способ передачи и приема дискретных сигналов

Формула изобретения

Способ передачи и приема дискретных сигналов, заключающийся в том, что в процессе передачи формируют частотно-манипулированный сигнал с непрерывной фазой, передают его посылками одинаковой длительности на двух несущих частотах, принимают на приемной стороне, фильтруют аналоговый сигнал, оцифровывают и демодулируют, отличающийся тем, что при передаче несущие частоты выбирают так, чтобы в интервал времени, соответствующий одному биту, передавалось четное число полупериодов несущей частоты f₁ или нечетное число частоты f₂, при приеме после оцифровки фильтруют цифровой сигнал, а демодуляцию осуществляют по скользящей автокорреляционной функции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для передачи дискретной информации с относительной частотной манипуляцией по проводным и беспроводным линиям связи.

Известен способ для передачи и приема дискретных сигналов (А.с. СССР 1223394, МКИ⁴ H 04 L 27/18, 1986 г.), согласно которому при передаче дискретный сигнал из посылок одинаковой длительности разделяют на нечетные и четные посылки и на циклы Т, состоящие из двух частей (по Т/2), сигнал модулируют на трех частотах, причем нечетные посылки передают на первой несущей частоте f₁, а четные посылки - на второй несущей частоте f₂ в первой части цикла и на третьей несущей частоте f"₂ во второй, при приеме границы посылок и циклов дискретного сигнала определяют по фиксации моментов смены несущих частот, а знаки посылок дискретного сигнала - путем поочередного сравнения фаз двух соседних нечетных и четных фазоманипулированных посылок несущих частот.

Недостаток данного способа - низкая надежность при определении тактовой синхронизации и, соответственно, низкая помехозащищенность при определении фазы сигнала, а также сложность реализации из-за необходимости использования трех несущих частот.

В известном способе приема двоичных фазоманипулированных сигналов на 180^o с фазоразностной модуляцией (см. Окунев Ю.Б. Цифровая передача информации фазомодулированными сигналами. - М.: Радио и связь. - 1991, стр. 33-34, 197-208) сигнал, принимаемый автокорреляционным приемником, перемножается с задержанным на один такт сигналом по синхроимпульсу с устройства тактовой синхронизации.

Недостаток данного способа - необходимость наличия точной тактовой синхронизации, наличие разрыва фазы, что приводит к потерям энергии сигнала на внеполосные излучения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ для передачи и приема дискретных сигналов, реализуемый демодулятором сигналов с минимальной частотной манипуляцией (А.с. СССР 1401635, МКИ⁴ H 04 L 27/14, 1988 г.), согласно которому сигнал с минимальной частотной манипуляцией без разрыва фазы при демодуляции сравнивается с эталонными сигналами в соответствии с импульсами синхронизатора.

Недостаток данного метода заключается в необходимости передавать синхроимпульсы по этому же или другому каналу передачи или осуществлять временную синхронизацию, что сужает область применения данного устройства, а также в понижении помехоустойчивости при флуктуациях фазы и частоты сигнала.

В основу изобретения поставлена задача повышения достоверности приема при ухудшении условий тактовой синхронизации и флуктуациях частоты и фазы за счет корреляционной связи между соседними символами и снижения требований к тактовой синхронизации.

Поставленная задача решается тем, что используется способ передачи и приема дискретных сигналов, заключающийся в том, что в процессе передачи формируют частотно-манипулированный сигнал с непрерывной фазой, передают его посылками одинаковой длительности на двух несущих частотах, принимают его на приемной стороне, фильтруют аналоговый сигнал, оцифровывают и демодулируют, по которому в отличие от прототипа при передаче несущие частоты выбирают так, чтобы в интервал времени, соответствующий одному биту, передавалось четное число полупериодов несущей частоты f₁ или нечетное число полупериодов несущей частоты f₂, при приеме после оцифровки фильтруют цифровой сигнал, а демодуляцию осуществляют по скользящей автокорреляционной функции.

Конкретные значения несущих частот f₁ и f₂, параметров аналогового и цифрового фильтра, числа полупериодов, приходящихся на интервал времени, соответствующий одному биту, выбирают исходя из технических возможностей аппаратуры передачи и приема, а также параметров канала передачи.

Пример конкретной реализации способа

Принцип работы по предлагаемому способу передачи и приема заключается в следующем.

Дискретный сигнал передают посылками одинаковой длительности на двух частотах f₁ и f₂, при этом на k-ом тактовом интервале сигнал представляют одним из двух элементарных сигналов:



где t -время;

А - амплитуда сигнала;

₀ - сдвиг фаз для обеспечения плавного фазового перехода между отдельными битами.

Несущие частоты f₁ и f₂ выбирают так, чтобы в интервал, соответствующий одному биту, уложилось четное число полупериодов частоты f₁ и нечетное число полупериодов частоты f₂. Для обеспечения плавного фазового перехода начальную фазу каждой посылки выбирают равной фазе сигнала в конце предыдущей посылки. Начальную фазу первой посылки выбирают кратной 180^o.

Сформированный частотно-манипулированный сигнал (фиг.1) передают по беспроводному или проводному каналу передачи.

На приемной стороне сигнал принимают, фильтруют аналоговый сигнал так, чтобы верхняя частота фильтра была меньше или равна половине частоты дискретизации АЦП. Далее сигнал оцифровывают и фильтруют полосовым фильтром. Ширину полосы пропускания фильтра выбирают исходя из априорной информации о характере помех и несущих частот f₁ и f₂. Полосу пропускания фильтра выбирают как можно более узкой, чтобы уменьшить влияние шума, и в то же время достаточно широкой, чтобы линейные искажения сигнала, а также эффект перетекания мощностей двух близко находящихся в спектральной области сигналов незначительно снижали помехоустойчивость.

Демодуляцию сигнала осуществляют по скользящей автокорреляционной функции.

Первую точку для скользящей автокорреляционной функции вычисляют по формуле



где N - количество отсчетов, приходящихся на один бит.

Для уменьшения вычислительных затрат следующие точки автокорреляционной функции вычисляют по формуле

R_i=R_i-1-x_i-1x_i-1+N+x_i+Nx_i+N+N, i=1, 2,...

Полученная скользящая автокорреляционная функция в соответствии с передаваемой дискретной информацией (фиг.1а), приведена на фиг.2б.

Тактовую синхронизацию на приемной стороне определяют по моментам перехода автокорреляционной функции через ноль, причем синхронизацию проводят по нескольким таким переходам для обеспечения более точной синхронизации.

Рассчитаем, чему будет равна автокорреляционная функция для принимаемого сигнала с единичной амплитудой в точках перехода бит без воздействия помех. Примем, что на частоте ₁ в интервал, соответствующий одному биту, укладывается четное число полупериодов и это соответствует логической "1", а на частоте f₂ - нечетное число полупериодов - логический "0". Автокорреляционная функция для двух логических "1", вычисленная в точке перехода бит, равна



где f_d - частота дискретизации.

Для двух логических "0" автокорреляционная функция равна R=-0,5. Если идет переход разных бит, то R=0. Но если автокорреляционная функция вычисляется для точек, начало отсчета которых находится нe в точке перехода бит, то автокорреляционная функция будет учитывать связь между собой трех бит. Так, в точке, отстоящей на расстоянии N/2 от точки перехода бит (условной точки отсчета), скользящая автокорреляционная функция для последовательности бит 1-->0-->1 вычисляется по формуле



Численное значение автокорреляционной функции в этом случае зависит от соотношения между несущими частотами f₁ и f₂. Так, если f₁=15 и f₂=16,5, то R=0,34. Аналогично, если последовательность бит 0-->1-->0, то R=-0,34.

Для повышения достоверности приема и упрощения анализа автокорреляционной функции частоты f₁ и f₂ выбирают так, чтобы число полупериодов, приходящихся на каждый из интервалов, отличалось не более чем на один. В этом случае автокорреляционная функция, вычисленная внутри интервала, соответствующего одному биту, имеет только положительные (для последовательности бит 0-->1-->0) или отрицательные (для последовательности бит 1-->0-->1) значения и не переходит через ноль.

Так, исследуя автокорреляционную функцию и учитывая данные тригонометрические закономерности, можно определить исходную дискретную информацию.

Моделирование устройств, реализующих заявляемый способ и прототип, показало, что при ухудшении условий тактовой синхронизации на десятки процентов и флуктуациях частоты и фазы от номинальных значений, вследствие воздействия каких-либо внешних и внутренних помех (эффект Доплера, нестабильности задающих генераторов, изменение параметров канала передачи и т.п.), предлагаемый способ позволяет повысить достоверность приема дискретной информации по сравнении с прототипом. Кроме того, предлагаемый способ, в отличие от прототипа, позволяет осуществлять передачу и прием информации при отсутствии устройства тактовой синхронизации (выделение отдельного канала, временная синхронизация и т.п.).

Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить достоверность приема при ухудшении условий тактовой синхронизации и флуктуациях частоты и фазы за счет учета корреляционной связи между соседними символами и снижения требований к тактовой синхронизации.