Устройство формирования сигналов квадратурной амплитудной манипуляции

Устройство формирования сигналов квадратурной амплитудной манипуляции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам формирования сигналов квадратурной амплитудной манипуляции (КАМ), применяемым на линиях многоканальной цифровой связи, а также в области цифрового радиовещания и цифрового телевидения.

Известно устройство формирования сигналов двукратной фазовой телеграфии (авт. св. СССР 692109, кл. H04L 27/20, 1979), включающее в себя источник сообщения (ИС), подключенный к первому входу 1-го манипулятора, выход которого подключен к первому входу 1-го балансового модулятора (БМ), выход которого подключен к первому входу сумматора, выход которого является выходом устройства, второй вход которого подключен к выходу 2-го БМ, вход которого подключен к выходу 2-го манипулятора, первый вход которого подключен к выходу блока задержки, вход которого подключен к выходу 2-го ИС, а второй вход 2-го манипулятора подключен к выходу фазовращателя (ФВ), вход которого объединен с входом 1-го манипулятора.

Недостатком данного устройства является высокий уровень внеполосных излучений при передаче формируемых радиосигналов, что обусловлено наличием разрывов первой производной формируемых сигналов на границах символов, а также относительно низкая помехоустойчивость, что является следствием ее относительно высокого пикфактора (ПФ).

Известно устройство для управления передачей данных по радиоканалу (Патент РФ №2205518, МПК⁷ H04L 27/20, 2001 г.), содержащее ИС, подключенный к первому входу 1-го синхронизатора, выход которого подключен к первому входу 1-го фазового манипулятора (ФМ), выход которого подключен к первому входу 1-го БМ, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход которого является выходом устройства, второй вход которого подключен к выходу 2-го ФМ, вход которого подключен ко входу 2-го ФВ, вход которого объединен и подключен ко входу 2-го делителя напряжения (ДН) и входу 1-го ФМ, выход 2-го ДН подключен ко входу 1-го ДН и 1-го БМ, выход 2-го ФВ подключен ко второму входу 2-го ФМ, выход второго ИС подключен ко второму входу 2-го синхронизатора.

Недостатком данного устройства является относительно низкая помехоустойчивость, что является следствием ее относительно высокого ПФ.

Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям к заявляемому устройству является устройство формирования сигналов квадратурной амплитудной модуляции (Патент РФ №2365050, МПК H04L 27/06, 2008 г.). Устройство-прототип содержит общий задающий генератор (ЗГ), 1-й, 2-й, 3-й ФВ, 1-й, 2-й, 3-й, 4-й коммутатор напряжения (КН), сумматор, 1-й, 2-й управляемый ДН, вычислитель отношений, ДН на два. Входы 1-го, 2-го ФВ и первый вход 1-го КН и выход общего ЗГ соединены. Выход 1-го ФВ подключен ко входу 3-го ФВ и к первому входу 2-го КН. Выход 3-го ФВ соединен со вторым входом 2-го КН. Первый выход 2-го КН соединен с первым входом 4-го КН. Второй выход 2-го КН соединен с первым входом 2-го управляемого ДН. Выход 2-го управляемого ДН подключен ко второму входу 4-го КН. Выход 4-го КН соединен со вторым входом сумматора. Выход 2-го ФВ соединен со вторым входом 1-го КН. Первый выход 1-го КН соединен с первым входом 3-го КН. Второй выход 1-го КН подключен к первому входу 1-го управляемого ДН. Выход 1-го управляемого ДН подключен с первым входом 3-го КН. Выход 3-го КН соединен с первым входом сумматора. Вход ДН на два соединен с демодулятором приемника. Выход ДН на два подключен ко входу вычислителя отношения. Выход вычислителя отношения соединен со вторыми входами управляемых ДН. Выход информационного канала 1-го информационного бита (ИБ) соединен с третьим входом 1-го КН. Выход информационного канала 2-го ИБ соединен с третьим входом 3-го КН. Выход информационного канала 3-го ИБ подключен к третьему входу 2-го КН. Выход информационного канала 4-го ИБ соединен с третьим входом 4-го КН. Выход сумматора является выходом устройства.

Однако наиболее близкому по своей сущности устройству-прототипу присущ недостаток. При его реализации в результате манипуляции формируются четыре вектора напряжения (ВН): два для синфазной составляющей (СС) и два для квадратурной составляющей (КС), которые манипулируют в зависимости от значений каждых четырех ИБ. В радиоканал значения ВН СС и КС передают попарно (пара величин ВН СС и КС, сумма которых определяет точку сигнального созвездия (ТСС)). Вместе с тем, каждый из манипулированных ВН участвует в формировании четырех ТСС сигнала КАМ-16 (число 16 указывает на количество формируемых ТСС). Следовательно, если в результате сбоя в аппаратуре или низкой величины отношения сигнал/шум (ОСШ) в канале не будет правильно принято значение одного из попарно переданных ВН, то по оставшемуся правильно принятому значению ВН невозможно будет рассчитать суммарный ВН СС и КС, определяющий ТСС, и, как следствие, восстановить переданную комбинацию из четырех ИБ.

Целью заявляемого технического решения является разработка устройства формирования сигнала КАМ-16, обеспечивающего восстановление переданной комбинации из четырех ИБ, в случае если прием одного из попарно переданных ВН в результате сбоя в аппаратуре или низкой величины ОСШ в канале будет возможен только с точностью до знака (установление факта того, что переданное значение ВН имело положительное или отрицательное значение).

В заявляемом устройстве поставленная цель достигается тем, что в устройство формирования сигналов КАМ, содержащее ЗГ, выход которого подключен к входам 1-го, 2-го ФВ и к первому входу 1-го КН, второй вход которого подключен к выходу 2-го ФВ, выход 1-го КН подключен к второму входу 3-го КН, второй вход 2-го КН подключен к выходу 3-го ФВ, а первый вход 2-го КН подключен к выходу 1-го ФВ и входу 3-го ФВ, выход 2-го КН подключен к второму входу 4-го КН. Причем третий вход 1-го и 2-го КН, а также первый вход 3-го и 4-го КН являются информационными входами, а выход сумматора является выходом устройства. Дополнительно введены 5-й, 6-й, 7-й и 8-й КН, 1-й, 2-й, 3-й, 4-й, 5-й, 6-й ДН. Причем второй вход 5-го КН соединен со вторым выходом 3-го КН, а первый выход 5-го КН соединен с входом 3-го ДН. Второй вход 7-го КН соединен с первым выходом 3-го КН, а первый и второй выходы 7-го КН соответственно соединены с входом 1-го ДН и входом 2-го ДН. Второй вход 6-го КН соединен с вторым выходом 4-го КН, а первый и второй выходы 6-го КН соответственно соединены с входом 5-го ДН и входом 6-го ДН. Второй вход 8-го КН соединен с первым выходом 4-го КН, а первый выход 8-го КН являются входом 4-го ДН. Причем выходы 1-го, 2-го, 3-го ДН и второй выход 5-го КН соединены с первым входом сумматора, а выходы 4-го, 5-го, 6-го ДН и второго выхода 8-го КН соединены со вторым входом сумматора.

При этом на третий (информационный) вход 1-го КН подают второй ИБ, на третий (информационный) вход 2-го КН подают первый ИБ, на первый (информационный) входы 3-го КН и 4-го КН подают третий ИБ, а на первый (информационный) входы 5-го и 7-го КН, а также 6-го и 8-го КН, подают четвертый ИБ. А 1-й ФВ изменяет фазу сигнала на 90°, а 2-й и 3-й ФВ изменяют фазу сигнала на 180°. А коэффициенты деления составляют: 3/8 для 1-го и 5-го ДН; 5/8 для 2-го и 4-го ДН; 7/8 для 3-го и 6-го ДН.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом устройстве за счет формирования четырех новых уровней напряжения СС и КС сигнала КАМ-16, реализованного на основе 1-го, 2-го, 3-го, 4-го, 5-го, 6-го ДН, а также предложенного правила выбора одного из четырех сформированных уровней напряжения СС и КС, реализованного на основе 3-го, 5-го, 7-го, 4-го, 6-го и 8-го КН, каждый из манипулированных ВН участвует в формировании только двух ТСС сигнала КАМ-16. В результате предоставляется возможность восстановить комбинацию из четырех переданных ИБ на приемном конце, в случае если значение одного из пары переданных манипулированных ВН СС и КС будет восстановлено только с точностью до знака.

Заявляемые технические решения поясняются чертежами, на которых:

на фиг.1 показана схема устройства формирования сигналов КАМ-16;

на фиг.2 показана последовательность ИБ, разделенная на блоки по четыре ИБ;

на фиг.3 показана диаграмма ТСС, сформированная при применении заявляемого устройства.

Устройство формирования сигналов КАМ, представленное на фиг.1, содержит: 1 - ЗГ; 2 - первый ФВ на 90°; 3 - второй ФВ на 180°; 4 - третий ФВ на 180°; 5 - первый КН; 6 - второй КН; 7 - третий КН; 8 - четвертый КН; 9 - седьмой КН; 10 - пятый КН; 11 - восьмой КН; 12 - шестой КН; 13 - первый ДН с коэффициентом деления 3/8; 14 - второй ДН с коэффициентом деления 5/8; 15 - третий КН с коэффициентом деления 7/8; 16 - четвертый ДН с коэффициентом деления 5/8; 17 - пятый ДН с коэффициентом деления 3/8; 18 - шестой ДН с коэффициентом деления 7/8; 19 - сумматор.

Выход ЗГ 1.1 является входом 1-го ФВ, 2-го ФВ, первым входом 1-го КН. Выход 2-го ФВ 5.2 является вторым входом 1-го КН. Выход 1-го КН 5.3 является вторым входом 3-го КН. Первый выход 3-го КН 7.2 является вторым входом 7-го КН. Второй выход 3-го КН 7.3 является вторым входом 5-го КН. Первый выход 7-го КН 9.2 является входом 1-го ДН. Второй выход 7-го КН 9.3 является входом 2-го ДН. Первый выход 5-го КН 10.2 является входом 3-го ДН. Второй выход 5-го КН 10.3, выход 1-го, 2-го, 3-го ДН являются первым входом 19.1 сумматора. Выход 1-го ФВ 2.1 является входом 3-го ФВ и первым входом 2-го КН. Выход 3-го ФВ 6.2 является вторым входом 2-го КН. Выход 2-го КН 6.3 является вторым входом 4-го КН. Первый выход 4-го КН 8.2 является вторым входом 8-го КН. Второй выход 4-го КН 8.3 является вторым входом 6-го КН. Первый выход 8-го КН 11.2 является входом 4-го ДН. Второй выход 8-го КН 11.3 является вторым входом 19.2 сумматора. Первый выход 6-го КН 12.2 является входом 5-го ДН. Второй выход 6-го КН 12.3 является входом 6-го ДН. Выходы 4-го, 5-го, 6-го ДН являются вторым входом 19.2 сумматора. Третий (информационный) вход 1-го КН 5.1 является входом второго ИБ r₂. Первый (информационный) вход 3-го КН 7.1 является входом третьего ИБ r₃. Первый (информационный) вход 5-го КН 10.1 и первый (информационный) вход 7-го КН 9.1 являются входом четвертого ИБ r₄. Третий (информационный) вход 2-го КН 6.1 является входом первого ИБ r₁. Первый (информационный) вход 4-го КН 8.1 является входом третьего ИБ r₃. Первый (информационный) вход 6-го КН 12.1 и первый (информационный) вход 8-го КН 11.1 являются входом четвертого ИБ r₄. Выход сумматора 19.3 является выходом устройства формирования сигнала КАМ-16.

В заявленном устройстве назначение структурных элементов следующее.

Общий ЗГ 1 предназначен для генерации напряжения синусоидальной формы. В качестве общего ЗГ 1 может быть использована схема мостового генератора синусоидальных сигналов (генератор Вина), (см. Достал И. Операционные усилители. - М., Мир, 1982. - С.200-201, рис.6.27).

Первый ФВ 2 предназначен для сдвига фазы синусоидального сигнала на 90°. Реализация первого ФВ 2 известна (см. Достал И. Операционные усилители. - М., Мир, 1982. - С.196, рис.6.20).

Второй ФВ 3 и третий ФВ 4 предназначены для сдвига фазы синусоидального сигнала на 180°. В качестве 2-го ФВ 3 и 3-го ФВ 4 может быть использована схема инвертора напряжения (см. Достал И. Операционные усилители. - М., Мир, 1982. - С.182-184, рис.6.6).

Первый КН 5 и второй КН 6 выполняют функцию коммутации напряжения (прямого или инвертированного посредством ФВ). Первый КН 5 подключает на вход 3-го КН 7 (прямого напряжения с выхода задающего генератора или инвертированного посредством 2-го ФВ 3) в зависимости от информационного значения r₂ (ноль или единица), подаваемого на вход 5.1. Второй КН 6 подключает на вход 4-го КН 8 (прямого напряжения с выхода 1-го ФВ или инвертированного посредством 3-го ФВ 4) в зависимости от информационного значения r₁ (ноль или единица), подаваемого на вход 6.1. В качестве 1-го КН 5 и 2-го КН 6 может быть использована схема аналогового мультиплексора (см. Патент РФ 2439819, опубликованный 10.01.2012, Бюл. №1. см. Схемотехника №5. - М.: Скимен, май 2001. - С.29-30, рис.5. Указанные на рис.5 входы «U_вх2» и «U_вх3», а также «А1 (СЗР)», не задействуются, выход мультиплексора распараллеливается на два выхода).

Третий КН 7, пятый КН 10, седьмой КН 9, четвертый КН 8, шестой КН 12, восьмой КН 11 выполняют функцию коммутации напряжения на один из двух выходов, в зависимости от значения ИБ (ноль или единица) на информационном входе. В качестве 3-го КН 7, 5-го КН 10, 7-го КН 9 и 4-го КН 8, 6-го КН 12, 8-го КН 11 может быть использована схема аналогового мультиплексора, аналогично используемого при реализации 1-го КН 5 и 2-го КН 6. Только в этом случае выход будет являться входом, а входы - выходами.

Первый ДН 13, второй ДН 14, третий ДН 15, пятый ДН 16, четвертый ДН 17, шестой ДН 18 выполняют функцию деления напряжения ВН СС и КС соответственно на 3/8, 5/8, 7/8. В качестве делителя напряжения может быть использована схема перекрытого Т-образного амплитудного корректора (см. Белецкий А.Ф. Теория линейных электрических цепей. - М.: Радио и связь, 1986. - С.524-525, рис.22.6).

Сумматор 19 предназначен для аддитивного объединения аналоговых сигналов, поступающих на его первый 21.3 и второй 21.2 входы. В качестве сумматора 21 может быть использована схема суммирующего усилителя (см. Достал И. Операционные усилители. - М.: Мир, 1982. - С.184-185, рис.6.7).

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Исходную информационную последовательность ИБ разбивают на блоки по четыре ИБ в каждом (см. фиг.2). Мелким шрифтом в каждом блоке над ИБ указана их нумерация (см. фиг.2). Затем последовательно ИБ блоками подают на информационные входы в заявляемое устройство.

Общий ЗГ 1 генерирует синусоидальный сигнал (исходное значение напряжения СС) на выходе 1.1. Затем синусоидальный сигнал подают на вход 1-го ФВ 2, который изменяет фазу сигнала на 90°, таким образом формируя на его выходе 2.1 исходное значение напряжения КС. Далее СС и КС подают на первые входы 1-го КН 5 и 2-го КН 6, а также на входы 2-го ФВ 3 и 3-го ФВ 4. Второй ФВ 3 и 3-й ФВ 4 изменяют фазы соответственно СС и КС на 180°. С выхода 5.2 2-го ФВ 3 и выхода 6.2 3-го ФВ 4, сдвинутые по фазе на 180°, ВН СС и КС подают на вторые входы 1-го КН 5 и 2-го КН 6, на первые входы которых поступают не сдвинутые по фазе на 180° ВН СС и КС. В зависимости от значений первого r₁ и второго r₂ ИБ, поступающих на информационные входы 2-го КН 6 и 1-го КН 5, последние подключают на свои выходы 6.3 и 5.3 аналоговый сигнал, поступающий с их первого или второго входа, т.е. манипулируют сигнал в зависимости от значений первого r₁ и второго r₂ ИБ. Данная манипуляция СС и КС с помощью 1-го КН 5 и 2-го КН 6 производится следующим образом. Если на информационный вход поступает r₂=0 (r₁=0), то на выходы 1-го КН 5 (2-го 6 КН) подключают не сдвинутые по фазе на 180° ВН СС (КС). В противном случае, т.е. при поступлении r₂=1 (r₁=1), на выходы 1-го КН 5 (2-го КН 6) подключают сдвинутые по фазе на 180° ВН СС (КС).

С выхода 5.3 1-го КН 5 сигнал СС подают на вход 3-го КН 7.

Если на вход 7.1 поступает значение ИБ, равное нулю, т.е. r₃=0, то сигнал с первого выхода 7.2 3-го КН 7 подают на второй вход 7-го КН 9.

Если на вход 9.1 поступает значение ИБ, равное нулю, т.е. r₄=0, то сигнал с первого выхода 9.2 7-го КН 9 подают на вход первого ДН 13.

Если на вход 9.1 поступает значение ИБ, равное единице, т.е. r₄=1, то сигнал со второго выхода 9.3 7-го КН 9 подают на вход второго ДН 14.

Если на вход 7.1 поступает значение ИБ, равное единице, т.е. r₂=1, то сигнал со второго выхода 7.3 3-го КН 7 подают на второй вход 5-го КН 10.

Если на вход 10.1 поступает значение ИБ, равное нулю, т.е. r₄=0, то сигнал с первого выхода 10.2 5-го КН 10 подают на вход третьего ДН 15.

Если на вход 10.1 поступает значение ИБ, равное единице, т.е. r₄=1, то сигнал со второго выхода 10.3 5-го КН 10 подают на вход 19.1 сумматора.

С выходов 1-го, 2-го, 3-го ДН манипулированный сигнал (ВН СС) подают на вход 19.1 сумматора 19.

С выхода 6.3 2-го КН 6 сигнал КС подают на вход 4-го КН 8.

Если на вход 8.1 поступает значение ИБ, равное нулю, т.е. r₃=0, то сигнал с первого выхода 8.2 4-го КН 8 подают на второй вход 8-го КН 11.

Если на вход 11.1 поступает значение ИБ, равное нулю, т.е. r₄=0, то сигнал с первого выхода 11.2 8-го КН 11 подают на вход четвертого ДН 16.

Если на вход 11.1 поступает значение ИБ, равное единице, т.е. r₄=1, то сигнал со второго выхода 11.3 8-го КН 11 подают на вход 19.2 сумматора.

Если на вход 8.1 поступает значение ИБ, равное единице, т.е. r₃=1, то сигнал со второго выхода 8.3 4-го КН 8 подают на второй вход 6-го КН 12.

Если на вход 12.1 поступает значение ИБ, равное нулю, т.е. r₄=0, то сигнал с первого выхода 12.2 6-го КН 12 подают на вход пятого ДН 17.

Если на вход 12.1 поступает значение ИБ, равное единице, т.е. r₄=1, то сигнал со второго выхода 12.3 6-го КН 12 подают на вход шестого УН 18.

С выходов 4-го, 5-го, 6-го ДН и 2-го УН манипулированный сигнал (ВН КС) подают на вход 19.2 сумматора 19.

На выходе 19.3 сумматора 19, который является выходом заявляемого устройства, формируется результирующий ВН, который определяет ТСС, соответствующую блоку из четырех информационных битов. Векторы напряжений СС u → 1 I , − u → 1 I , u → 2 I , − u → 2 I , u → 3 I , − u → 3 I , u → 4 I , − u → 4 I соответственно формируются на выходе 10.3 КН 5, выходах ДН 15, ДН 14, ДН 13. Векторы напряжений КС u → 1 Q , − u → 1 Q , u → 2 Q , − u → 2 Q , u → 3 Q , − u → 3 Q , u → 4 Q , − u → 4 Q соответственно формируются на выходе 11.3 КН 8, выходах, ДН 18, ДН 16, ДН 17.

На фиг.3 показаны ТСС F₁-F₁₆, соответствующие всем возможным комбинациям блоков из четырех ИБ, представленных на фиг.2.

Таким образом, каждый ВСС участвует в формировании только двух ТСС: u → 1 I для F₆ и F₁₄; − u → 1 I для F₃ и F₁₁; u → 2 I для F₈ и F₁₃; − u → 2 I для F₄ и F₉; u → 3 I для F₅ и F₁₆; − u → 3 I для F₁ и F₁₂; u → 4 I для F₇ и F₁₅; − u → 4 I для F₂ и F₁₀; u → 1 Q для F₁ и F₅; − u → 1 Q для F₁₂ и F₁₆; u → 2 Q для F₃ и F₆; u → 2 Q для F₁₁ и F₁₄; u → 3 Q для F₂ и F₇; − u → 3 Q для F₁₀ и F₁₅; u → 4 Q для F₄ и F₈; − u → 4 Q для F₉ и F₁₃, что указывает на достижение цели заявляемого устройства.

1. Устройство формирования сигналов квадратурной амплитудной манипуляции, содержащее задающий генератор, выход которого подключен к входам первого, второго фазовращателей (ФВ) и к первому входу первого коммутатора напряжения (КН), второй вход которого подключен к выходу второго ФВ, выход первого КН подключен к второму входу третьего КН, второй вход второго КН подключен к выходу третьего ФВ, а первый вход второго КН подключен к выходу первого ФВ и входу третьего ФВ, выход второго КН подключен к второму входу четвертого КН, причем третий вход первого и второго КН, а также первый вход третьего и четвертого КН, являются информационными входами, а выход сумматора является выходом устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены пятый, шестой, седьмой и восьмой КН, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой делители напряжения (ДН), причем второй вход пятого КН соединен со вторым выходом третьего КН, а первый выход пятого КН соединен с входом третьего ДН, второй вход седьмого КН соединен с первым выходом третьего КН, а первый и второй выходы седьмого КН соответственно соединены с входом первого ДН и входом второго ДН, второй вход шестого КН соединен с вторым выходом четвертого КН, а первый и второй выходы шестого КН соответственно соединены с входом пятого ДН и входом шестого ДН, второй вход восьмого КН соединен с первым выходом четвертого КН, а первый выход восьмого КН является входом четвертого ДН, причем выходы первого второго, третьего ДН и второго выхода пятого КН соединены с первым входом сумматора, а выходы четвертого, пятого, шестого ДН и второго выхода восьмого КН соединены со вторым входом сумматора, при этом на третий (информационный) вход первого КН подают второй информационный бит, на третий (информационный) вход второго КН подают первый информационный бит, на первый (информационный) входы третьего КН и четвертого КН подают третий информационный бит, а на первый (информационный) входы пятого и седьмого КН, а также шестого и восьмого КН, подают четвертый информационный бит.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый ФВ изменяет фазу сигнала на 90°, а второй и третий ФВ изменяют фазу сигнала на 180°.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коэффициенты деления составляют: 3/8 для первого и пятого ДН; 5/8 для второго и четвертого ДН; 7/8 для третьего и шестого ДН.