способ передачи и приема рефлексно-модулированных сигналов

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА РЕФЛЕКСНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ, заключающийся в том, что на передающей стороне рефлексно-модулированный сигнал формируют путем модуляции информационными сигналами несущей, частота f₀ которой меньше разности между верхней и нижней граничными частотами, а на приемной стороне принятый сигнал перемножают с суммой гармонических сигналов и демодулируют полученный сигнал.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при приеме сигналов с рефлексной амплитудной модуляцией перемножение принятого сигнала осуществляют путем последовательного умножения рефлексно-модулированного сигнала на N гармонических сигналов, причем частота i-го гармонического сигнала равна f₀^2i-1, где 1 < i < N, а демодуляцию осуществляют на несущей, преобразованная частота которой f₀ 2N выше верхней граничной частоты f_max спектра модулирующего сигнала.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при приеме сигналов с рефлексной амплитудной и рефлексно-балансной модуляциями перемножения принятых рефлексно-модулированных сигналов осуществляют путем перемножения рефлексно-модулированного сигнала с сигналом вида

U_i(t)= (-1)ⁱsin(2i-1)₀t ,

где ₀= 2f₀ ;

1<i<N ,

а демодуляцию осуществляют на несущей 2Nf₀, частота которой выше верхней граничной частоты f_max спектра модулирующего сигнала E₁ (t).

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при приеме сигналов с рефлексно-амплитудной и рефлексно-балансной модуляцией перемножение принятых рефлексно-модулированных сигналов осуществляют с гармоническим сигналом вида

U_i (t )= (-1)ⁱsin[_x+₀(2i-2)] t ,

где _x= 2f_x0= 2f₀ ,

суммируют перемноженные сигналы, а демодуляцию осуществляют на несущей, частота f_x + f₀ (2N - 1) которой выше частоты f_x - f₀ на величину большую, чем верхняя граничная частота f_max спектра модулирующего сигнала E₁ (t).

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при приеме сигналов с рефлексно-квадратурной модуляцией, сигналов с рефлексно-угловой модуляцией перемножение каждого из принимаемых рефлексно-модулированных сигналов, несущие которых имеют разность фаз +K , где K - целое число, осуществляют с гармоническими сигналами одной и той же частоты вида _x= 2f_к>₀ и алгебраически суммируют перемноженные сигналы.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при приеме сигналов с рефлексной квадратурной модуляцией перемножение принятых рефлексно-модулированных квадратурных сигналов осуществляют с гармоническими сигналами вида U₁(t)= 2sin2f₀t и U₂(t )= 2sin(2f₀t+-₀) соответственно и полученные сигналы суммируют и перемножают рефлексно-модулированные квадратурные с гармоническими сигналами вида U₃(t )= 2cos2f₀(t ) и U₄(t )= 2cos2f₀t+-₀ соответственно и полученные сигналы суммируют.

7. Способ по пп. 1 - 6, отличающийся тем, что на передающей стороне при формировании сигналов с рефлексно-амплитудной модуляцией с рефлексно-балансной модуляцией, с рефлексно-квадратурной модуляцией, с рефлексно-угловой модуляцией информационными сигналами несущей с частотой f₀ производят путем модуляции информационными сигналами несущей, частота f_к которой больше, чем разность между верхней и нижней граничными частотами, и гетеродинированием преобразуют в рефлексно-модулированный сигнал на частоте несущей f₀.

8. Способ по пп. 1-4 и 6, отличающийся тем, что на передающей стороне формирование сигналов с рефлексно-амплитудной модуляцией, с рефлексно-балансной модуляцией, с рефлексно-квадратурной модуляцией осуществляют путем модуляции информационными сигналами несущей, частота f₀ которой выбрана меньше, чем верхняя граничная частота f_к спектра модулирующего сигнала.

9. Способ по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что на передающей стороне формирование сигналов с рефлексно-угловой модуляцией осуществляют путем модуляции информационными сигналами несущей частоты f₀, частота которой выше верхней граничной частоты f_x спектра модулирующего сигнала, но меньше, чем разность между верхней и нижней граничными частотами одной боковой полости рефлексно-модулированного сигнала необходимой при выбранном индексе угловой модуляции.

10. Способ по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что на передающей стороне формирование сигналов с рефлексно-угловой модуляцией осуществляют путем модуляции информационными сигналами несущей, частота f₀ которой ниже верхней граничной частоты f_x спектра модулирующего сигнала и не превышает величины девиации частоты несущей при выбранном индексе и угловой модуляции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике cиc-тем связи, в частности к электросвязи.

Модулированные радиотехнические сигналы с "завернутой" или "загнутой" нижней боковой полосой (в англоязычной технической литературе - "fold", "folded band", в советской - "отраженная боковая") занимают по своим свойствам промежуточное положение между собственно модулирующими (информационными) сигналами и радиосигналами на высокочастотной несущей. В данном случае под термином "высокочастотная" понимается такая несущая радиосигнала, когда обе его боковые полосы полностью развернуты, то есть когда отношение полосы частот одной боковой к частоте несущей равно или меньше единицы. В теоретическом плане такое определение не является абсолютно точным. Всякий радиосигнал, как сигнал, ограниченный во времени, имеет бесконечный спектр и, следовательно, "отраженную боковую". Однако для практических целей интерес представляют полосы частот, которые принято определять как конечные.

Необходимая полоса частот радиосигнала определяется в соответствии с критерием достаточности для передачи информации с требуемыми скоростью и качеством; занимаемую ширину полосы частот радиосигнала принято определять по допустимой мощности излучения вне этой полосы (создание помех для других радиотехнических средств).

Критерием при определении высокочастотности несущей должна быть допустимая мощность частотных компонент "отраженной боковой", попадающих в необходимую полосу частот радиосигнала и создающих помеху для достижения необходимых скорости и качества передачи информации. В том случае, когда эта мощность настолько мала, что не требуется никаких специальных дополнительных мер для подавления отраженных мешающих компонент (aliase component), несущая радиосигнала может быть определена как высокочастотная. Напротив, когда мощность "отраженной боковой" в спектре сигнала большая, что, как правило, свидетельствует о наличии в качестве "отраженных" части компонент необходимой нижней боковой полосы частот, несущая радиосигнала может быть определена, как низкочастотная. В этом случае отношение полосы частот неотраженной боковой к частоте несущей больше единицы, причем именно величиной этого отношения должна оцениваться степень низкочастотности несущей. Так, например, при амплитудной модуляции, если граничная частота спектра модулирующего сигнала меньше частоты несущей, то такая несущая может быть определена как высокочастотная. При частотной модуляции частота покоя несущей, превышающая верхнюю граничную частоту спектра модулирующего сигнала, может оцениваться и как высокая и как низкая в зависимости от индекса модуляции.

Поскольку характерным отличительным признаком радиосигналов на низкочастотной несущей является наличие частично "отраженной" ("рефлексной") нижней боковой полосы, для обозначения этих сигналов можно предложить термины "рефлексный радиосигнал" и "рефлексно-модулированный сигнал", а для процесса их формирования может быть предложен термин "рефлексная модуляция". За редким исключением радиосигналы на сравнительно низкочастотной несущей стараются не использовать для передачи информации, в частности, из-за помехи, создаваемой "отраженной нижней боковой полосой". В тех же случаях, когда приходится использовать низкочастотную несущую, как, например, в магнитной видеозаписи, при передаче телевизионных сигналов по кабельным линиям связи, применяют специальные меры для подавления "отраженной боковой". При видеозаписи стараются повысить частоту покоя несущей (high bend) и уменьшают индекс модуляции. В кабельных линиях связи при переносе видеосигнала на низкочастотную несущую нижнюю боковую полосу частично подавляют, формируя сигнал типа однополосной радиопередачи - ОР (в литературе встречаются также термины "однополосная модуляция" - ОМ и "передача одной боковой полосы" - ОБП). Между тем, сигналы на низкочастотной несущей с ярко выраженной "отраженной боковой" (рефлексно-модулированные сигналы) обладают рядом интересных свойств. В частности, при достаточно низкочастотной несущей (отношение полосы частот боковой к частоте несущей много больше единицы) полоса частот, занимаемая рефлексным радиосигналом в канале связи, приближается к ширине полосы частот одной боковой; в спектре рефлексного радиосигнала содержатся частотные составляющие как верхней, так и нижней боковых, это дает основание предполагать, что в рефлексно-модулированном сигнале сохраняется вся информация, которую несет сигнал на высокочастотной несущей (двухполосный радиосигнал); при широкополосном модулирующем сигнале, содержащем постоянную составляющую ("нулевые частоты"), частота несущей рефлексно-модулированного сигнала может быть выбрана очень низкой (например, единицы килогерц при ширине спектра модулирующего сигнала от нуля до единиц и десятков мегагерц), причем осуществить рефлексную модуляцию столь низкочастотной несущей можно простыми техническими средствами; осуществить однополосную радиопередачу при таких соотношениях между шириной спектра модулирующего сигнала и частотой несущей на практике невозможно, так как для подавления второй боковой потребовалось бы создание почти идеального фильтра (полоса пропускания - мегагерцы, крутизна среза - десятки децибелл на десятки килогерц), поэтому в реальных системах связи, например в кабельных линиях связи при передаче телевизионных сигналов, осуществляют лишь частичное подавление боковой полосы и выбирают частоту несущей порядка 20-40% от граничной частоты спектра модулирующего видеосигнала; в рефлексной форме может быть легко осуществлен любой вид модуляции как амплитудной, включая квадратурную, так и угловой; для обозначения их можно предложить термины "рефлексная амплитудная модуляция" (РАМ), "рефлексная балансная модуляция" (РБМ), "рефлексная квадратурная модуляция" (РКМ), "рефлексная угловая модуляция" (РУМ), включающая "рефлексную частотную модуляцию" (РЧМ), "рефлекcную фазовую модуляцию" (РФМ).

В отличие от этого однополосная радиопередача практически осуществима лишь для амплитудной модуляции одним сигналом (в вариантах c подавлением и без подавления неcущей), причем для широкополосных сигналов с постоянной составляющей лишь приближенно, как указывалось выше, можно показать теоретическую пpедставляемость превращения двухполосного радиосигнала при квадратурной или угловой модуляции в две посылки однополосных радиосигналов на очень низкочастотной несущей и последующего восстановления исходного двухполосного радиосигнала, однако на практике реализовать это возможно лишь при условии осуществимости создания почти идеальных фильтров и почти идеальных широкополосных фазовращателей (обеспечивающих точный повоpот на 90^о, напpимеp, для всех составляющих спектpа от единиц герц или килогерц до единиц и десятков мегагерц).

Вместе с тем в практике связи существует целый ряд задач, для решения которых необходим перенос широкополосных сигналов на низкочастотную несущую. К таким задачам относятся, в частности, передача сигналов изображения по видеочастотному тракту, в котором затруднена передача "нулевых" частот (например, при подаче в том же канале связи напряжения постоянного тока для питания технических средств, при повышенном уровне низкочастотных помех, в том числе фоновых помех токов промышленной частоты и так далее); формирование сложных широкополосных, например телевизионных сигналов, с передачей на низкочастотной несущей одновременно двух независимых сообщений в стандартной полосе частот; обеспечение передачи сигналов без демодуляции и повторной модуляции в комбинированных трактах, содержащих радио- и видеочастотные звенья, в том числе, например, волоконно-оптические линии связи с аналоговой и цифровой передачей.

Использовать для решения подобных проблем однополосную или типа однополосной модуляцию удавалось лишь в отдельных случаях (телевидение в кабельных линиях связи). Препятствием становились либо необходимость существенного расширения полосы частот, либо техническая сложность, а то и невозможность практического осуществления. Не использовались и рефлексно-модулированные сигналы, хотя они и были известны. Дело в том, что, как правило, такие сигналы получались случайно, например, при переносе модулированных двухполосных радиосигналов на высокочастотной несущей на другую несущую частоту гетеродинированием, когда по каким-либо причинам частота гетеродина оказывалась близкой к исходной частоте несущей радиосигнала и происходил перенос его на низкочастотную несущую со свертыванием спектра. Таким образом, сам по себе рефлексный радиосигнал (хотя так его и не называли) был известен, равно как и способы его получения (то, что предлагается назвать рефлексной модуляцией), но поскольку такой сигнал могли использовать для передачи полезной информации (до сих пор не были известны способы выделения из рефлексного радиосигнала модулирующего сигнала), то целенаправленного переноса сигнала на низкочастотную несущую со сворачиванием спектра никто не производил.

В основу изобретения положена задача создания способа передачи рефлексно-модулированным сигналом полезной информации и приема рефлексно-модулированных сигналов с выделением переданной информации путем приведения спектра рефлексно-модулированного сигнала к виду, позволяющему выделить из него модулирующий сигнал.

Поставленная задача решается тем, что в способе передачи и приема рефлексно-модулированных сигналов согласно изобретению на передающей стороне рефлексно-модулированный сигнал, содержащий все частотные составляющие верхней и нижней боковых полос, формируют путем модуляции информационными сигналами несущей, частота f_о которой меньше, чем разность между верхней и нижней граничными частотами развернутой одной боковой полосы рефлексно-модулированного сигнала, а на приемной стороне производят обработку принятых рефлексно-модулированных сигналов путем их перемножений с сигналами, представляющими собой сумму гармонических составляющих с выбранными значениями частот и фаз, и суммированием напряжений, получающихся в результатах этих перемножений, приводят спектр рефлексно-модулированного сигнала к виду, позволяющему выделить из обработанного рефлексно-модулированного сигнала модулирующий сигнал.

Целесообразно, чтобы в предлагаемом способе при приеме сигналов с рефлексной амплитудной модуляцией, сигналов с рефлексной балансной модуляцией обработку принятых рефлексно-модулированных сигналов производили, преобразуя частоту несущей рефлексно-модулированного сигнала путем последовательного умножения рефлексно-модулированных напряжений на N гармонических сигналов, причем частота i-го гармонического сигнала была бы равна

f_o 2 ^i-1, где 1iN, и осуществляли бы детектирование модулированного сигнала с развернутыми боковыми полосами на несущей, преобразованная частота f_о 2^N которой была бы выше верхней граничной частоты спектра модулирующего сигнала.

Целесообразно, чтобы в предлагаемом способе при приеме сигналов с рефлексной амплитудной модуляцией сигналов с рефлексной балансной модуляцией обработку рефлексно-модулированных сигналов производили, преобразуя частоту f_o несущей рефлексно-модулированного сигнала путем перемножения этого рефлексно-модулированного сигнала с сигналом вида

U(t) = (-1)ⁱ sin (2i-1) _ot, где _o= 2f_o, 1iN и осуществляли детектирование модулированного сигнала с развернутыми боковыми полосами на несущей, частота f_o2^Nкоторой была бы выше верхней граничной частоты спектра модулирующего сигнала.

Целесообразно, чтобы в данном способе при приеме сигналов с рефлексной амплитудной модуляцией, сигналов с рефлексной балансной модуляцией обработку рефлексно-модулированных сигналов производили, преобразуя частоту f_о несущей рефлексно-модулированного сигнала путем N его независимых перемножений, в каждом из которых этот рефлексно-модулированный сигнал умножали на гармонический сигнал вида

U(t) = (-1)ⁱ sin [ _x+_o (2i-2)] t, где _x= 2f_xo= 2f_o, суммировали напряжения, полученные в результате всех перемножений, и детектировали модулированный сигнал с развернутыми боковыми на несущей, частота f_x + f_oх х(2N-1) которой была бы выше частоты f_x - f_o на величину, большую, чем верхняя граничная частота спектра модулирующего сигнала.

Целесообразно также, чтобы в данном способе при приеме сигналов с рефлексной квадратурной модуляцией, сигналов с рефлексной угловой модуляцией производили совместную обработку двух посылок рефлексно-модулированных сигналов, несущие которых имели бы разность фаз _oK, где К - целое число, путем умножения каждой из посылок на соответствующий гармонический сигнал, причем частоту f_х обоих гармонических сигналов выбирали бы одной и той же и превышающей верхнюю граничную частоту спектра обрабатываемого рефлексно-модулированного сигнала, а разность фаз гармонических сигналов выбирали равной -_o, алгебраически суммировали бы напряжения, получаемые в результате обоих перемножений, формируя модулированный сигнал с развернутыми боковыми на высокочастотной несущей f_x f_o, и детектировали бы этот сигнал.

Целесообразно, чтобы в предлагаемом способе при приеме сигналов с рефлексной квадратурной модуляцией производили совместную обработку двух посылок рефлексно-модулированных сигналов, несущие которых имели бы разность фаз _oK, где К - целое число, путем умножения одной посылки на гармонический сигнал вида U₁(t) = 2 sin 2 f_ot, другой посылки - на гармонический сигнал вида U₂(t) = 2 sin(2f_o+-_o) и алгебраическим суммированием напряжений, получаемых в результате обоих перемножений, выделяли непосредственно один из модулирующих сигналов, а путем умножения одной посылки на гармонический сигнал вида U₃(t) = 2 cos 2 f_оt, другой посылки на гармонический сигнал вида U₄(t) = 2 cos(2 f_ot- - _o) и алгебраическим суммированием напряжений, получаемых в результате этих перемножений, выделяли непосредственно второй модулирующий сигнал.

Целесообразно, чтобы в предлагаемом способе на передающей стороне при формировании сигналов с рефлексной амплитудной модуляцией, сигналов с рефлексной балансной модуляцией, сигналов с рефлексной квадратурной модуляцией, сигналов с рефлексной угловой модуляцией осуществление модуляции информационными сигналами несущей с частотой f_oпроизводили путем предварительной модуляции информационными сигналами несущей, частота f_x которой была бы больше, чем разность между верхней и нижней граничными частотами развернутой одной боковой полосы рефлексно-модулированного сигнала, вырабатывая промежуточный сигнал с развернутыми боковыми полосами, и гетеродинированием преобразовывали этот промежуточный сигнал в рефлексно-модулированный сигнал на частоте несущей f_o.

Целесообразно, чтобы в данном способе на передающей стороне формирование сигналов с рефлексной амплитудной модуляцией, сигналов с рефлексной балансной модуляцией, сигналов с рефлексной квадратурной модуляцией производили путем модуляции информационными сигналами несущей, частота f_о которой была бы выбрана меньшей, чем верхняя граничная частота спектра модулирующего сигнала. Также целесообразно, чтобы на передающей стороне формирование сигналов с рефлексной угловой модуляцией производили путем модуляции информационными сигналами несущей, частота f_о которой была бы выше верхней граничной частоты спектра модулирующего сигнала, но меньше, чем разность между верхней и нижней граничными частотами развернутой одной боковой полосы, необходимой при выбранном индексе угловой модуляции.

Целесообразно, чтобы на предающей стороне формирование сигналов с рефлексной угловой модуляцией производили путем модуляции информационными сигналами несущей, частота f_о которой была ниже верхней и не превышала величины девиации частоты несущей при выбранном индексе угловой модуляции.

На фиг. 1 представлен примерный вид спектра рефлексно-модулированного сигнала; на фиг. 2 - верхняя боковая полоса рефлексно-модулированного сигнала; на фиг. 3 - неотраженная часть нижней боковой полосы рефлексно-модулированного сигнала; на фиг. 4- отраженная часть нижней боковой полосы рефлексно-модулированного сигнала; на фиг. 5 - функциональная схема формирования рефлексно-модулированного сигнала с предварительной модуляцией высокочастотной несущей f_x и переносом промежуточного сигнала на частоту f_o гетеродинированием; на фиг. 6- примерный вид спектра промежуточного сигнала на высокочастотной несущей; на фиг. 7 - функциональная схема формирования рефлексно-модулированных сигналов на частоте несущей f_o методом непосредственной модуляции; на фиг. 8 - примерный вид спектра модулирующего сигнала; на фиг. 9 - функциональная схема обработки рефлексно-модулированного сигнала путем последовательного умножения; на фиг. 10 - функциональная схема обработки рефлексно-модулированного сигнала путем его перемножения с сигналом, представляющим собой алгебраическую сумму N гармонических сигналов; на фиг. 11 - функциональная схема обработки рефлексно-модулированного сигнала путем N независимых перемножений; на фиг. 12 - функциональная схема обработки двух посылок сигналов с рефлексной модуляцией с формированием модулированного сигнала на высокой частоте; на фиг. 13 - функциональная схема обработки двух посылок сигнала с рефлексной квадратурной модуляцией на низкочастотной несущей; на фиг. 14 - то же, при разности фаз несущих посылок сигнала с рефлексной квадратурной модуляцией, не равной /2 ; на фиг. 15- примерный вид комплексного спектра сигнала с угловой модуляцией одним гармоническим сигналом.

Способ передачи и приема рефлексно-модулированных сигналов осуществляется следующим образом.

На передающей стороне формируют рефлексно-модулированный сигнал, в спектре которого содержатся все частотные составляющие верхней и нижней боковых полос. Формирование рефлексно-модулированного сигнала осуществляют путем модуляции информационным сигналом, например телевизионным видеосигналом, несущей, частота f_o которой меньше, чем разность между верхней f_o + f _lim и нижней f_lim-f_о граничными частотами развернутой одной боковой полосы рефлексно-модулированного сигна-ла, где f_lim - ширина развернутой боковой полосы частот рефлексно-модулированного сигнала, так как для телевизионного видеосигнала нижняя граничная частота равна "0". Модуляция может осуществляться либо непосредственно на частоте f_о несущей, либо путем предварительной модуляции информационными сигналами высокочастотной несущей f_x.

В результате предварительной модуляции вырабатывается промежуточный сигнал с развернутыми боковыми полосами, который переносится на несущую с частотой f_о гетеродинированием. Последний процесс может быть осуществлен, например, функциональной схемой, представленной на фиг. 5. Здесь информационный модулирующий сигнал E₁(t) поступает на один вход модулятора 1, на другой вход которого поступает напряжение Е₂(t). При амплитудной и балансной модуляции Е₂(t) представляет собой гармонический сигнал с частотой f_х, который и является несущей. При угловой модуляции Е₂(t) также может представлять собой, например, напряжение гармонического сигнала для стабилизации частоты покоя. При квадратурной модуляции на модулятор 1, который, как известно, включает два балансных перемножителя и сумматор (не показаны), соответственно подаются два независимых информационных сигнала и два напряжения несущей частоты, разность фаз между которыми составляет /2. На выходе модулятора 1 вырабатывается промежуточный сигнал Е₃(t) с развернутыми боковыми полосами, вид спектра которого представлен на фиг. 6. Промежуточный сигнал Е₃(t) поступает на первый вход смесителя 2, на второй вход которого поступает гармонический сигнал Е₄(t) c частотой f_x + f_о или f_x - f_o. На выходе смесителя 2 в результате гетеродинирования появляется рефлексно-модулированный сигнал Е₅(t) на несущей с частотой f_o, вид спектра которого показан на фиг. 1.

В том случае, когда осуществляют непосредственно рефлексную модуляцию без образования промежуточного сигнала Е₃(t) на второй вход модулятора 1 подают напряжение гармонического сигнала E₂(t), частота которого равна f_o. На выходе модулятора 1 сразу получат рефлексно-модулированный сигнал Е₅ (t). При формировании сигналов с рефлексной амплитудной модуляцией или сигналов с рефлексной балансной модуляцией, или сигналов с рефлексной квадратурной модуляцией частота f_o оказывается ниже верхней граничной частоты f_max спектра модулирующего сигнала, а следователь- но, и меньшей, чем разность между верхней и нижней граничными частотами развернутой одной боковой полосы рефлексно-модулированного сигнала.

При формировании сигналов с рефлексной угловой, то есть с частотной или фазовой, модуляцией частоту f_o выбирают ниже верхней граничной частоты f_max спектра модулирующего сигнала, при этом она должна быть также меньше, чем девиация частоты пи выбранном индексе угловой модуляции и, следовательно, меньше, чем разность между верхней f_lim + f_o и нижней f_o граничными частотами развернутой одной боковой полосы рефлексно-модулированного сигнала. Формирование сигналов с рефлексной угловой модуляцией можно осуществить и путем модуляции информационными сигналами несущей, частоту f_о которой выбирают выше верхней граничной частоты f_max спектра модулирующего сигнала, но меньше, чем девиация частоты. На приемной стороне осуществляют прием сформированных рефлексно-модулированных сигналов и производят их обработку.

Общим для обработки принятых рефлексно-модулированных сигналов, сформированных путем любого из видов рефлексной модуляции, является то, что принятый рефлексно-модулированный сигнал Е₅(t) перемножают с сигналами, представляющими собой сумму гармонических составляющих. Частоты и фазы гармонических составляющих выбирают таким образом, чтобы при суммировании напряжений, полученных в результате частных перемножений, привести спектр обработанного рефлексно-модулированного сигнала к виду, позволяющему выделить из обработанного рефлексно-модулированного сигнала модулирующий сигнал Е₁(t) известными способами. Конкретный вид обработки рефлексно-модулированных сигналов зависит от вида рефлексной модуляции данного рефлексно-модулированного сигнала. Причем для некоторых групп видов рефлексной модуляции возможен не один вид обработки, как это будет показано ниже. Вместе с тем может быть применен один и тот же вид обработки для нескольких видов рефлексной модуляции, что также будет показано ниже. Для преобразования спектра сигналов с рефлексной амплитудной модуляцией или сигналов с рефлексной балансной модуляцией в спектр амплитудно-модулированного или соответственно балансно-модулированного сигнала с развернутыми боковыми полосами применимы следующие операции.

1. Обработка рефлексно-модулированного сигнала путем последовательного умножения.

Функциональная схема для осуществления такой обработки рефлексно-модулированного сигнала показана на фиг. 9, она включает N перемножителей 3₁, 3₂, . . . , 3_i, . . . , 3_N, где N - целое число, 1i N. В каждом из перемножителей 3_i рефлексно-модулированное напряжение с выхода предыдущего перемножителя 3_i-1 умножается на гармонический сигнал вида U_i(t) = = 2 cos 2^i-1 _o t, где _o = 2 f_o. Записав выражение для Е₅(t) в виде Е₅(t) = = E₁(t) sin _o t и осуществив его перемножение с гармоническим сигналом 2 cos _ot, получим E₅(t)2cos₀t= E₁(t)sin₀t2cos₀t= 0+E₁(t)sin2₀t E₁(t)sin2_сt2cos2₀t= 0+E₁(t)sin4₀t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E₁(t)sin2t2cos2t= 0+E₁(t)sin2ⁱ₀t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E₁(t)sin2t= 0+E₁(t)sin2^N₀t .

Таким образом, на выходе перемножителя 3_N появляется сигнал Е₁(t) sin 2^N _ot, представляющий собой модулированный сигнал с развернутыми боковыми полосами, поскольку преобразованная частота его несущей 2^N _o/2= 2^Nf_o f_max спектра модулирующего сигнала; вид спектра этого сигнала на частоте f_x = 2^N f_o приведен на фиг. 6. Затем осуществляют детектирование этого сигнала обычными методами.

Пример преобразования спектра рефлексно-модулированного сигнала на выходе перемножителя 3₁. Модулирующий сигнал Е₁(t) имеет вид

E₁(t)= A()cos[t+()] d где A() и () - амплитудный и фазовый спектры сигнала, _max= 2f_max.

При _o<_max (случай для рефлексной балансной модуляции) E₅(t)= 2E₁(t)cos₀t= A()cos[(+₀)t+()] d+ +A()cos[(₀-)t-()] d+A()cos[(-₀)t+()] d

На выходе первого перемножителя 3₁ напряжение будет равно 2E₁(t)cos₀tsin₀t= E₁(t)sin2₀t= A()sin[(+₀)t+ +()] d-A()sin[t+()] d+A()sin[(2₀-)t-()] d+ +A()sin[t+()] d+A()sin[t+()] d+ +A()sin[(2₀-)t-()] d-

Как следует из приведенного выше выражения, в процессе перемножения происходит суммирование напряжений отдельных компонент частотного спектра. Причем суммирование в одной группе слагаемых дает в сумме нуль, а суммирование в другой группе слагаемых - действующее значение. Аналогично осуществляются преобразования спектра рефлексно-модулированного сигнала в последующих умножителях 3₂ - 3_N. Таким образом, в каждом умножителе 3_i частота f_о несущей удваивается и спектр полностью "разворачивается", когда 2^N _omax.

2. Обработка рефлексно-модулированного сигнала путем умножения на сумму гармонических сигналов.

Обработку принятых рефлексно-модулированных сигналов производят, преобразуя, как в описанном выше случае, частоту f_o несущей рефлексно-модулированного сигнала Е₅(t). Это достигается за счет перемножения этого рефлексно-модулированного сигнала Е₅(t) с сигналом вида

U(t) = (-1)ⁱ sin(2i-1) _o t, представляющим собой сумму гармонических составляющих.

Функциональная схема для осуществления такого вида обработки рефлексно-модулированного сигнала представлена на фиг. 10, где на каждый i-й вход сумматора 4 поступает гармонический сигнал вида (-1)ⁱх хsin U(t) = (-1)ⁱ sin(2i-1) _o t, поступающий на один вход перемножителя 3, на другой вход которого поступает рефлексно-модулированный сигнал Е₅(t). В перемножителе 3 осуществляется их перемножение 2E₅(t)U(t)= E₁(t)cos₀t(-1)ⁱsin(2i-1)₀t= E₁(t)sin2N₀t

В перемножителе 3 одновременно осуществляется и суммирование частотных составляющих, как следует из приведенного выше выражения.

Поскольку преобразованная частота несущей f_o 2^N = 2^N выше верхней граничной частоты f_max спектра модулирующего сигнала Е₁(t), то обе боковые полосы модулированного сигнала на частоте f_o 2^N несущей развернуты (подобно приведенному процессу для последовательного умножения), и детектирование его может быть произведено известными методами.

3. Обработка рефлексно-модулированного сигнала путем N независимых перемножений.

На приемной стороне обработку сигналов с рефлексной амплитудной модуляцией и сигналов с рефлексной балансной модуляцией производят, преобразуя частоту f_o несущей рефлексно-модулированного сигнала. Это осуществляется путем N независимых перемножений рефлексно-модулированного сигнала E₅(t) c гармоническим сигналом вида

U_i(t) = (-1)ⁱ sin [ _x+_o (2i-2)] t, где _x= 2f_xo= 2f_o.

Эту операцию производят посредством функциональной схемы, в которой на первые входы N перемножителей 3₁-3_N поступает рефлексно-модулированный сигнал E₅(t), а на вторые входы этих перемножителей 3₁-3_N поступают соответствующие гармонические сигналы U₁(t) = -sin (_x t), U₂(t). . . U_N(t) вида U_i(t), приведенного выше.

С выхода каждого перемножителя 3_i снимается напряжение

2E₅(t)U_i(t)= 2E₁(t)cos₀t(-1)ⁱsin[_x+₀(2i-2)] t= = 2E₁(t)(-1)ⁱsin[_x+₀(2i-3)] t+2E₁(t)(-1)ⁱsin[_x+₀(2i-1)] t.

В сумматоре 4 суммируются выходные напряжения N перемножителей 3₁-3_N

E₅(t)U₁(t)= E₁(t)[-sin(_x-₀)t-sin(_x+₀)t] +E₅(t)U₂(t)= E₁(t)[sin(_x+₀)t+sin(_x+3₀)t] +E₅(t)U₃(t)= E₁(t)[-sin(_x+3₀)t-sin(_x+5₀)t] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -(2N-5)₀] t} + +(2N-3)₀] t} + = E₁(t)(-1)^Nsin[_x+(2N-1)₀] t

В процессе перемножения и суммирования осуществляют разворачивание спектра рефлексно-модулированного сигнала, получая модулированный сигнал с развернутыми боковыми полосами на частоте несущей f_x + f_o (2N-1), превышающей частоту f_x - f_o на величину, большую, чем верхняя граничная частота f_max спектра модулирующего сигнала, и детектируют его известными способами. Все три изложенных выше процесса обработки рефлексно-модулированных сигналов позволяют привести спектр преобразованного рефлексно-модулированного сигнала к описанному выше виду с развернутыми боковыми полосами, позволяющему выделить из обработанного рефлексно-модулированного сигнала модулирующий сигнал, то есть полезную информацию, известными методами. При приеме сигналов с рефлексной квадратурной модуляцией производят совместную обработку двух принятых посылок сигналов с рефлексной квадратурной модуляцией, причем их несущие имеют разность фаз K , где К - целое число. Функциональная схема, в которой осуществляют обработку сигналов с рефлексной квадратурной модуляцией, представлена на фиг. 12. На вход перемножителей 3₁ и 3₂ поступают посылки сигналов с рефлексной квадратурной модуляцией, например,

E_5-1(t) = E_1-1(t) cos _o t + E_1-2(t) sin _o t;

E_5-2(t) = E_1-1(t) cos(_ot+_o ) +

+ E_1-2(t) sin(_ot+_o ), где Е_1-1(t) - первый информационный сигнал и Е_1-2(t) - второй информационный сигнал, поступающие на передающей стороне на вход модулятора 1, _o= 2f_o.

На второй вход перемножителя 3₁ поступает гармонический сигнал U₁(t) = = 2 cos _xt , а на вход перемножителя 3₂-гармонический сигнал U₂(t) = 2 cos( _xt + + -_o). Частоты _x обоих гармонических сигналов одинаковы и превышают верхнюю граничную частоту f_o + f _lim спектра рефлексно-модулированного сигнала. Разность фаз гармонических сигналов равна -_o.

С выхода перемножителя 3₁ снимается напряжение

E_5-1(t) U₁(t) = E_1-1(t) х

х[cos( _x-_o)t + cos( _x+_o)t] +

+E_1-2 [-sin( _x-_o) t + sin ( _x-_o) t] .

С выхода перемножтеля 3₂ снимается напряжение

E_5-2(t)U₂(t)= E_1-1(t)[cos(_xt-₀t++2₀)+cos(_xt+₀t+)] +

+E_1-2[sin(_xt-₀t+-₀)+sin(_xt+₀t+)]

С выходов перемножителей 3₁ и 3₂ напряжения E_5-1(t) U₁(t) и Е_5-2(t) U₂(t) поступают на входы сумматора 4, где они алгебраически суммируются, в результате чего на выходе сумматора 4 появляется напряжение

E₆(t) = E_5-1(t) U₁(t) + E_5-2(t) U₂(t) =

= 2E_1-1(t) cos[( _x-_o)t + /2 - _o] х

х cos( /2 - _o)-2E_1-2 sin[( _x-_o)t +

+ /2 - _o ] cos( /2 - _o).

Таким образом, осуществляется формирование модулированного сигнала с развернутыми боковыми полосами на высокочастотной несущей f_x - f_o = (_x-_o)/2 . Затем этот модулированный сигнал подвергают детектированию обычными методами. Совместную обработку двух посылок сигналов с рефлексной квадратурной модуляцией, несущие которых имеют разность фаз _oK, можно осуществить также непосредственно при f_x = f_o. На фиг. 13 представлена функциональная схема обработки посылок рефлексно-модулированного сигнала. Первая посылка E_5-1(t) рефлексно-модулированного сигнала поступает на первые входы перемножителей 3₁ и 3₃. Вторая посылка E_5-2(t) поступает на первые входы перемножителей 3₂ и 3₄. На вторые входы перемножителей 3₁, 3₂, 3₃ и 3₄поступают соответственно гармонические сигналы

U₁(t) = 2 sin 2 f_ot,

U₂(t) = 2 sin(2 f_ot+-_o),

U₃(t) = 2 cos 2 f_o t и

U₄(t) = 2 cos(2 f_ot+-_o).

Предполагая , что 2 f_o= _o, представим напряжения на выходах перемножителей 3₁, 3₂, 3₃, 3₄. На выходе перемножителя 3 ₁

E_5-1(t) U₁(t) = E_5-1(t) 2 sin _o t =

= E_1-1(t) sin 2 _ot + E_1-2(t) - E_1-2(t) cos 2_ot.

На выходе перемножителя 3₂ E_5-2(t) U₂(t) = E_5-2(t) 2 sin(2 f_o+-_o) = = E_5-2(t) sin(_ot+-_o) = = E_1-1(t) sin(-2_o) + E_1-1(t) sin(2 _ot+)+ + E_1-2(t) cos(-2_o) - E_1-2(t) cos(2 _ot+).

Напряжения, получаемые в результате перемножений в перемножителях 3₁ и 3₂, алгебраически суммируют в сумматоре 4₁, получая E_1-2(t) cos (-2_o) + E_1-1 sin(-2_o), то есть на выходе сумматора 4₁ непосредственно появляется модулирующий сигнал E_1-2(t) при _o= /2, поскольку

сos ( - 2 ) = 1, sin ( - 2 ) = 0.

На выходе перемножителя 3₃ имеем сигнал, напряжение которого равно

E_5-1(t) U₃(t) = E_1-1(t) +

+E_1-1(t) cos 2 _ot + E_1-2 sin 2 _o t.

На выходе перемножителя 3₄ аналогично получаем сигнал, напряжение которого равно

E_5-2( t) U₄(t) = E_1-1(t) cos(-2_o) +

+ E_1-1(t) cos(2 _ot+) -

-E_1-2(t) sin( -2_o) +

+ E₁(t) sin(2 _ot+).

Напряжения, получаемые на выходах перемножителей 3₃ и 3₄, алгебраически суммируют в сумматоре 4₂, получая E_1-1(t) cos (-2_o) - E_1-2(t) sin (-2_o), то есть на выходе сумматора 4₂ непосредственно выделяется второй модулирующий сигнал E_1-1(t) при _o= /2 .

В том случае, если _o отличается от /2, то дополнительно алгебраически суммируют сигналы, получаемые с выходов сумматоров 4₁ и 4₂ в дополнительных сумматорах 4₃ и 4₄. Таким образом, в данном случае операции обработки рефлексно-модулированных сигналов и детектирование совмещены. При приеме сигналов с рефлексной угловой модуляцией их обработку возможно производить так, как описано выше со ссылкой на фиг. 12 для случая сигналов с рефлексной квадратурной модуляцией. В данном случае производят совместную обработку двух принятых посылок сигналов с рефлексной угловой модуляцией, несущие которых имеют разность фаз _oK. Поскольку математические выражения для частотного и фазового спектров при угловой модуляции достаточно громоздки, то приведем упрощенное описание процессов. На фиг. 15 приведен вид комплексного спектра при угловой модуляции высокочастотной несущей одним гармоническим сигналом с частотой . В таком спектре амплитуда n-й боковой составляющей равна a_n = U_o I_n (m), то есть при заданном индексе модуляции m пропорционально | I_n(m) | , где I_n(m) - функция Бесселя 1-го рода n-го порядка от аргумента m, U_o - амплитуда модулирующего сигнала. Нечетные верхние и нижние боковые составляющие находятся в противофазе, а четные синфазны. На первый вход перемножителя 3₁ поступает рефлексно-модулированный сигнал E_5-1(t), на второй вход -гармонический сигнал U₁(t) = 2 sin _xt. На выходе перемножителя 3₁ появляется сигнал -результат перемножения - E_5-1(t)U₁(t). Аналогично на первый и второй входы перемножителя 3₂соответственно поступают рефлексно-модулированный сигнал E_5-2(t) и гармонический сигнал U₂(t) = = 2 sin( _xt+-_o).

С выхода перемножителя 3₂ снимается напряжение E_5-2(t) U₂(t).

Напряжение с выходов перемножителей 3₁ и 3₂ поступает на входы сумматора 4. Опишем этот процесс подробнее.

Сигнал на выходе сумматора 4



= (-1)ⁿa_ncos[(_x-₀)t+ -₀-nt]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

+a₄cos[(_x-₀)t+ -₀-4t]

-a₃cos[(_x-₀)t+ -₀-3t]

+a₂cos[(_x-₀)t+ -₀-2t]

-a₁cos[(_x-₀)t+ -₀-t]

+a₀cos[(_x-₀)t+ -₀]

+a₁cos[(_x-₀)t+ -₀+t]

+a₂cos[(_x-₀)t+ -₀+2t]

+a₃cos[(_x-₀)t+ -₀+3t]

+a₄cos[(_x-₀)t+ -₀+4t]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

+a_ncos[(_x-₀)t+ -₀+nt]

Полученный сигнал имеет спектр, аналогичный спектру сигнала с угловой модуляцией на высокочастотной несущей, и отличается лишь сдвигом по частоте на величину _o и по фазе на величину /2-_o , то есть осуществлено преобразование сигнала с рефлексной угловой модуляцией в сигнал с угловой модуляцией на высокочастотной несущей, который детектирует известными приемами, получая модулирующий сигнал.

Предлагаемый способ передачи и приема рефлексно-модулированного сигнала обладает рядом преимуществ по сравнению с известными способами передачи и приема информации техники и связи. Так, по сравнению с известными способами передачи и приема широкополосных сигналов на сравнительно низкочастотной несущей с частично подавленной нижней боковой полосой рефлексная модуляция позволяет использовать несущую, частота которой может быть на несколько порядков ниже, чем разность между верхней и нижней граничными частотами одной боковой полосы.

Техническое осуществление, формирование и прием рефлексно-модулированных сигналов при широкополосных модулирующих сигналах, спектр которых содержит "нулевые" частоты, не вызывают таких технических трудностей, как при формировании и приеме сигналов однополосной радиопередачи. Благодаря сохранению в спектре рефлексно-модулированного сигнала частотных составляющих верхней и нижней боковой в нем отсутствует квадратурная составляющая, имеющаяся в сигналах однополосной передачи и приема, поэтому ошибка в фазе восстановленной несущей рефлексно-модулированного сигнала не приводит к искажениям при выделении модулирующего сигнала в отличие от того, что происходит в этом случае при приеме сигналов однополосной радиопередачи. Кроме того, не были известны способы передачи на сравнительно низкочастотной несущей одновременно двух сигналов (квадратурная модуляция), сигналов с угловой модуляцией, так как при этих видах модуляции даже частичное подавление одной боковой полосы недопустимо.

По сравнению с передачей сигналов с квадратурной модуляцией и сигналов с угловой модуляцией на высокой частоте рефлексно-модулированный сигнал занимает в канале связи полосу частот, практически равную ширине одной боковой полосы. Это происходит за счет эквивалентного обмена полосы на время передачи. Осуществить операцию полного обмена полосы частот на время передачи для широкополосных сигналов при квадратурной и угловых видах модуляции на высокочастотной несущей хотя и можно теоретически, но нереализуемо в практическом плане из-за невозможности реализации фильтров с бесконечно крутым или почти бесконечно крутым срезом частотной характеристики. Как правило, при передаче сигналов с квадратурной модуляцией на частоте несущей, равной или мало превышающей разность между верхней и нижней боковыми частотами, существенную помеху его приему и демодуляции составляет наличие фазовых искажений в полосе модулированного сигнала, поэтому такой вид передачи стараются не использовать. Напротив, при рефлексной квадратурной модуляции и рефлексной угловой модуляции неравномерности фазочастотной характеристики практически одинаково влияют на верхнюю и нижнюю боковые полосы, особенно при низкой частоте несущей, то есть практически не возникает перекрестных искажений между модулирующими сигналами при демодуляции рефлексных квадратурно-модулированных сигналов, а также отсутствуют искажения при демодуляции сигналов с рефлексной угловой модуляцией.

Известно, что перекрестные искажения между модулирующими сигналами при квадратурной модуляции, а также искажения выделяемых сигналов при угловой модуляции высокочастотной несущей возникают при неравномерностях амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) канала связи, приводящих к паразитному ослаблению одной боковой полосы. При передаче сигналов с рефлексной квадратурной модуляцией и сигналов с рефлексной угловой модуляцией на низкочастотной несущей неравномерности АЧХ канала связи могут привести практически лишь к одинаковому ограничению как верхней, так и нижней боковых полос, что эквивалентно симметричному ограничению боковых полос сигналов с квадратурной модуляцией и сигналов с угловой модуляцией на высокочастотной несущей. Такие ограничения не препятствуют полному разделению сигналов при квадратурной модуляции, создают меньшие искажения при угловой модуляции.

Помехозащищенность рефлексно-модулированных сигналов не уступает помехозащищенности при передаче видеосигналов или балансно-модулированных сигналов с двумя боковыми на высокочастотной несущей. Так, например, при квадратурной модуляции на высокочастотной несущей

a(t)cos_xt+b(t)sin_xt+ cos(_xt+_N) где a(t) и b(t) - модулирующие сигналы с полосой частот f каждый, Р_N - мощность "белого" шума в полосе частот f, _x= 2f_x, f_x - высокочастотная несущая, _N - шумовая фаза.

Полоса частот канала связи при передаче такого квадратурно-модулированного сигнала равна f_xf, мощность "белого" шума в это полосе частот 2Р_N.

При выделении методом синхронного детектирования модулирующего сигнала a(t) на выходе фильтра низких частот после синхронного детектора появится суммарное напряжение сигнала и шумов, равное

a+ cos_N, поскольку в общем случае принято считать среднее значение _N равным /4, cos _N = = 0,707 и отношение сигнала к шуму на выходе фильтра низких частот в канале выделения модулирующего сигнала a(t) составит .

При рефлексной квадратурной модуляции низкочастотной несущей, частота которой f_o<< f, полоса частот канала связи при передаче такого рефлексно-модулированного сигнала f.

Первая посылка рефлексно-модулированного сигнала и напряжения шума в канале связи

a(t)cos₀t+b(t)sin₀t+ , где _o= 2f_o.

Вторая посылка рефлексно-модулированного сигнала и напряжения шумов в канале связи

a(t)sin₀t+b(t)cos₀t+ причем напряжения шумов в первой и второй посылках статистически независимы.

Напряжения сигнала и шумов в канале выделения сигнала а(t)

a(t)+ cos₀t- sin₀t= a(t)+ sin(₀t+_N)

Мощность шума в канале выделения сигнала a(t) составляет

2Pcos²(₀t+_N)d= P_N отношение сигнал-шум - .

Таким образом, преимущества предлагаемого способа передачи и приема рефлексно-модулированных сигналов не сопровождаются ослаблением помехозащищенности.

Ниже указаны применения способа приема и передачи рефлексно-модулированных сигналов в различных системах связи.

Наиболее очевидными представляются передача широкополосных сигналов по видеочастотному тракту, в котором имеется высокий уровень низкочастотных помех, в том числе наводки от токов промышленной частоты, а также одновременная с сигналом передача низкочастотных напряжений для питания аппаратуры (междугородные кабельные линии связи). Применение способа позволяет в этом случае исключить из сигнала нулевые частоты на передающей стороне и осуществить эффективное подавление низкочастотных помех на приемной стороне методом фильтрации.

Другая область применения - в комбинированных трактах, состоящих из последовательно включенных радиочастотных, видеочастотных и волоконнооптических линий связи. В таких трактах применение предлагаемого способа позволяет избежать проведения повторного промежуточного детектирования, повторной модуляции и соответственно искажений информационного сигнала при этих операциях.

Еще одна область применения способа передачи и приема рефлексно-модулированных сигналов - это создание сложных многофункциональных сигналов в различных радиотехнических и телевизионных системах, например в системах цветного телевидения, стереоцветного телевидения и в системах телевидения высокой четкости.