Спосіб передавання цифрової інформації сигналами з компактним спектром

Спосіб передавання цифрової інформації без міжсимвольної інтерференції та міжканальних перешкод, що включає поділ вхідної послідовності двійкових сигналів на групи з чотирьох символів, яким ставляться у відповідність сигнальні неперервні функції з фінітним спектром, який відрізняє ться тим, що форму сигнальних функцій визначають за формулою: (13) 85361 функцій, які займають на часовій осі декілька тактових інтервалів. Найбільш близьким до пропонованого способу за сукупністю ознак є обраний в якості прототипу спосіб передавання цифрової інформації без міжсимвольної інтерференції [патент UA 84112 С2 МПК (2006) Н03М5/00, опубл. в Бюл. №17, 10.09.2008p.]. Сутність останнього полягає в тому, що для усунення сталої складової в спектрі цифрової багаторівневої послідовності пропонується використовува ти сигнальні функції спеціальної (11) Винахід належить до техніки зв'язку і може бути використаний в обладнаннях передачі цифрової інформації в будь-яких телекомунікаційних системах та мережах. Рівень техніки. Відомо, що в цифрових системах зв'язку застосовуються різні методи перетворення двійкових сигналів в багаторівневі сигнали, що змінює технічні характеристики цифрових систем. Відомі також способи передавання двійкових символів у вузькосмугових каналах за допомогою багаторівневих сигнальних UA 8 s 8(t) 0,5 1 -0,5 9 s 9(t) 0,5 -1 -0,5 10 s 10(t) -0,5 -1 0,5 11 s 11(t) -0,5 1 0,5 12 s 12(t) 1,5 1 -1,5 13 s 13(t) 1,5 -1 -1,5 14 s 14(t) -1,5 -1 1,5 15 s 15(t) -1,5 1 1,5, за допомогою якої визначають максимальне значення спектральної щільності усіх сигнальних функцій в середині смуги частот, де вона відрізняється від нуля, та її симетрію відносно цієї середини. (19) i=0, 1, ..., 15, де Т - тривалість тактового інтервалу; m, n, р коефіцієнти, які залежать від індексу і наступним чином: Сигнальна i m n p функція 0 s 0(t) 0,5 0 -0,5 1 s 1(t) -0,5 0 0,5 2 s 2(t) 1,5 0 -1,5 3 s 3(t) -1,5 0 1,5 4 s 4(t) 0,5 0 -1,5 5 s 5(t) -0,5 0 1,5 6 s 6(t) 1,5 0 -0,5 7 s 7(t) -1,5 0 0,5 C2 æ t - Tö s in p ç ÷ 2 T ø (m - n + p )(t T ) - (5m - 4 n + 3p )(t T ) + 6m - 3 n + 2p è , si (t ) = U × t -T æ t - 2T öæ t - 2T ö p ç ÷ç ÷ T è T øè T ø 3 85361 4 форми s i(t) i=0,...,7, які мають тривалість 3Т, де Т тривалість одного тактового інтервалу, та спектральну щільність, що дорівнює н улю на нульовій частоті для i Î{0,3,4,7} і нижче на 9,5дБ від максимального значення для i Î{1,2,5,6}. Недолік цієї цифрової системи зв'язку полягає у тому, що спектральна щільність усіх сигнальних функцій s i(t) i=0,1,...,7 набуває максимального значення на границі робочої смуги частот [0, wс], тобто на частоті wс=p/Т. Ця властивість приводить до виникнення міжканальних перешкод в процесі передавання цифрових потоків по фізичним каналам у багатоканальних системах з частотним ущільненням. Суть винаходу. В основу винаходу поставлено задачу ліквідувати цей недолік, а саме перенести максимум енергії у частотній області з границі смуги частот у середину часто тного інтервалу [0, wс], тобто на частоту wс/2. Технічне рішення цієї задачі здійснюється у два етапи. На першому етапі вхідна послідовність імпульсів двійкового сигналу розподіляється на групи з чотирьох символів. Кожна така група (сегмент) має тривалість 4T і містить одну з 16 можливих комбінацій із одиниць та нулів. На другому етапі кожній комбінації ставиться у відповідність одна із спеціальних сигнальних функцій s i(t) i=0,1,...,15. Спектральна щільність сигнальних функцій набуває максимального значення на частоті w=wс/2, а на границях смуги значення спектра мають однакові рівні, тобто кожна спектральна функція симетрична відносно середини інтервалу частот [0, wс]. Крім того, цифровий потік, що складається з функцій s i(t), містить детерміновану послідовність нулів з періодом 4T, яка може бути використана у приймальному пристрої і сприятиме більш стабільній роботі системи тактової синхронізації. Аналітичний вираз для і-ої запропонованої сигнальної функції (і=0,1,...,15) має наступний вигляд: æ t -Tö æ t - 2T ö æ t - 3T ö sinç p ÷ sinç p ÷ sinç p ÷ T ø T ø T ø è è è si ( t) = mU + nU + pU (1) t-T t - 2T t - 3T p p p T T T , 0≤t≤4T, де коефіцієнти m, n i p приймають значення, приведені в табл.1. Таблиця 1 i 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 Комбінація 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 Сигнальна функція s 0(t) s 1(t) s 2(t) s 3(t) s 4(t) s 5(t) s 6(t) s 7(t) s 8(t) s 9(t) s 10(t) s 11(t) s 12(t) s 13(t) s 14(t) s 15(t) m 0,5 -0,5 1,5 -1,5 0,5 -0,5 1,5 -1,5 0,5 0,5 -0,5 -0,5 1,5 1,5 -1,5 -1,5 n 0 0 0 0 0 0 0 0 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 p -0,5 0,5 -1,5 1,5 -1,5 1,5 -0,5 0,5 -0,5 -0,5 0,5 0,5 -1,5 -1,5 1,5 1,5 Для одержання зручного виразу, що дозволяє визначити функції s i(t), формулу (1) слід представити у вигляді: æ t -Tö sinç p ÷ 2 T ø (m - n + p )(t T ) - (5m - 4n + 3p )(t T) + 6m - 3n + 2 p è si (t ) = U × t-T æ t - 2 T öæ t - 2T ö p ç ÷ç ÷ T è T øè T ø (i=0,1,...,15). Сигнальні функції (2) поза робочої зони [0, 4T] теоретично визначені на інтервалі [-¥, ¥], але вони швидко загасають і дорівнюютьнулю в моменти (2) , кТ, де відбувається реєстрація сусідніх сигнальних функцій. В табл.2 представлені аналітичні вирази сигнальних функцій s t(t), і=0,...,15. 5 85361 6 Таблиця 2 № і m n р Функції s i(t) 1 0 0,5 0 -0,5 æ t - Tö sin ç p ÷ T ø 1 -U è × t-T t p -3 T T 2 1 -0,5 0 0,5 3 2 1,5 0 -1,5 4 3 -1,5 0 1,5 5 4 0,5 0 -1,5 6 7 8 9 10 11 12 13 5 6 7 8 9 10 11 12 -0,5 1,5 -1,5 0,5 0,5 -0,5 -0,5 1,5 0 0 0 1 -1 -1 1 1 æ t -Tö sinç p ÷ T ø 1 U è × t -T t p -3 T T æ t - Tö sin ç p ÷ T ø 3 -U è × t-T t p -3 T T æ t -Tö sinç p ÷ T ø 3 U è × t-T t p -3 T T æ t - Tö sin ç p ÷ T ø tT -U è × t-T t p -3 T T 1,5 æ t -Tö sinç p ÷ T ø tT U è × t-T t p -3 T T -0,5 æ t- Tö sinç p ÷ T ø t T- 4 U è × t- T t p -3 T T 0,5 æ t -Tö sinç p ÷ T ø t T-4 è -U × t- T t p -3 T T -0,5 æ t - Tö sin ç p ÷ T ø -U è × t-T p T -0,5 æ t - Tö sinç p ÷ T ø U è × t-T p T 0,5 (t T )2 - 3(t T ) + 1 æt öæ t ö ç - 2 ÷ç - 3 ÷ èT øè T ø (t T )2 - 5( t T ) + 5 æt öæ t ö ç - 2 ÷ç - 3 ÷ èT øè T ø æ t-Tö s in ç p ÷ 2 T ø (t T ) - 3 (t T ) + 1 è U × t- T æ t öæ t ö p ç - 2 ÷ç - 3 ÷ T T è øè T ø 0,5 æ t -Tö sinç p ÷ T ø -U è × t -T p T -1,5 æ t - Tö sinç p ÷ T ø è -U t-T p T (t T )2 - 5(t T) + 5 æt öæ t ö ç - 2 ÷ç - 3 ÷ èT øè T ø × (t T )2 - (t T ) - 3 æ t öæ t ö ç - 2÷ç - 3÷ èT øè T ø 7 85361 8 Продовження таблиці 2 № 14 15 16 і 13 14 15 m 1,5 -1,5 -1,5 n р -1,5 1,5 -1 -1 1 Функції s i(t) æ t - Tö sinç p ÷ T ø (t T )2 - 7(t T ) + 9 U è × t-T æt öæ t ö p ç - 2 ÷ç - 3 ÷ T èT øè T ø æ t -T ö s in p ç ÷ T ø U è t-T p T 1,5 Форма сигнальних функцій s 0(t)...s 15(f) приведена на Фіг.1. Послідовність сигнальних функцій, що сформовано згідно з табл.2, показано на Фіг.2. Така послідовність надходить безпосередньо до 2 2 p p - £w£ T T На Фіг.3 представлено графічне зображення модуля çSi(j w)ç, і=0,1,...,15. Спектральна щільність (3) відмінна від нуля в смузі частот -p/T£w£p/T та досягає максимуму на частотах w=±p/2T. На Фіг.4 представлена структурна схема системи зв'язку, що реалізує даний спосіб. Обладнання складається з передавача та приймача. До складу передавача входять: блок визначення номеру чотирибітової кодової комбінації (i=0,1,...,15) 1; блок тактової синхронізації 2; кодова книга 3, що містить записи сигнальних функцій si(t), i=0,...,15; цифроаналоговий перетворювач та пристрій узгодження з каналом зв'язку 4. До складу приймача входять: блок визначення границь сигнальних функцій si(t) 5; виділювач тактових синхронізуючих імпульсів 6; вирішуючий пристрій 7; кодова книга 8, що містить цифрові записи чотирибітових кодових комбінацій; цифроаналоговий перетворювач та пристрій узгодження формату двійкового потоку з характеристиками апаратури користувача 9. Система зв'язку працює наступним чином. Двійковий цифровий потік від джерела інформації надходить до блоку 1, що поділяє потік на групи з чотирьох символів та визначає номер утвореної таким чином комбінації відповідно до табл.1. Номер кодової комбінації i в паралельному коді надходить до кодової книги 3. Відповідно до (t T )2 - (t T ) - 3 æt öæ t ö ç - 2÷ç - 3 ÷ èT øè T ø æ t - Tö sinç p ÷ 2 T ø (t T) - 7(t T ) + 9 è -U × t-T æ t öæ t ö p ç - 2÷ç - 3÷ T èT øè T ø лінії зв'язку або подається на вхід модулятора радіостанції в системах безпроводового зв'язку. Модуль спектральної щільності сигнальної функції s i(f) має вигляд Si (jw) = UT m + n + p + 2n(m + p )cos wT + 2mp cos 2wT 2 × , (3) номеру з кодової книги витягається багаторівнева сигнальна функція s i(t) і в оцифрованому вигляді потрапляє до блоку 4, де після ЦАП набуває аналогової форми, після чого фільтрується, підсилюється і надходить до каналу зв'язку, що має відповідну пропускну спроможність. Синхронізуючі сигнали з блоку 2 узгоджують роботу усіх пристроїв передавача. На приймальній стороні вхідний інформаційний потік, який показано на Фіг.2, потрапляє до блоку 5, де за допомогою системи тактової синхронізації 6 поділяється на відрізки довжиною 4T, на яких розташовані багаторівневі сигнальні функції s i(t). Вирішуючий пристрій 7 вимірює миттєві відліки в точках tk=kT, t k+1=(k+1)Т та t k+2=(k+2)Т і оцінює значення коефіцієнтів m, n та р, після чого згідно з табл.2 встановлюється номер двійкової кодової комбінації i, який у паралельному коді надходить до кодової книги 8. Відповідно до номеру з кодової книги витягається оцифрована комбінація з чотирьох двійкових символів, яка після блоку 9 реалізується у вигляді набору з чотирьох імпульсів у певному форматі, що збігається із технічними характеристиками терміналу користувача. На Фіг.5 зображено око-діаграму, тобто суперпозицію сигнальних функцій на виході передавача, приведених до спільного інтервалу [4T, 8T], яка пояснює утворення детермінованої послідовності нулів, що має період 4T. 9 85361 10 11 85361 12 13 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 85361 Підписне 14 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601