тем, что на вход стандартного ЧМ-модулятора поступает производная сигнала, подлежащая передаче, в этом случае регистр 16 сдвига не обнуляется. Тогда, ес- 0 ли на первый вход вычитателя 16с выхода входного 1 блока поступает отсчет Ri(kiAr), то С регистра 16 сдвига на второй вход вычитателя 15 поступает задержанный на один так- товый интервал отсчет подаваемого 5 сигнала Rj(knAt). На выходе вычитателя 15 будем наблюдать разность двух отсчетов, равную Ri(kiAt) - Rj(ki-iAt). Эта разность в дальнейшем поступает на вход частотного модулятора 17, преобразуясь в последнем в 0 выходной сигнал Si(kAt). Аналогичные операции будем наблюдать и на других тактовых интервалах. Сформированный ФМ-сигнал аналогично проходит коммутатор 2, ЦАП 3, полосовой фильтр 22 и посту- 5 пает в сторону противоположной станции.

Работа двух станций должна быть согласована: либо на обеих станциях ФМ-режим, либо ЧМ-режим.

Предположим, что обе станции работа- 0 ют в режиме ФМ-сигналов.

Тогда пронимаемый ФМ-сигнал y(t), пройдя полосовой фильтр 22, складывается с передаваемым g(t) и в АЦП 4 преобретает цифровой вид 5 L i(ki At) g i(ki At) + At)

Пусть на входе ЦАП 3 передаваемому сигналу gi(kiAt) соответствует сигнал Si(kiAt), знак которого SenSi(kiAt) записан в

регистре 19 сдвига. Из блока б памяти по адресу SgnSi(kiAt) выводится прежнее содержимое, равное, к примеру

U(kiAt) gi(kiAt) + yj(kiAt)

На выходе вычитателя 8 наблюдаем разность двух сигналов с выхода АЦП 4 и выхода блока б памяти. Результат разности будет равен

Mi(kiAt) Li(kiAt) - Li(kiAt)(4)

По закону относительности, передаваемые сигналы на соседних тактовых интервалах равны при передаче одинакового сигнала Si(kAt) можно записать, что

gi(kit) gi(kit).

Отсюда следует, что

Mi(kiAt)y2(kiAt)-yj(kiAt)(5)

В блоке 10 памяти указывается та же ячейка памяти, что и в блоке 6 памяти. Так как блок 10 памяти в процессе предварительного обучения был обнулен, то при считывании из ячейки памяти по адресу SgnSi(kAt) на выходе второго 10 блока памяти наблюдаем нуль. На выходе сумматора 9 будем иметь сигнал, равный

Gi(kiAt) - Mi(kiAt) + Ni(ki-iAt)(6)

Здесь Mi(ki-iAi) 0, содержимое блока 10 памяти, которое хранилось по адресу SgnSi(kAt). Далее сигнал Gi(kiAt) поступает через умножитель 12 на вход блока 10 памяти. Так как на данный отрезок времени коммутатор 13 коммутирует коэффициент Ci, то на информационном входе второго 10 блока памяти сигнал будет равен

Ci Gi(k,At) (kiAt) - yj()3 (7)

После этого в блок 6 памяти по адресу SgnSi(kAt) записывается сигнал, равный Li(kiAt), а в блок 10 памяти по тому же адресу записывается сигнал, равный

CiGi(kiAt) Ni(kiAt)

При передаче других сигналов Si(kAt) процессы повторяются. Поэтому представляет интерес случай, когда на входе ЦАП 3 вновь присутствует сигнал Si(ki+iAt) на (1+1 )-м тактовом интервале.

В этом случае е блоках 6, 10 памяти указывается прежний адрес, а именно SgnSi(kAt Из блоков 6, 10 памяти считывается прежнее содержимое, а именно Li(kiAt) (к|Д) Ci Gi(kiAt).

На выходе АЦП 4 наблюдаем сигнал, равный,

Li (ki+iAt) gi(ki-nt) + y2-n(ki-nAt) (8) на выходе вычитателя 8 будем иметь сигнал, равный

Mi(kH-iAt) - Li(kH-iAt) - U(kiAt) y2-n(ki-MAt) - y2(kiAt))

На выходе сумматора 9 будем иметь сигнал, равный

0

5

0

5

0

5

0

5

0

Gi(ki+iAt) Mi(kf+iAt) + Ni(kiAt) - yi+i(ki+iAt) - y2(kiAt) (1 - Ci) -yo(kiAt) Ci.(10) Величина Gi(ki+iAt) вновь записывается в блок 10 памяти, предварительно умноженное в умножителе 12 на коэффициент Ci. После передачи п раз сигнала Si(kAt) на выходе сумматора 9 будем иметь

Gi(kn-nAt) yi+n(ki+nAt) -y2+n-l(k|+n-lAt) (1-Cl) - У2+П-2 X

x(ki4n-2At) (1 - Ci) Ci - ... yj(kiAt) x xCin(11)

Как видно из выражения (11), первый член - это принимаемый сигнал. Члены, начиная со второго и коцчая последним. - до- полнительная помеха. Однако уровень данной помехи будет незначительным ввиду того, что значение Ci взято близким к единице. В устройстве подстройка под параметры канала связи осуществляется тремя ступенями. На первой ступени проводят предварительное обучение. На второй ступени проводят уменьшение дополнительной помехи, описываемое выражением (11) до 2-5%. И на третьей ступени точность восстановления формы принимаемого сигнала достигает 0,1-1%. Для минимизации помехи восстановления, описываемые членами, начиная со второго и кончая предпоследним, необходимо взять Ci 1. С другой стороны для минимизации помехи, описываемой последним членом выражения (11), необходимо взять Ci 0. Поэтому для минимизации действия последнего члена выражения (11) берем Ci 0,95-0,99.

Время работы одновибратора 14 выбрано равным п тактовых интервалов. По истечении данного временного интервала одновибратор 14 возвращается в исходное состояние и подключает к умножителю 12 коэффициент передачи С2. При этом значение С2 выбрано таким, что С2 - 1. Это позволяет улучшить качественные характеристики устройства. После К переданных импульсов, к примеру, Si(kt), на выходе сумматора 9 будем иметь сигнал, равный

Gi(ki+kAt) y2+k(ki+kAt) - y2+k-i(ki+k-lAt) (1 - С2) - ... - y2(kiAt) (1 - С2) С2

(12)

Так как С2 близко к единице, то всеми членами, начиная со второго в выражении (11), можно пренебречь. Таким образом, на выходе сумматора 9 получаем отсчет сигнала, поступающего из канала связи. Далее этот отсчет превращается цифроаналого- вым преобразователем 11 в аналоговую ве- пичину и выдается потребителю.

Устройство является адаптивным. При изменении параметров канала связи на величину AZ волновое, изменится передаваемый сигнал gi(kAt) на , величину Agi(kAt). Величина Agi(kAt) затем проходит через умножитель 12 на вход блока 10 памяти.

Ровно через один тактовый интервал значение недокомпенсации Agi(kAt) уменьшается на величину С2. Через m тактовых интервалов величина недокомпенсации станет равной С21П Agi(kAt) Таким образом, изменение параметров канала связи не приводят к возникновению сигналов недокомпенсации. Кроме того, предлагаемое устройство некритично к сигналу, поступающему из канала связи Предлагаемое устройство самонастраивается под параметры канала связи, компенсируя сигналы собственного передатчика и восстанавливая форму принимаемого сигнала, поступающего из канала связи. Точность работы восстановления формы сигналов, поступающих из канала связи, можно рассчитать из следующего выражения :

Р пом доп 0 ц ГЛ2

2 (1-С,Г,

(13)

Рприн сигн

где Рпом доп - мощность дополнительной помехи, возникающей при восстановлении формы принимаемого сигнала, описываемого выражениями (10) и (11);

Рприн.сигн - мощность принимаемого сигнала;

Ci - значение коэффициента передачи умножителя 12.

Таким образом, производится разделение сигналов двух направлений. Далее сигналы Gi(kjAt) yi(kiAt) с выхода сумматора 9 превращаются в ЦАП в аналоговую величину y(t) и фильтруются в приемном полосовом фильтре 23. Полосовой фильтр 23 необходим для уменьшения шумов квантования, полученных в результате цифровой обработки сигналов при разделении сигналов двух направлений. После операции фильтрации принимаемые сигналы поступают в частотный демодулятор 21. Частотный демодулятор 21 производит обратное преобразование, из изменяющихся по длительности ЧМ или ФМ-колебаний производится демодуляция отсчетов принимаемого сигнала или производной принимаемого сигнала. В случае, если в обоих направлениях передаются ЧМ-сигналы (т.е. передача ведется полным отсчетом сигнала), то и на передаче и на приеме регистры 16 и 18 выключены с помощью подачи обнуляющего сигнала на установочный К- вход. Если же передача ведется ФМ-сигна- лами, то на передаче производится

выделение производной передаваемого сигнала, а на приеме установлен интегратор Функции интегратора приема при передаче ФМ-сигналов выполняют сумматор 20,

5 регистр 18 сдвига. Пусть на выходе частотного демодулятора 21 на g-м тактовом интервале появился первый отсчет принимаемого демодулированного сигнала Vi(kaAt). Так как регистр 18 в начале сеанса

10 был обнулен, то на его выходе будет сигнал, равный нулю. Тогда на выходе сумматора 20 будет величина, равная Vi(kgAt), которая записывается в регистр 18 сдвига. Если в следующий момент на выходе частотного

15 демодулятора 21 появляется приращение (kg+iAi), то на выходе сумматора 20 будем иметь

Vl(kgAt) + V2(kg+lAt) V2(Ke+lAt)(14)

величина /2(kg+iAt) вновь записывается в

0 регистр 8 сдвига, и т.д.

Демодулированный ЧМ- и ФМ-сигнал далее подается на цифроаналоговый преобразователь 24 и выдается потребителю сообщений.

5 Таким образом произведена модуляция передаваемых сигналов с помощью угловой модуляции, разделение передаваемых и принимаемых сигналов и демодуляции принимаемых сигналов.

0

Формула изобретения Устройство для разделения направлений передачи в дуплексных системах связи по авт.св. № 1483647, отличающееся

5 тем. что, с целью повышения помехоустойчивости принимаемых сообщений, введены три регистра сдвига, второй вычитатель,.час-. тотный модулятор, два полосовых фильтра, третий цифроаналоговый преобразователь.

0 частотный демодулятор, второй сумматор, ключ, причем выход согласующего блока соединен с вторым информационным входом коммутатора через последовательно соединенные второй вычитатель и частотный мо5 дулятор выход коммутатора соединен с адресными входами блоков памяти через первый регистр сдвига, второй вход которого соединен с вторым входом частотного модулятора и подключен к выходу генерато0 ра управляющих импульсов, который соединен с первым входом второго регистра сдвига, и дополнительным входом формирователя кодовых комбинаций, выход согласующего блока соединен с вторым входом

5 второго регистра сдвига, выход которого соединен с вторым входом второго вычитате- ля, выход второго цифроаналогового преобразователя через последовательно соединенные первый полосовой фильтр, частотный демодулятор, второй сумматор соединен с входом третьего цифроаналогово- го преобразователя, выход которого является выходом устройства, выход генератора управляющих импульсов соединен с вторым входом частотного демодулятора и первым входом третьего регистра сдвига,

второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом третьего регистра сдвига, третий вход которого и третий вход второго регистра сдвига подключены к ключу, выход первого цифроаналогового преобразователя связан с вторым полосовым фильтром.

Изобретение относится к электросвязи, к технике передачи данных и может использоваться в двуплексных системах связи. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости принимаемых сообщений. Устройство для разделения направлений передачи в двуплексных системах связи содержит согласующий блок 1, коммутатор 2, первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 3, аналогоцифровой преобразователь 4, генератор 5 управляющих импульсов, первый блок 6 памяти, формирователь 7 кодовых комбинаций, первый вычитатель 8, первый сумматор, второй блок 10 памяти, второй цифроаналоговый преобразователь 11, умножитель 12, дополнительный коммутатор 13, одновибратор 14. Цель достигается введением второго вычитателя 15, второго регистра 16 сдвига, частотного модулятора 17, второго, третьего, первого регистров 16, 18, 19 сдвига, второго сумматора 20, частотного демодулятора 21, полосовых фильтров 22, 23, третьего цифроаналогового преобразователя 24, ключа 25. Устройство самонастраивается под параметры канала связи, компенсируя сигналы собственного передатчика и восстанавливая форму принимаемого сигнала, поступающего из канала связи. 2 ил.

Редактор О. Стенина

Составитель Н. Лазарева Техред М.Моргентал

Фиг.1

Корректор М. Пожо