Спосіб передачі цифрової інформації аналоговим каналом

1. Спосіб передачі цифрової інформації аналоговим каналом, при якому один або кілька параметрів гармонічного коливання модулюють передаваною цифровою послідовністю, модульований аналоговий сигнал передають аналоговим каналом зв'язку, приймають і шляхом демодуляції отримують початкову цифрову послідовність, який відрізняється тим, що модуляцію здійснюють шляхом зміни одного або декількох параметрів первинного гармонічного коливання C2 2 77621 1 3 тному діапазоні 2500 або 5000Мгц. Максимально можлива ідеальна швидкість передачі даних складає 54Мб/с, що відповідає вказаному відношенню 46:1. Проте, слід зазначити, що дане співвідношення навіть за твердженням фірми-виробника добитися вкрай складно. Реальні ж значення швидкості передачі даних складають 1Мбіт/сек, що відповідає відношенню 2500:1. Наприклад, з опису винаходу до патенту РФ 2211530 С2 [дата публікації 27.08.2003, МПК7: Н03М 1/00, H04L 27/10] відомий спосіб передачі інформації, який полягає в тому, що на передавальній стороні перетворюють першу послідовність цифрових відліків у перший аналоговий сигнал шляхом перемножування з сигналом заданої функції відліків; передають сформований аналоговий сигнал по лінії зв'язку; на приймальній стороні приймають переданий аналоговий сигнал з лінії зв'язку; відновлюють з прийнятого аналогового сигналу першу послідовність цифрових відліків, який відрізняється тим, що на передавальній стороні перетворюють другу послідовність цифрових відліків у другий аналоговий сигнал шляхом перемножування з сигналом згаданої заданої функції відліків, при цьому моменти тактування відліків для другої послідовності цифрових відліків розташовують між моментами тактування відліків для першої послідовності цифрових відліків; перший аналоговий сигнал отримують шляхом перетворення цифрових відліків, значення яких рівні різниці цифрових відліків згаданої першої послідовності і значень другого аналогового сигналу в моменти тактування відліків для згаданої першої послідовності; підсумовують перший і другий аналогові сигнали, після чого і передають сформований сумарний аналоговий сигнал лінією зв'язку; на приймальній стороні відновлюють цифрові відліки згаданої першої послідовності шляхом дискретизації прийнятого аналогового сигналу тактовою частотою; відновлені цифрові відліки згаданої першої послідовності перетворюють у перший аналоговий сигнал за допомогою сигналу згаданої наперед заданої функції відліків; віднімають відновлений перший аналоговий сигнал від прийнятого аналогового сигналу; відновлюють цифрові відліки згаданої другої послідовності з отриманого різницевого аналогового сигналу. Згідно з даними публікації, інформаційна місткість передаваного аналоговим каналом сигналу і відповідно швидкість передачі та прийому дискретної інформації з використанням телефонної лінії може бути збільшена майже в два рази в порівнянні із стандартною обробкою сигналу. На даний час найбільш передовою технологією передачі цифрових даних абонентськими телефонними лініями на звичайних мідних проводах є технологія xDSL. Зокрема, асиметрична цифрова абонентська лінія (ADSL) забезпечує швидкість передачі даних у напрямку абонента 8Мбіт/с, а в зворотному напрямку 1,5Мбіт/с. Разом загальна пропускна спроможність складає 9,5Мбіт/с. У повномасштабному варіанті ADSL за технологією DMT увесь діапазон частот від 0 до 1104кГц розділяється на 256 несучих частот з кроком 4,3125кГц. Таким чином, середня пропускна спроможність 77621 4 одного частотного каналу шириною близько 4кГц складає приблизно лише 37кбіт/с, що відповідає вказаній вище кількості коливань несучої на один біт інформації близько 15:1. Задачею винаходу є розробка способу передачі цифрових даних аналоговими каналами, в якому шляхом зміни одного або декількох параметрів несучої частоти корисним цифровим сигналом, який має бітову частоту, що перевищує частоту несучої, досягається значне збільшення інформаційної місткості сигналу несучої. Поставлена задача вирішена в способі передачі цифрових даних аналоговими каналами, при якому один або кілька параметрів гармонічного коливання модулюють передаваною цифровою послідовністю, модульований аналоговий сигнал передають аналоговим каналом зв'язку, приймають і шляхом демодуляції отримують початкову цифрову послідовність, в якому згідно з винаходом модуляцію здійснюють шляхом зміни одного або декількох параметрів первинного гармонічного коливання - амплітуди, частоти, фази, поляризації - за законом бітової послідовності, яка має частоту слідування, що перевищує частоту первинного гармонічного коливання, передачі сформованого таким чином сигналу несучої аналоговим каналом передачі даних, причому демодуляцію сигналу, прийнятого з каналу передачі даних, здійснюють шляхом порівняння миттєвих значень прийнятого сигналу з немодульованим сигналом, визначення положень і максимальних значень відхилень сигналу, виділення бітової послідовності шляхом компарування модульованих параметрів сигналу відносно емпірично визначеного порогового рівня. У формі здійснення винаходу методом амплітудної модуляції з гетеродинуванням частоти модуляцію здійснюють шляхом перемноження первинного гармонічного коливання з бітовою послідовністю, перемноження отриманого сигналу з сигналом гетеродина, частота якого близька до частоти первинного гармонічного сигналу, виділення смуговим фільтром модульованої несучої, що має різницеву частоту. При цьому сигнал, прийнятий з каналу передачі даних, попередньо обробляють фільтром, що має АЧХ, зворотну АЧХ смугового фільтру при модуляції. Як немодульований сигнал для вилучення несучої із сигналу, переданого каналом зв'язку, у разі амплітудної модуляції з гетеродинуванням використовують сигнал, що має різницеву частоту, а у разі решти видів модуляції може бути використаний сигнал, що має частоту первинного гармонічного коливання. Принципово можливі форми виконання винаходу, що стосуються амплітудної і/або частотної і/або фазової модуляції і/або зміни поляризації сигналу. Наведена в даному описі форма виконання винаходу стосується використання амплітудної модуляції гармонічного несучого сигналу, як найбільш наочної для розуміння. Проте вона не є вичерпною і такою, що обмежує об'єм домагань. При цьому виді модуляції є проста можливість перенесення частоти передаваної аналоговим каналом несучої у низькочастотну область спектру 5 шляхом гетеродинувания, що спрощує вимоги до каналу і до засобів апаратної реалізації способу. У описуваній формі здійснення винаходу за основу був узятий гармонічний сигнал з частотою 200кГц (Фіг.1). На негативну і позитивну напівхвилі періоду гармонічного сигналу з дотриманням полярності була накладена оброблена NRZ-кодом випадкова бітова послідовність із швидкістю 400Кбіт/с. При цьому амплітуда імпульсів перевищувала амплітуду гармонічного сигналу в 1000 разів (Фіг.2). Після цього на отриманий сигнал (Фіг.3) був накладений гармонічний сигнал гетеродина з частотою 160кГц, внаслідок чого були отримані дві складові спектру сигналу на сумарній (360кГц) і різницевій (40кГц) частотах [Фіг.4]. Була здійснена фільтрація сигналу фільтром Гауса на частоті 40кГц при смузі пропускання 10% на рівні сигналу 3 дБ (Фіг.5). Після передачі сформованого таким чином несучого сигналу (Фіг.6) аналоговим каналом зв'язку отриманий сигнал був підданий зворотній фільтрації для підняття високих частот з використанням фільтру, що має амплітудно-частотну характеристику (АЧХ), зворотну АЧХ смугового фільтру (Фіг.7(а)). Потім з отриманого сигналу шляхом віднімання гармонічного сигналу, що має частоту несучої, була видалена складова несучої. Після цього були визначені положення і максимальні значення змін сигналу (Фіг.7(б)). На Фіг.7 крива (в) відповідає сигналу Фіг.2 і наведена для наочності та полегшення розуміння обробки сигналу. Після придушення низьких частот були визначені абсолютні значення змін амплітуд і виділена передана випадкова бітова послідовність шляхом компарування відносно емпірично визначеного відносного рівня 0,2 (Фіг.8(а)). На цій епюрі крива (б) також відповідає сигналу Фіг.2 і наведена для наочності та полегшення розуміння обробки сигналу. При передачі на несучій, що має частоту 40кГц, була передана, прийнята і декодована випадкова бітова послідовність з бітовою швидкістю 400Кбіт/сек, що відповідає значенню вказаного вище відношення 1:10. 77621 6 Кількість помилок: 0. У згаданому вище варіанті ADSL за технологією DMT середня пропускна спроможність одного частотного каналу шириною близько 4кГц складає приблизно 37кбіт/с. В той же час, запропонований спосіб передачі цифрової інформації (описана форма здійснення винаходу] на частоті 40кГц при ширині частотного каналу 10% (4кГц) забезпечує пропускну спроможність 400кбіт/с, що на порядок вище. Запропонований спосіб передачі цифрової інформації має по порівнянню технологією ADSL також такі переваги. По-перше, в основі ADSL лежить квадратурна модуляція (QAM), при якій модулюється амплітуда і фаза несучої. В основі описаної форми здійснення винаходу лежить амплітудна модуляція, яка в порівнянні зі всіма іншими способами модуляції займає найменшу смугу частот. Це забезпечує, зокрема, зменшення міжканальної інтерференції при багатоканальному зв'язку. По-друге, в основі описаної форми здійснення винаходу лежить двопозиційна амплітудна модуляція. Таким чином, нормована відстань між точками сузір'я на комплексній площині, яка характеризує перешкодостійкість, дорівнює 1. В той же час, 16-позиційна квадратурна модуляція QAM має відстань, рівну 0,47. Таким чином, шляхом відповідної винаходу обробки сигналу досягається значне зменшення співвідношення між частотами несучого і модулюючого сигналів до значення 1:1 або менше, що означає збільшення інформаційної місткості передаваного аналоговим каналом сигналу, внаслідок чого досягається збільшена швидкість передачі даних. Вказані перетворення сигналів з метою попереднього визначення параметрів складових пристрою для здійснення способу були промодельовані також на комп'ютері з використанням програми MATLAB 7.0. Експериментальні дані з прийнятним відхиленням відповідали результатам моделювання. 7 Комп’ютерна верстка Б. Голік 77621 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601