Пристрій формування багатопозиційних багаточастотних сигналів

Пристрій формування багатопозиційних багаточастотних сигналів, що складається з генератора високостабільного опорного несучого коливання, вихід якого підключений до опорного входу першого змішувача і через пристрій обертання фази на / 2 до опорного входу другого змішувача, а виходи першого і другого змішувачів з'єднані зі входом суматора, вихід якого є виходом формувача багатопозиційного сигналу, при цьому його вхід з'єднаний з першим входом шифратора та з входом пристрою виділення тактової частоти, вихід якого підключений до входу першого подільника тактової частоти, а його вихід з'єднаний з другим входом шифратора, два виходи якого є виходами формувача квадратурних складових, який відрізняється тим, що додатково введені U 2 (19) 1 3 з'єднані зі входами суматора, а його вихід є виходом формувача багатопозиційного сигналу. Однак, відомий пристрій формування багатопозиційних сигналів не забезпечує можливості формування ББЧС виду частотно-часових послідовностей в яких в процесі модуляції несуча частота змінюється стрибками [2, 3]. Відомий факт пояснюється тим, що в формувачі квадратурних складових прототипу формуються квадратурні низькочастотні напруги aS(t)=a(t)sinφ(t) та aC(t)=a(t)cosφ(t), де a(t) і φ(t) - амплітуда і фаза цих квадратурних величин, що визначаються у відповідності з багатопозиційним кодом. При цьому a(t), φ(t), а також квадратурні складові є постійними в часі на тривалості передавання одного символу, що дорівнює тривалості вхідного блоку даних. В наслідок цього в прототипі відсутня можливість передавання блоків даних у вигляді послідовностей М - радіоімпульсів з різними значеннями частот з набору f1, f2,..., fM [2, 3], які можуть бути підданий маніпуляції по амплітуді і фазі і, крім того, закон зміни несучих частот може бути визначений довільним чином. Поставлена мета - забезпечення формування ББЧС з довільною амплітудно-фазовою маніпуляцією - досягається усуненням деяких відрізняючих ознак прототипу і його доповненням рядом суттєвих нових ознак. Завдяки цьому забезпечується можливість формування ББЧС виду частотночасових послідовностей з можливістю незалежної модуляції кожного частотно-часового елементу з застосуванням різних типів багатопозиційної модуляції (BPSK, QPSK, 8-PSK, 16-QAM, 32-QAM, 64QAM і т.д.). В відомий пристрій [1] додатково введені другий дільник тактової частоти, третій, четвертий, п'ятий і шостий змішувачі, пристрій віднімання, додатковий суматор, а також формувач опорних функцій модуляції. При цьому, перший вихід формувача квадратурних складових з'єднаний з сигнальними входами третього і п'ятого змішувачів, а його другий вихід з'єднаний з сигнальними входами четвертого і шостого змішувачів. Опорні входи третього і шостого змішувачів об'єднані і підключені до другого виходу формувача опорних функцій модуляції, перший вихід якого з'єднаний з об'єднаними опорними входами четвертого і п'ятого змішувачів. Виходи третього і четвертого змішувачів підключені до входів пристрою віднімання, вихід якого з'єднаний з сигнальним входом першого змішувача, а сигнальний вхід другого змішувача підключений до виходу додаткового суматора, входи якого з'єднані з виходами п'ятого і шостого змішувачів. Об'єднаний вихід першого дільника тактової частоти підключений до першого входу формувача опорних функцій модуляції, другого входу шифратора і входу другого дільника тактової частоти, вихід якого з'єднано з другим входом формувача опорних функцій модуляції. На Фіг.1 приведена структурна схема пристрою формування ББЧС вигляду частотночасових послідовностей. На Фіг.2-4 приведені спектральні і часові характеристики ББЧС виду оптимальних частотно-часових послідовностей [2, 3] сформованих на виході імітаційної моделі при 17320 4 строю формування ББЧС виконаною в системі MATLAB при і=1, φ(k)= /2, a(k)=1 та М=4, М=6, М=12 у відповідності. Пристрій формування ББЧС реалізується за допомогою: 1 - генератора високостабільного опорного несучого коливання; 2 - пристрою обертання фази на /2; 3 - першого змішувача; 4 - другого змішувачів; 5 - суматора; 6 - формувача квадратурних складових; 7 - шифратора; 8 - пристрою виділення тактової частоти; 9 - першого дільника тактової частоти; 10 - другого дільника тактової частоти 11 - третього змішувача; 12 - четвертого змішувача; 13 - п'ятого змішувача; 14 - шостого змішувача; 15 - пристрою віднімання; 16 - додаткового суматора; 17 - формувача опорних функцій модуляції. Пристрій формування ББЧС працює наступним чином. На вхід формувача квадратурних складових 6 поступають вхідні інформаційні біти. Пристрій виділення тактової частоти 8 визначає моменти тактових точок, що є кратні тривалості біта. Тактові імпульси з виходу цього пристрою надходять до входу першого дільника тактової частоти 9. Коефіцієнт ділення частоти цього пристрою визначається позиційністю коду, що застосовується для внутрішньої маніпуляції кожного частотно-часового елементу. Шифратор 7 розбиває вхідний потік бітів на блоки по n=log2m біт кожен, де m - позиційність коду що застосовується. Отже, тривалість блоку буде дорівнювати тривалості частотно-часового елементу. На виходах шифратора формуються складові Aφ(k)=a(k)cosφ(k) та Âφ(k)=a(k)sinφ(k) з відповідними значеннями амплітуди a(k) та фази φ(k), де k 1 M - номер частотно-часового елементу , ББЧС [3]. З виходу шифратора складова Аφ(k) надходить на входи третього 11 і п'ятого 13 змішувачів, a Âφ(k) на входи четвертого 12 і шостого 14 змішувачів. Пристрій формування опорних функцій модуляції 17 виконує формування синфазних Iі(t,k) і квадратурних Qі(t,k) складових опорних функцій модуляції, де k 1 M - номер реалізації частотно, часових послідовностей [2, 3]. Це формування відбувається у відповідності від структури багатопозиційного сигналу (від M) та швидкості передачі інформації. Опорні функції модуляції можливо визначити, як C(i, k ) , (1) Ii ( t, k ) sin 0 Qi ( t, k ) cos C(i, k ) , 0 де C(i,k) - деякий багатопозиційний сигнал, що однозначно визначається матрицею номерів частот [2]; 0 - час тривалості одного частотно-часового 5 елементу. Формування опорних функцій модуляції детермінованого ББЧС [2] можливо здійснити попереднім розрахунком їх значень з встановленим кроком дискретизації та збереженням їх в пам'яті пристрою. Це забезпечується завдяки тому, що для незмінної структури сигналу їх значення є однаковим для кожної відповідної точки. У разі зміни структури частотно-часового сигналу здійснюється новий розрахунок цих значень і проводиться перезапису їх в пам'ять. Процес формування опорних функцій модуляції здійснюється зволікання їх з пам'яті, що значно підвищує бистродію цього пристрою. Для синхронізації роботи шифратора і пристрою формування опорних функцій модуляції використовується пристрій виділення тактової частоти 8, перший 9 і другий 10 дільники частот. Імпульси синхронізації з виходу першого дільника частоти визначають часові межі частотно-часового елементу (параметр k в формулі (1)), а імпульси синхронізації з виходу другого дільника визначають моменти часу початку формування чергового ББЧС. На вхід другого дільника частоти поступають імпульси з виходу першого дільника, при цьому коефіцієнт ділення другого дільника тактової частоти встановлюється відповідно до кількості частотно-часових елементів (М) в ББЧС. З виходу першого дільника, також, частота поступає на керуючий вхід шифратора і перший вхід пристрою формування опорних функцій модуляції, до другого входу якого поступає частота з виходу другого дільника частоти. У відповідності до значення керуючої інформації пристрій формування опорних функцій модуляції формує значення Iі(t,k) і Qі(t,k), що надходять на входи четвертого 12 і шостого 14 та третього 11 і п'ятого 13 змішувачів у відповідності. Складові з виходів третього Aφ(t,k)·Qі(t,k) та четвертого Âφ(t,k)·Iі(t,k) змішувачів поступають на вхід пристрою віднімання 15, а з виходів п'ятого Âφ(k)·Qі(t,k) та шостого Aφ(k)·Iі(t,k) змішувачів на вхід додаткового суматора 16. Внаслідок чого, на виході пристрою віднімання отримуються наступні складові aС(t,k)=Aφ(t,k)·Qі(t,k)-Âφ(t,k)·Iі(t,k), (2) а на виході додаткового суматора aS(t,k)=Aφ(t,k)·Iі(t,k)+Âφ(t,k)·Qі(t,k). (3) З пристрою віднімання складові aC(t,k) поступають на вхід першого змішувача 3 синфазного каналу. З виходу додаткового суматора складові aS(t,k) поступають на другий змішувач 4 квадратурного каналу. Генератор високостабільного опорного коливання 1 здійснює формування базисних опорних складових sin2 f0t, де f0 - несуча частота ББЧС. Ці складові поступають на опорний вхід першого змішувача і на пристрій обертання фази 17320 6 на /2 2, що здійснює зсув базисних опорних складових високостабільного опорного генератора на величину /2. В наслідок цього на його виході утворюються базисні опорні складові cos2 f0t, що надходять на опорний вхід другого змішувача 4. В результаті на виході першого змішувача утворюються синфазні AC(t)=aC(t,k)·sin2 f0t, а другого змішувача - квадратурні AS(t)=as(t,k)·cos2 f0t складові ББЧС. Вони надходять на входи суматора 5, на виході якого утворюється ББЧС Ai(t)=AC(t)+AC(t). (4) Якщо в вираз (4) підставити всі викладені вище значення і зробити перетворення і скорочення то отримаємо Ai(t)=a(k)·sin[2 f(t,k)t+φ(k)], (5) де f(t,k) - значення частоти для k-го частотночасового елементу. Як видно з [2, 3] вираз (5) повністю описує ББЧС виду ЧЧП з довільним видом фазової, або фазової і амплітудної маніпуляції кожного частотно-часового елементу. Пристрій що пропонується, дозволяє розширити функціональні можливості за рахунок забезпечення формування ББЧС у якого кожен частотно-часовий елемент може бути проманіпульованим по фізі, або по фазі і амплітуді незалежно один від одного. При цьому, кожен новий черговий блок інформаційних бітів буде передаватися на іншій частоті. При швидких інтерференційних завмираннях, що виникають в умовах інтерференційного поширення радіохвиль, забезпечується підвищення завадостійкості завдяки реалізації ідеї рознесеного передавання по частоті [4]. Список використаної літератури: 1. Бабич В.Д., Кувшинов О.В., Лівенцев С.П., Лежнюк О.П. Модульовані сигнали: Навчальний посібник. - К.: КВІУЗ, 2001. с. 136-141. 2. Бабіч В.Д., Пасічник С.Г., Яриловець А.В. Кореляційні характеристики широкосмугових сигналів телекомунікаційних систем на основі фазочастотно-часових послідовностей. Зв'язок. - 2006 №2 с. 55-58. 3. Бабіч В.Д., Пасічник С.Г., Яриловець А.В. Широкосмуговий сигнал з стрибкоподібною зміною частоти для високошвидкісних цифрових тропосферних радіоліній. Зв'язок. - 2006 - №1 с. 53-57. 4. Борисов В.И., Зинчук В.М., Лимарев А.Е., Мухин Н.П., Шестопалов В.И. Помехозащищѐнность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты. - М.: Радио и связь, 2000. - 384 с. 7 17320 8 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 17320 Підписне 10 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